基于數(shù)字量分層定義解析的實(shí)時(shí)物理量顯示

胡含凱，焦柯，張景鵬

（西安機(jī)電信息技術(shù)研究所 陜西 西安　710065）

基于數(shù)字量分層定義解析的實(shí)時(shí)物理量顯示

胡含凱，焦柯，張景鵬

（西安機(jī)電信息技術(shù)研究所 陜西 西安710065）

針對(duì)以往彈箭遙測(cè)數(shù)據(jù)處理中數(shù)字量以串行數(shù)據(jù)包整體形式顯示，不能反映出彈箭武器各測(cè)試參數(shù)的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，提出了基于數(shù)字量分層定義解析的實(shí)時(shí)物理量顯示。該方法依據(jù)數(shù)字量的分層定義，利用嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)數(shù)字量進(jìn)行實(shí)時(shí)分路、解包，選擇性的將數(shù)字量中的重要特征量還原成實(shí)際工程物理量并實(shí)時(shí)顯示。多次外場(chǎng)的彈箭遙測(cè)試驗(yàn)驗(yàn)證及不同測(cè)試設(shè)備數(shù)據(jù)信息的比對(duì)結(jié)果表明，該方法測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠，提高了彈箭武器試驗(yàn)階段故障診斷的快速性和準(zhǔn)確性。

彈箭遙測(cè)；遙測(cè)數(shù)據(jù)；數(shù)字量；顯示

隨著常規(guī)彈箭武器的制導(dǎo)化發(fā)展，采用的高新技術(shù)越來(lái)越多；武器系統(tǒng)的多元化控制元素不斷涌現(xiàn)［1-2］。彈箭武器系統(tǒng)中各控制單元和彈載計(jì)算機(jī)多以數(shù)字量的方式進(jìn)行信息交換與傳輸，以往遙測(cè)地面設(shè)備數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示時(shí)，數(shù)字量以串行數(shù)據(jù)包整體形式顯示，只能說明彈箭武器系統(tǒng)各控制單元和彈載計(jì)算機(jī)通訊是否正常，不能實(shí)時(shí)反映出彈箭武器各測(cè)試參數(shù)的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)［3-5］。為了能及時(shí)準(zhǔn)確的為現(xiàn)場(chǎng)行政總指揮和彈箭系統(tǒng)總師們提供更直觀的決策依據(jù)：彈箭武器系統(tǒng)各控制參數(shù)的工作狀態(tài)如何，飛行試驗(yàn)是否可以安全進(jìn)行等，文中提出了基于數(shù)字量分層定義解析的實(shí)時(shí)物理量顯示。顯示。圖1為數(shù)字量的數(shù)據(jù)包整體形式顯示處理結(jié)構(gòu)圖，圖2為數(shù)字量的串行數(shù)據(jù)包整體形式實(shí)時(shí)顯示結(jié)果。

以往試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)總指揮和武器系統(tǒng)總師們對(duì)武器系統(tǒng)各控制單元的工作狀態(tài)分析和決策，都是依靠數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、事后處理解析來(lái)完成的（如圖3、圖4）；事后遙測(cè)數(shù)據(jù)分析不利于現(xiàn)場(chǎng)總指揮和武器系統(tǒng)總師們對(duì)武器系統(tǒng)工作狀態(tài)的快速定位和試驗(yàn)安全、有序的進(jìn)行。

1　彈箭遙測(cè)數(shù)據(jù)中的數(shù)字量

為了提升彈箭武器系統(tǒng)的精確制導(dǎo)，武器系統(tǒng)制導(dǎo)控制元素常常是綜合使用，例如GPS、北斗和慣導(dǎo)結(jié)合、激光和慣導(dǎo)結(jié)合、衛(wèi)星和圖像相結(jié)合等［6］。彈箭武器系統(tǒng)各控制單元和彈載計(jì)算機(jī)多以串口數(shù)字包的方式進(jìn)行信息交換與傳輸，采用傳統(tǒng)的數(shù)字量以串行數(shù)據(jù)包整體形式顯示方法對(duì)包含了彈箭系統(tǒng)大量控制信息的數(shù)字量，不能拆分成直觀的物理量

