錢 良，徐玉鋒

(中國(guó)衛(wèi)星海上測(cè)控部，江蘇江陰214431)

0 引言

船載天地超短波通信系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)就加入了對(duì)主要設(shè)備的監(jiān)控功能，并將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)包括設(shè)備狀態(tài)和外部數(shù)據(jù)兩部分，前者記錄了設(shè)備各分系統(tǒng)的電壓、頻率和狀態(tài)指示等數(shù)據(jù);后者記錄了外部引導(dǎo)數(shù)據(jù)和監(jiān)控中心指令等數(shù)據(jù)［1］。但是系統(tǒng)的操作軟件在查詢相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)只以簡(jiǎn)單的表格形式顯示，由于數(shù)據(jù)量巨大(單項(xiàng)數(shù)據(jù)每個(gè)圈次大約150條記錄)，使用者根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)難以迅速地判斷出設(shè)備的工作狀態(tài)，同時(shí)，監(jiān)控所記錄的數(shù)據(jù)為設(shè)備的原始數(shù)據(jù)，缺乏對(duì)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理，使用者必須自行對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，效率低下，對(duì)使用者的工作經(jīng)驗(yàn)也提出了較高的要求;另一方面，由于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)記錄在VHF通信系統(tǒng)的監(jiān)控計(jì)算機(jī)上，查詢時(shí)也只能在該計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，查詢時(shí)較為不便。

1 改造思路

目前VHF系統(tǒng)監(jiān)控功能的不足，使其無(wú)法發(fā)揮出數(shù)據(jù)監(jiān)控應(yīng)有的作用，因此，需要加強(qiáng)數(shù)據(jù)查詢功能，增加對(duì)數(shù)據(jù)的處理功能，有必要建立一套能夠有效利用設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的系統(tǒng)，幫助崗位人員了解設(shè)備狀態(tài)，做出正確的判斷。

項(xiàng)目主要需要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)目標(biāo):①實(shí)現(xiàn)設(shè)備相關(guān)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化查詢;②依據(jù)指標(biāo)監(jiān)視設(shè)備參數(shù)狀態(tài)，出現(xiàn)異常則發(fā)出告警;③ 實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的圖形化顯示;④為日后接入試驗(yàn)任務(wù)IP網(wǎng)，預(yù)留通信接口;⑤具有較強(qiáng)的通用性，易于擴(kuò)展，方便移植;⑥有效地利用網(wǎng)絡(luò)帶寬。

該系統(tǒng)的建立將有效地幫助崗位人員全面地掌握設(shè)備情況，迅速判斷出VHF通信系統(tǒng)所處狀態(tài)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)天地超短波通信系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)視，便于技術(shù)專家遠(yuǎn)程監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)安全隱患，并根據(jù)狀態(tài)參數(shù)做出診斷。系統(tǒng)所預(yù)留的通信接口也為其日后接入基地試驗(yàn)任務(wù)IP網(wǎng)打下了基礎(chǔ)。

2 實(shí)現(xiàn)方案

2.1 系統(tǒng)連接關(guān)系

VHF數(shù)據(jù)綜合顯示系統(tǒng)主要用于對(duì)VHF天地超短波通信系統(tǒng)的伺服參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)等的遠(yuǎn)程監(jiān)視。VHF天地超短波通信系統(tǒng)將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)發(fā)送到綜合顯示系統(tǒng)。綜合顯示系統(tǒng)對(duì)接收到的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行選擇、處理，將其轉(zhuǎn)化為XML數(shù)據(jù)，同時(shí)將實(shí)際數(shù)據(jù)與相應(yīng)的指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，判斷設(shè)備狀態(tài)是否正常，若異常則發(fā)出告警。遠(yuǎn)程監(jiān)控終端通過(guò)局域網(wǎng)訪問(wèn)綜合顯示系統(tǒng)，從而在其瀏覽器上通過(guò)柱狀圖、餅圖、線圖來(lái)監(jiān)視VHF設(shè)備的狀態(tài)。從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)VHF天地超短波通信系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視，提高了對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)視和診斷的能力，具體連接關(guān)系如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)連接關(guān)系

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

VHF數(shù)據(jù)綜合顯示系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)源、中間層和顯示層3個(gè)層次。數(shù)據(jù)源包含了VHF通信系統(tǒng)監(jiān)控分系統(tǒng)所記錄的設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù);中間層主要完成對(duì)所需數(shù)據(jù)的選擇和處理，生成符合規(guī)范的XML數(shù)據(jù)，其中的通信接口負(fù)責(zé)與外界進(jìn)行通信［2，3］(如上報(bào)重要設(shè)備信息等);顯示層包含了2個(gè)部分:用戶界面和圖形化顯示，其中，圖形化顯示是本系統(tǒng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)層次關(guān)系

