陳建行，張亞秒，鄒 楊

（中國(guó)洛陽(yáng)電子裝備試驗(yàn)中心，濟(jì)源河南459000）

1 引言

某型機(jī)載遙測(cè)遙控系統(tǒng)主要為機(jī)載站與地面指控中心提供上下通信傳輸鏈路，實(shí)現(xiàn)機(jī)載站與地面指控中心的試驗(yàn)數(shù)據(jù)、調(diào)度語(yǔ)音、圖像等的上下傳輸，保障試驗(yàn)任務(wù)按計(jì)劃順利開(kāi)展。隨著試驗(yàn)任務(wù)的不斷拓展，現(xiàn)有系統(tǒng)軟件存在的功能缺陷逐漸顯現(xiàn)。在赴外執(zhí)行任務(wù)時(shí)，由于不具備將機(jī)載數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至地面指控中心的條件，則需要將遙測(cè)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，以便事后對(duì)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行解析處理。然而，目前地面指揮部和遙測(cè)遙控系統(tǒng)本身不具備將遙測(cè)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理與解析的能力，導(dǎo)致存儲(chǔ)的大量遙測(cè)原始數(shù)據(jù)失去了意義，對(duì)試驗(yàn)任務(wù)造成難以估量的影響。因此，為進(jìn)一步拓展遙測(cè)遙控系統(tǒng)的功能，有效地提高任務(wù)保障能力，有必要設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一套機(jī)載遙測(cè)原始數(shù)據(jù)事后解析與處理軟件，以實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)的遙測(cè)原始數(shù)據(jù)的事后解析與處理[1]。

2 遙測(cè)存盤(pán)文件分析

2.1 遙測(cè)系統(tǒng)工作原理概述

遙測(cè)系統(tǒng)組成如圖1所示，整個(gè)遙測(cè)系統(tǒng)分為機(jī)載部分和地面站兩部分。機(jī)載部分主要由機(jī)載傳感器、采編器、S頻段上變頻器、遙測(cè)發(fā)射機(jī)和遙測(cè)天線組成。地面站部分主要由遙測(cè)天線、天伺饋分系統(tǒng)、射頻耦合網(wǎng)絡(luò)、S頻段下變頻器、遙測(cè)接收解調(diào)終端、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、GPS/北斗天線、GPS/北斗授時(shí)儀和時(shí)碼器組成。

圖1 遙測(cè)系統(tǒng)組成圖

遙測(cè)系統(tǒng)的工作原理是：機(jī)上采編器采集各個(gè)傳感器測(cè)量到的物理量并將其編碼按照約定的格式打包發(fā)送給遙測(cè)發(fā)射機(jī)，轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)，經(jīng)遙測(cè)天線發(fā)射下傳。地面站遙測(cè)天線接收由機(jī)上發(fā)射的遙測(cè)信號(hào)，隨后經(jīng)天伺饋分系統(tǒng)、射頻耦合網(wǎng)絡(luò)，由S頻段下變頻器將信號(hào)變?yōu)?0MHz的中頻信號(hào)，再由遙測(cè)接收解調(diào)終端將從中頻信號(hào)中解調(diào)出的遙測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)送給地面指控中心。

時(shí)碼器接收GPS/北斗授時(shí)儀送來(lái)的IRIG-B（DC）型時(shí)碼，解調(diào)出時(shí)間信息，饋給遙測(cè)接收解調(diào)終端和監(jiān)控計(jì)算機(jī)，提供時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)是。存盤(pán)并發(fā)送給地面指控中心的遙測(cè)數(shù)據(jù)中的時(shí)間均由時(shí)碼器所提供。

2.2 遙測(cè)數(shù)據(jù)存盤(pán)格式

遙測(cè)數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)主要包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)完全防護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)建。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要由監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備組成。其中監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)采用雙網(wǎng)卡接口，一個(gè)接口接入地面指揮所交換機(jī)，一個(gè)接口接入數(shù)據(jù)處理服務(wù)器交換機(jī)，不僅實(shí)現(xiàn)遙測(cè)數(shù)據(jù)處理顯示系統(tǒng)與地面指揮所的間接隔離，而且實(shí)現(xiàn)同時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸至地面指揮所與遙測(cè)站數(shù)據(jù)處理服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)完全防護(hù)系統(tǒng)主要由硬件防火墻和路由交換機(jī)組成，主要實(shí)現(xiàn)指揮所系統(tǒng)與遙測(cè)站的物理隔離安全防護(hù)。遙測(cè)數(shù)據(jù)軟件處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 遙測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