圖1　數(shù)字量的數(shù)據(jù)包整體形式顯示處理結(jié)構(gòu)圖

彈箭遙測(cè)數(shù)據(jù)中的數(shù)字量多采用多個(gè)遙測(cè)幀來(lái)傳輸一包數(shù)據(jù)，如&GPS。假設(shè)遙測(cè)彈載編碼器格式為：碼率為819.2kbps、幀長(zhǎng)為64字節(jié)（通道）、幀碼為EB 90，在遙測(cè)幀結(jié)構(gòu)中對(duì)應(yīng)的數(shù)字量通道用&GPS進(jìn)行標(biāo)識(shí)，所傳送的數(shù)據(jù)包為：（7E AA 7E）08 9A 00 B5 F9 C1 F8 94 CB 16 BE 09 F6 BB D8 9C B8 01 2B EB C7 20 CB 00 CC 2B 4F 57 5F EF 28 3E B1 06 4B BB 06 F1 34 3D 22 77 1C C0 10 98 88 3B 9F 4C F9 3A F4 09 C4 D7 D1 01 0E CD C7 20 9D 00 B0 B2 4F 57 25 F7 4D 3F F6 25 09 40 B0 00 23 01 3A 06 D1 E6 0B 00 03 01 02 BB B9 3A 2F 3B ED B9 FE 00 00 00 D1 FA E3 02 FA 16 4E 3E AB 3C 33 BD 00 00 01 00 00 00 00 00 14 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0C（0D），（如圖5所示）。7EAA7E和0D為遙測(cè)編碼器對(duì)數(shù)據(jù)包采樣后增加數(shù)據(jù)幀頭和結(jié)束字（校驗(yàn)和），方便區(qū)分武器系統(tǒng)所含的多個(gè)數(shù)字量。

圖2　數(shù)字量的串行數(shù)據(jù)包整體形式實(shí)時(shí)顯示結(jié)果圖

圖3　遙測(cè)數(shù)據(jù)處理過程

圖4　某一路數(shù)字量二次解包信息

圖5　數(shù)字量的形成

2　數(shù)字量分層定義解析的實(shí)時(shí)物理量顯示

為了能及時(shí)準(zhǔn)確的為現(xiàn)場(chǎng)行政總指揮和彈箭系統(tǒng)總師們提供更直觀的分析與決策依據(jù)，提高彈箭武器試驗(yàn)階段故障診斷的快速性和準(zhǔn)確性，需要對(duì)彈箭遙測(cè)數(shù)據(jù)中以串口形式傳輸?shù)臄?shù)字量進(jìn)行實(shí)時(shí)物理量顯示，即將數(shù)字量?jī)?nèi)部所包含的信息（如&GPS的經(jīng)度、緯度、高度、星數(shù)等）直接還原成實(shí)際工程物理量顯示。首先要完成數(shù)字量的分層定義，數(shù)字量的分層定義結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

圖6　數(shù)字量的分層定義結(jié)構(gòu)圖

數(shù)字量分層定義的步驟如下：

1）數(shù)字量的通道門限定義

為了保證對(duì)彈箭系統(tǒng)工作狀態(tài)起決定性作用的數(shù)字量具有高可靠性，在應(yīng)用層外層軟件中設(shè)立通道門限進(jìn)行數(shù)字量幀格式和數(shù)字量名稱的定義，使數(shù)字量的實(shí)時(shí)接收通道與彈載設(shè)備參數(shù)通道一一對(duì)應(yīng)，并與彈載設(shè)備的幀格式和數(shù)字量通訊協(xié)議保持一致。