2.2.1 數(shù)據(jù)源

數(shù)據(jù)源層包括:伺服、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、保密機(jī)、復(fù)分接器和設(shè)備頻率的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)反映了VHF天地超短波通信系統(tǒng)的工作狀態(tài)。各狀態(tài)具體意義如下:

①伺服狀態(tài):伺服在各時(shí)間點(diǎn)的方位角、俯仰角、伺服操作方式(程序引導(dǎo)、數(shù)字引導(dǎo)、模擬引導(dǎo)、手動(dòng)跟蹤)和設(shè)備自檢狀態(tài)。

②發(fā)射機(jī)狀態(tài):發(fā)射機(jī)在各時(shí)間點(diǎn)的發(fā)射功率、反射功率、基帶電平狀態(tài)。

③接收機(jī)狀態(tài):接收機(jī)在各時(shí)間點(diǎn)的解擴(kuò)鎖定狀態(tài)、解調(diào)鎖定狀態(tài)、中頻放大電壓值。

④保密機(jī)狀態(tài):保密機(jī)在各時(shí)間點(diǎn)的明話/密話狀態(tài)、同步狀態(tài)、主備用情況。

⑤復(fù)分接器狀態(tài):復(fù)分接器在各時(shí)間點(diǎn)的同步狀態(tài)、飛船同步狀態(tài)、主備用情況，一機(jī)和二機(jī)的工作狀態(tài)。

⑥頻率:各時(shí)間點(diǎn)的發(fā)射頻率和本振頻率。

數(shù)據(jù)源層負(fù)責(zé)根據(jù)用戶的需求將相關(guān)的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取出來(lái)。系統(tǒng)在實(shí)際使用中通過(guò)不同的參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的選擇，主要參數(shù)包括:需要檢查的設(shè)備、檢查的項(xiàng)目和圈次。系統(tǒng)由這些參數(shù)生成對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)句，數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)句在數(shù)據(jù)庫(kù)執(zhí)行后即返回對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。

2.2.2 中間層

中間層負(fù)責(zé)將從數(shù)據(jù)源獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并按照制定好的格式填寫(xiě)到XML文件中，完成之后發(fā)往終端用戶［4－6］。中間層使用了 Ajax技術(shù)，Ajax全稱為“Asynchronous JavaScript and XML”(異步JavaScript和XML)，是一種創(chuàng)建交互式網(wǎng)頁(yè)應(yīng)用的網(wǎng)頁(yè)開(kāi)發(fā)技術(shù)［7］，是傳統(tǒng)WEB應(yīng)用程序的一個(gè)轉(zhuǎn)變，Ajax應(yīng)用可以僅向服務(wù)器發(fā)送并取回必需的數(shù)據(jù)，使得在服務(wù)器和瀏覽器之間交換的數(shù)據(jù)大量減少，結(jié)果就能使響應(yīng)更加迅速，從而能夠有效地節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬，在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，所傳內(nèi)容主要是參數(shù)和XML數(shù)據(jù)，在獲取數(shù)據(jù)之后，頁(yè)面也僅對(duì)需要更新的部分進(jìn)行更新，確保了數(shù)據(jù)交互的高效率。

中間層主要分為數(shù)據(jù)選擇模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、XML轉(zhuǎn)換模塊和通信接口模塊。

①數(shù)據(jù)選擇模塊依據(jù)用戶要求查看的設(shè)備，將相應(yīng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)從數(shù)據(jù)源中選出，傳遞給數(shù)據(jù)處理模塊。

②數(shù)據(jù)處理模塊從數(shù)據(jù)選擇模塊接收相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使其符合系統(tǒng)的要求，處理完畢后進(jìn)行XML轉(zhuǎn)換;數(shù)據(jù)處理模塊還負(fù)責(zé)將實(shí)際監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與設(shè)備指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，以判斷設(shè)備工作是否正常。

③XML轉(zhuǎn)換模塊。將處理后的數(shù)據(jù)依照事先制定的XML文檔格式進(jìn)行組織，使其符合XML文檔的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，處理完畢的XML數(shù)據(jù)即可在網(wǎng)絡(luò)上正常傳遞。

④通信接口模塊。通信接口用于本系統(tǒng)與外界進(jìn)行通信，同樣采用XML形式收發(fā)信息，信息可以根據(jù)需要進(jìn)行定義，例如在設(shè)備參數(shù)發(fā)生異常時(shí)上報(bào)、接收文字消息等。