遙測(cè)存盤(pán)任務(wù)由管理主任務(wù)啟動(dòng)和停止，完成遙測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)功能。存盤(pán)任務(wù)被啟動(dòng)后，響應(yīng)來(lái)自硬件的中斷信號(hào)，進(jìn)行相應(yīng)的中斷處理，并創(chuàng)建中斷服務(wù)例程，進(jìn)行存盤(pán)處理。同時(shí)，檢測(cè)鍵盤(pán)輸入信息，調(diào)用不同的功能模塊。存盤(pán)操作是通過(guò)發(fā)送信息給存盤(pán)任務(wù)完成的。主任務(wù)可以從網(wǎng)絡(luò)任務(wù)輸入緩沖區(qū)中讀取信息。遙測(cè)數(shù)據(jù)采用雙流最高可達(dá)2Mbit/s×2的實(shí)時(shí)存盤(pán)，其存盤(pán)文件的數(shù)據(jù)是以子幀為單位連續(xù)存放的，存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)為：首先是文件頭格式，然后依次為第一幀、第二幀、第三幀等。每幀前插入3個(gè)時(shí)碼字（6Byte）和一個(gè)副幀記數(shù)字SFC，子幀同步碼組位于數(shù)據(jù)區(qū)域的末端。

2.3 遙測(cè)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)分析

遙測(cè)信息的傳輸要經(jīng)過(guò)空間鏈路，使遙測(cè)系統(tǒng)具有開(kāi)放性的特征。在國(guó)際測(cè)控合作中，遙測(cè)信息要經(jīng)過(guò)由航天器、射頻鏈路、地面站、地面通信線路和任務(wù)控制中心所構(gòu)成的空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)，借助他國(guó)測(cè)控資源擴(kuò)大自身測(cè)控范圍和能力，但也使遙測(cè)信息面臨更復(fù)雜的環(huán)境。信息編碼就是給已知信息組按預(yù)定規(guī)則添加監(jiān)督碼元，以構(gòu)成碼字，通過(guò)飛行試驗(yàn)時(shí)保存下來(lái)的數(shù)據(jù)，可以再現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示和航跡顯示。程序首先從存盤(pán)數(shù)據(jù)文件中讀取遙測(cè)子幀數(shù)據(jù)，存盤(pán)數(shù)據(jù)即可軟件界面上進(jìn)行顯示下傳數(shù)據(jù)處理結(jié)果如圖3所示。

圖3 遙測(cè)數(shù)據(jù)處理界面

遙測(cè)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)確定了由信息元到監(jiān)督元的規(guī)則，由于所有碼字都按統(tǒng)一規(guī)則確定，因此這種編碼方法也稱(chēng)為一致監(jiān)督編碼。

遙測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)情況可簡(jiǎn)略地按圖4來(lái)說(shuō)明。圖中每一行存放一個(gè)遙測(cè)子幀，副幀長(zhǎng)XX表示一個(gè)完整的副幀包含XX個(gè)子幀。幀碼組代表一個(gè)完整子幀數(shù)據(jù)的結(jié)束。副幀計(jì)數(shù)字共計(jì)計(jì)數(shù)XX次，以后循環(huán)出現(xiàn)。

圖4 遙測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)圖

3 遙測(cè)數(shù)據(jù)處理

3.1 關(guān)于時(shí)碼字的解析

傳送幀數(shù)據(jù)分布在傳送幀主導(dǎo)頭或傳送幀副導(dǎo)頭之后。傳送幀數(shù)據(jù)包含下行鏈路信道傳輸數(shù)據(jù)，并由整數(shù)個(gè)字節(jié)組成，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度由整個(gè)傳送幀的長(zhǎng)度所限。在沒(méi)有足夠的數(shù)據(jù)包來(lái)填充傳送幀數(shù)據(jù)的情況下，將傳輸一個(gè)只含有空閑數(shù)據(jù)的時(shí)碼字，時(shí)碼字指明指令控制的內(nèi)容，比如第一個(gè)子幀的時(shí)碼字為：22 11 48 03 C8 8C。一個(gè)完整的時(shí)碼字共6字節(jié)，存儲(chǔ)方式為兩個(gè)字節(jié)一組，低位在前高位在后。比如字節(jié)號(hào)分別為 2、1、4、3、6、5，則時(shí)碼字分別為 22、11、48、03、C8、8C。時(shí)碼字的第 1、2 字節(jié)1122H 轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制0001 0001 0010 0010。具體運(yùn)算為：1×100 ms+1×10 ms+2×1 ms+2×0.1ms=221.2ms。時(shí)碼字的第3、4字節(jié)0348H 轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制 0000 0011 0100 1000。具體運(yùn)算為：0×10min+3×1min=3min;4×10s+8×1s=48s。時(shí)碼字的第 5、6 字節(jié)8CC8H轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制1000 1100 1100 1000 1000 1100 1100 1000。具體運(yùn)算為：2×100d+3×10d+3×1d=233d（意即2000年8月21日是2000年的第 233天）；0×10h+8×1h=8h。所以這個(gè)時(shí)碼字代表的時(shí)間為第233天8時(shí)3分48秒221.2毫秒。