2）數(shù)字量的格式定義

通過嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件鏈接對(duì)其數(shù)字量的幀頭、數(shù)字量的字節(jié)總數(shù)、結(jié)束字進(jìn)行可選性軟件定義；對(duì)數(shù)字量的幀頭、幀尾（結(jié)束字）、字節(jié)總數(shù)的實(shí)時(shí)判斷，得到所需數(shù)字量的有效數(shù)據(jù)，保證彈箭遙測(cè)數(shù)據(jù)中特征數(shù)字量的準(zhǔn)確性和有效性。

3）數(shù)字量?jī)?nèi)部信息定義

對(duì)數(shù)字量所包含的內(nèi)部信息（如&GPS的經(jīng)度、緯度、高度、星數(shù)等）依據(jù)數(shù)字量協(xié)議定義其名稱、在該數(shù)字量字節(jié)總數(shù)中的起始字節(jié)位置、占用字節(jié)長(zhǎng)度、單位、還原系數(shù)、輸出格式，使每個(gè)內(nèi)部信息定義與數(shù)字量通信協(xié)議里所規(guī)定的字節(jié)分配位置、格式、類型等定義一一對(duì)應(yīng)，確保數(shù)據(jù)的正確性與特征信息量具有可選擇性。

完成彈箭遙測(cè)數(shù)據(jù)中數(shù)字量分層的定義后，有選擇的將需要顯示的數(shù)字量特征信息加載于繪圖界面里并設(shè)定相應(yīng)的進(jìn)制數(shù)，遙測(cè)地面解調(diào)設(shè)備和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)接收到的遙測(cè)數(shù)據(jù)，依據(jù)數(shù)字量的通道門限定義、數(shù)字量的格式定義和數(shù)字量?jī)?nèi)部信息定義完成數(shù)字量的實(shí)時(shí)分路、解包，將彈箭遙測(cè)數(shù)據(jù)中反映彈箭系統(tǒng)重要工作狀態(tài)的數(shù)字量，直接還原成實(shí)際工程物理量的實(shí)時(shí)顯示。從而將對(duì)武器系統(tǒng)工作狀態(tài)起決定性的特征信息量更準(zhǔn)確、更快速、更直觀的顯示在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)總指揮和武器系統(tǒng)總師們眼前。

3　驗(yàn)　證

為了驗(yàn)證數(shù)字量實(shí)時(shí)物理量顯示的正確性，在某型號(hào)火箭遙測(cè)彈靶場(chǎng)飛行試驗(yàn)時(shí)，對(duì)火箭彈控制系統(tǒng)的數(shù)字量進(jìn)行了實(shí)時(shí)顯示設(shè)置；先對(duì)通道門限進(jìn)行數(shù)字量幀格式和數(shù)字量名稱的定義 （如&GPS_衛(wèi)星、&GD_慣導(dǎo)、&ZK_主控計(jì)算機(jī)）；再對(duì)其數(shù)字量的幀頭（如7EAA7E、7EBB7E）、數(shù)字量的字節(jié)總數(shù)、結(jié)束字（校驗(yàn)和0D、DD）進(jìn)行可選性定義（如圖7所示），最后，選擇性地對(duì)數(shù)字量特征信息依據(jù)數(shù)字量的協(xié)議定義其名稱（例如：GPS的經(jīng)度、緯度、高度等）、在該數(shù)字量總字節(jié)數(shù)中的起始字節(jié)位置、占用字節(jié)長(zhǎng)度、單位、還原系數(shù)、輸出格式（如圖8所示），完成彈箭遙測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)字量?jī)?nèi)部信息定義，并將內(nèi)部特征信息加載于繪圖界面里的數(shù)字或曲線（如電壓信號(hào)）模式，即完成了彈箭遙測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)字量的實(shí)時(shí)顯示的準(zhǔn)備工作。