2.2.3 顯示層

顯示層用于完成通過(guò)Javascript代碼按照XML文檔內(nèi)的設(shè)置將文檔內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形渲染，生成最終用戶所需的PNG圖像［8］。Javascript代碼首先讀取XML文檔的選項(xiàng)部分，對(duì)圖表初始化，之后依照數(shù)據(jù)部分的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)將圖表內(nèi)的點(diǎn)逐個(gè)在圖表上描出，再將所有各點(diǎn)連接成曲線，形成最終的圖像。

顯示層包括用戶界面模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊。

①用戶界面模塊是連接用戶與系統(tǒng)的紐帶，用于根據(jù)用戶需求向上層功能模塊發(fā)出相應(yīng)的指令，例如查看某一設(shè)備狀態(tài)。

②數(shù)據(jù)顯示模塊是本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)，負(fù)責(zé)讀取從中間層傳遞來(lái)的XML數(shù)據(jù)，并以圖形的方式將其中的數(shù)據(jù)顯示出來(lái);數(shù)據(jù)顯示模塊還負(fù)責(zé)顯示告警信息，以文字形式顯示。

本系統(tǒng)采用B/S模式，圖形編程在瀏覽器上通過(guò)Javascript來(lái)實(shí)現(xiàn)。Javascript代碼通過(guò)操作＜canvas＞對(duì)象實(shí)現(xiàn)圖形渲染，＜canvas＞是一個(gè)新的HTML元素，已經(jīng)在HTML5.0標(biāo)準(zhǔn)中獲得確認(rèn)，主要用于矢量圖繪制［9］。該對(duì)象可以渲染四邊形、扇形和任意的多邊形，因此顯示層所做的就是將所要呈現(xiàn)的圖像分解成以上這3種基本的圖形。顯示層需要顯示3種圖形:柱狀圖、餅圖和線圖。柱狀圖可分解為四邊形，餅圖分解為扇形，而線圖實(shí)際為多邊形，由此實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的圖形化顯示［10］。

2.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程

系統(tǒng)工作流程如圖3所示。用戶通過(guò)點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)的按鈕選擇需要顯示的設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，顯示層的用戶界面部分將相應(yīng)的參數(shù)發(fā)往綜合顯示系統(tǒng)。綜合顯示系統(tǒng)將收到的參數(shù)進(jìn)行處理，形成數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)句，發(fā)往數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)將相應(yīng)的數(shù)據(jù)返回給綜合顯示系統(tǒng)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。綜合顯示系統(tǒng)將處理完畢的數(shù)據(jù)按照事先編寫(xiě)的XML文檔格式填寫(xiě)到XML文件中。將XML文件發(fā)送到用戶計(jì)算機(jī)，交由瀏覽器解析。瀏覽器通過(guò)Javascript代碼按照文檔內(nèi)的設(shè)置將XML文檔內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形渲染，生成最終用戶所需的PNG圖像。

圖3 系統(tǒng)工作流程

3 系統(tǒng)使用結(jié)果分析

圖4顯示了伺服系統(tǒng)方位角、俯仰角的實(shí)際變化情況，以及數(shù)據(jù)引導(dǎo)方位角、俯仰角的變化情況，可以看到伺服的實(shí)際工作情況與引導(dǎo)數(shù)據(jù)之間僅存在微小差別，說(shuō)明伺服系統(tǒng)工作正常。

圖4 方位角、俯仰角曲線圖

由伺服曲線圖可知，伺服在開(kāi)始跟蹤和結(jié)束跟蹤時(shí)角度變化緩慢，而在最高仰角時(shí)角度變化最為迅速，而僅通過(guò)表格形式是很難迅速做出這樣的判斷的。中放電壓是體現(xiàn)接收機(jī)工作狀態(tài)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，圖5(a)顯示了中放的電壓值，圖5(b)顯示了對(duì)應(yīng)時(shí)間中放電壓以2 V為基準(zhǔn)的電壓值。在實(shí)戰(zhàn)任務(wù)中，中放電壓存在短時(shí)間的突跳，但持續(xù)時(shí)間很短，不影響系統(tǒng)的正常工作。若持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則應(yīng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修。

圖5 中放電壓曲線

4 結(jié)束語(yǔ)

將設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)以圖形的方式通過(guò)瀏覽器顯示，利用網(wǎng)絡(luò)的便利性，使得用戶能夠在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意節(jié)點(diǎn)直觀迅速地了解系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的工作狀態(tài)，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，是崗位人員檢測(cè)設(shè)備狀態(tài)十分有效的手段。同時(shí)本系統(tǒng)具有很強(qiáng)的可移植性，應(yīng)用領(lǐng)域不僅限于VHF系統(tǒng)，其他系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)適當(dāng)改造之后也能夠采用。

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