3.2 遙測(cè)數(shù)據(jù)解析方法

遙測(cè)數(shù)據(jù)指令、數(shù)據(jù)的格式一般由前導(dǎo)、地址同步字、指令碼、數(shù)據(jù)和結(jié)束字等組成。遙測(cè)指令設(shè)計(jì)一定要適應(yīng)傳輸要求，其幀序列和同步字是傳輸信道所必須的信息。遙測(cè)指令的發(fā)送通常采用突發(fā)形式，所以，遙測(cè)流程一般是先發(fā)載波，使接收端有足夠的載波捕獲時(shí)間，然后再發(fā)指令。遙測(cè)數(shù)據(jù)處理的計(jì)算公式取決于各參數(shù)的取值，處理曲線為Y=X+ab，Y表示被測(cè)參數(shù)物理量數(shù)值，X表示遙測(cè)分層值。

以某機(jī)載平臺(tái)燃油給定流量與總壓比(V)為例說(shuō)明計(jì)算方法。遙測(cè)值為7E（十六進(jìn)制）轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制為126，即X=126。通過(guò)查表可知處理系數(shù)a=-0.05，b=6.5。因此根據(jù)處理曲線公式Y(jié)=X+ab，計(jì)算燃油給定流量與總壓比的遙測(cè)值為0.2V。其它參數(shù)計(jì)算方法依次類(lèi)推。

4 處理軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在試驗(yàn)任務(wù)的執(zhí)行過(guò)程中，地面站首先存儲(chǔ)機(jī)載遙測(cè)原始數(shù)據(jù)。由用戶(hù)選取打開(kāi)遙測(cè)存盤(pán)數(shù)據(jù)文件，并設(shè)置T0（開(kāi)始時(shí)刻）。拖動(dòng)滑動(dòng)條來(lái)選取遙測(cè)數(shù)據(jù)的處理開(kāi)始時(shí)刻，點(diǎn)擊開(kāi)始處理按鈕來(lái)進(jìn)行處理[2-6]。程序首先從數(shù)據(jù)文件中讀取遙測(cè)子幀數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器（定時(shí)讀取、處理存盤(pán)數(shù)據(jù)），然后程序讀取在Access數(shù)據(jù)庫(kù)中的處理曲線系數(shù)并計(jì)算各遙測(cè)參數(shù)值，將計(jì)算結(jié)果存盤(pán)在軟件界面上進(jìn)行顯示[7-8]。處理程序的運(yùn)行界面如圖5、圖6所示。

圖5 數(shù)據(jù)處理流程

圖6 軟件工作界面

處理軟件轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出格式為CSV格式，存盤(pán)數(shù)據(jù)包含時(shí)間（時(shí)：分：秒）、經(jīng)度（度）、緯度（度）、高度（米）、速度（米/秒）、方位角（度）、俯仰角（度）、斜距離（米）、大地坐標(biāo)系（X、Y、Z）等信息。系統(tǒng)工作時(shí)的重要參數(shù)采用內(nèi)存文件方式存儲(chǔ)，系統(tǒng)退出時(shí)采用二進(jìn)制文件方式存儲(chǔ)。根據(jù)軟件測(cè)試說(shuō)明文檔，對(duì)應(yīng)用軟件進(jìn)行模擬測(cè)試和真實(shí)環(huán)境測(cè)試，軟件的每一項(xiàng)功能均采用菜單或快捷鍵調(diào)用且對(duì)應(yīng)一個(gè)窗口完成，軟件操作簡(jiǎn)單易用，同時(shí)具備接口收發(fā)數(shù)據(jù)顯示功能。

5 結(jié)束語(yǔ)

從任務(wù)實(shí)際需求出發(fā)，研究分析了機(jī)載遙測(cè)原始數(shù)據(jù)的幀結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套機(jī)載遙測(cè)原始數(shù)據(jù)事后解析與處理軟件，以實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)的機(jī)載遙測(cè)原始數(shù)據(jù)事后解析與處理，進(jìn)一步拓展了遙測(cè)遙控系統(tǒng)地面站的功能。軟件設(shè)計(jì)交互操作畫(huà)面提供轉(zhuǎn)換進(jìn)度顯示，支持暫停、中止等控制，并具有較強(qiáng)的易操作性和可移植性。目前，該軟件設(shè)計(jì)已初步完成，并在模擬訓(xùn)練任務(wù)中驗(yàn)證了功能模塊劃分和處理流程的合理性。其在更復(fù)雜環(huán)境下的工作表現(xiàn)還有待在實(shí)際任務(wù)保障訓(xùn)練中做更進(jìn)一步的驗(yàn)證[9-10]。