圖7　數(shù)字量的格式定義

圖8　數(shù)字量?jī)?nèi)部信息格式定義

通過彈載遙測(cè)信號(hào)下傳于地面接收設(shè)備，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集形成了數(shù)字量信息的實(shí)時(shí)物理量顯示。圖9為遙測(cè)飛行試驗(yàn)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)中數(shù)字量的特征信息實(shí)時(shí)顯示界面。通過多次對(duì)彈箭遙測(cè)數(shù)據(jù)、雷達(dá)數(shù)據(jù)、光測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)處理與彈箭遙測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)字量的實(shí)時(shí)物理量顯示數(shù)據(jù)的回放對(duì)比，數(shù)字量實(shí)時(shí)物理量顯示的數(shù)據(jù)與其它測(cè)試設(shè)備數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的信息數(shù)值一致。該方法測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字量形式傳輸?shù)膹椉淦鞲鳒y(cè)試參數(shù)的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)顯示，為現(xiàn)場(chǎng)行政總指揮和彈箭系統(tǒng)總師們提供了直觀、準(zhǔn)確的決策依據(jù)，提高了彈箭武器試驗(yàn)階段故障診斷的快速性和準(zhǔn)確性。

圖9　遙測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)字量的實(shí)時(shí)物理量顯示實(shí)例

4　結(jié)　論

文中提出了基于數(shù)字量分層定義解析的實(shí)時(shí)物理量顯示。該方法依據(jù)數(shù)字量的通道門限定義、數(shù)字量的格式定義和數(shù)字量?jī)?nèi)部信息定義等分層定義，利用嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)數(shù)字量進(jìn)行實(shí)時(shí)分路、解包，選擇性的將數(shù)字量中的重要特征量還原成實(shí)際工程物理量并實(shí)時(shí)顯示。多次外場(chǎng)的彈箭遙測(cè)試驗(yàn)驗(yàn)證及不同測(cè)試設(shè)備數(shù)據(jù)信息的比對(duì)結(jié)果表明，該方法測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠，提高了彈箭武器試驗(yàn)階段故障診斷的快速性和準(zhǔn)確性。

［1］艾冬生.常規(guī)兵器遙測(cè)中的數(shù)據(jù)處理［C］//第十四屆全國(guó)遙測(cè)遙控技術(shù)年會(huì)論文集，2005（6）:210-215.

［2］杜兵，姚軍.新型遙測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)［N］.中國(guó)工程物理研究院科技年報(bào)，1998.

［3］李邦復(fù).遙測(cè)系統(tǒng)［M］.北京：宇航出版社，1991.

［4］李偉.美國(guó)彈道導(dǎo)彈型號(hào)使用的遙測(cè)系統(tǒng)及其演變［J］.導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù)，1980（10）.

［5］劉蘊(yùn)才，房鴻瑞，張仿.遙測(cè)遙控系統(tǒng)［M］.北京：北京國(guó)防工業(yè)出版社，2000.

［6］艾冬生.常規(guī)兵器遙測(cè)中嵌入式數(shù)字量數(shù)據(jù)處理［C］//第十五屆全國(guó)遙測(cè)遙控技術(shù)年會(huì)論文集，2007（6）:166-172.

Real time physical datas display based on the hierarchical definition of digital datas

HU Han-kai，JIAO Ke，ZHANG Jing-peng
（Xi'an Institute of Electromechanical Information Technology，Xi’an 710065，China）

In the past，the digital datas in the analysis of Missile Telemetry datas that been whole form display by the serial datas packets.The real-time state of the test parameters of missile weapon is not reflected，so the real time physical datas display based on the hierarchical definition of digital datas is put forward.Digital datas has been real-time shunt and unpack by embedded computer system，and the important feature of the digital datas be return to actual engineering physical datas and real-time display.Through multiple out test validation and comparison results of data information by different test equipment，the test data show that the method is stable and reliable，and it improves the accuracy and rapidity of fault diagnosis of missile weapon test.

missile telemetry；telemetry data；digital data；display

TN0

A

1674-6236（2016）14-0056-03

2015-10-13稿件編號(hào)：201510073

胡含凱（1980—），男，陜西周至人，工程師。研究方向：遙測(cè)遙控技術(shù)。