數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的航天智能化地面測(cè)控平臺(tái)研制

王芬芬 趙宇亮

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數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的航天智能化地面測(cè)控平臺(tái)研制

王芬芬 趙宇亮

（北京空間機(jī)電研究所，北京 100094）

為了解決航天遙感器在地面測(cè)試過(guò)程中由于總線類型不同、總線協(xié)議不同、遙測(cè)參數(shù)不同、遙控指令不同、用戶自定義測(cè)控等原因需要重復(fù)編寫測(cè)控代碼的問(wèn)題，提出了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的新型測(cè)控通用平臺(tái)架構(gòu)并給予實(shí)現(xiàn)。此平臺(tái)不僅提升了測(cè)控編碼人員的工作效率，更提升了航天遙感器的地面測(cè)試覆蓋性和測(cè)試效率，大幅度增進(jìn)遙感產(chǎn)品的智能化和自動(dòng)化測(cè)試水平。

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)；地面測(cè)試；航天遙感器；自動(dòng)化測(cè)試

1 引言

隨著遙感器結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，測(cè)控?cái)?shù)據(jù)的體量與精度要求與日俱增。同時(shí)，型號(hào)研制周期的縮短，產(chǎn)品壽命與質(zhì)量要求的提高，對(duì)地面測(cè)控系統(tǒng)的測(cè)試精確性、測(cè)試覆蓋性，測(cè)控平臺(tái)的可拓展性、可聚焦性和可配置靈活性提出了更高的要求，并對(duì)地面測(cè)控系統(tǒng)的自動(dòng)化水平與自主判讀能力提出了進(jìn)一步的提升需求。針對(duì)以上的需求，提出了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的新型測(cè)控通用平臺(tái)架構(gòu)，并開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)。

2 軟件平臺(tái)架構(gòu)

圖1 傳統(tǒng)測(cè)控軟件架構(gòu)

傳統(tǒng)的測(cè)控軟件采用的是基于消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制，如圖1，即在硬件采集層采集到數(shù)據(jù)后生成總線數(shù)據(jù)消息，應(yīng)用程序會(huì)把消息存儲(chǔ)在消息管理/分配中心，消息管理/分配中心管理系統(tǒng)所有的消息。應(yīng)用系統(tǒng)搜索消息隊(duì)列，把消息隊(duì)列的消息分配給相應(yīng)的總線解析模塊，總線解析模塊解析成功后由相應(yīng)的用戶界面層展示出來(lái)。

傳統(tǒng)的測(cè)控軟件把解析數(shù)據(jù)和展示數(shù)據(jù)糅合到了一起，對(duì)遙控指令也沒(méi)有分類通用化，而事實(shí)是每個(gè)型號(hào)所采用的總線協(xié)議不一樣，遙控指令的差異，遙測(cè)參數(shù)的不同，用戶界面需求的不斷變更包括用戶數(shù)據(jù)展示形式的不同以及用戶需要實(shí)現(xiàn)自定義測(cè)控等，如果采用這種傳統(tǒng)測(cè)控軟件架構(gòu)每次都要重寫協(xié)議解析模塊、用戶展示模塊以及遙控指令模塊，而且無(wú)法滿足用戶自定義測(cè)控的需求。由于上述原因在面對(duì)繁重的型號(hào)任務(wù)時(shí)，傳統(tǒng)架構(gòu)的不通用性造成了反復(fù)大量的重復(fù)性工作，有必要構(gòu)建一套功能完整，柔性配置的測(cè)控平臺(tái)。綜合界面復(fù)雜程度、人機(jī)交互頻度、業(yè)務(wù)邏輯復(fù)雜度以及從系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、可移植性和可互換性等角度考慮，最終構(gòu)建一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的分層架構(gòu)模式。

圖2 智能化地面測(cè)控平臺(tái)

圖2是智能化地面測(cè)控平臺(tái)的軟件架構(gòu)圖。改變傳統(tǒng)的消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制，構(gòu)建基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的通用平臺(tái)。首先在硬件層梳理規(guī)范化數(shù)據(jù)采集接口，把采集到的數(shù)據(jù)先存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)層，再由業(yè)務(wù)層根據(jù)業(yè)務(wù)需求動(dòng)態(tài)提取相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析處理。界面層利用XML+MDI+TAB標(biāo)簽技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)界面生成并顯示，顯示的形式包括數(shù)字列表顯示、實(shí)時(shí)曲線展示等，以便用戶閱讀理解。從某種意義上來(lái)說(shuō)，對(duì)整星的模擬測(cè)控的目的是向用戶真實(shí)顯示星上設(shè)備的特征信息，而不同的特征信息需要不同的表達(dá)方式并且用戶在面對(duì)大量遙測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)候，往往需要自定義顯示自己最關(guān)注的遙測(cè)數(shù)據(jù)。因此，可配置的多種形式的顯示輸出功能是此測(cè)控平臺(tái)最具特色的部分。

3 平臺(tái)框架具體說(shuō)明

數(shù)據(jù)采集解析層：數(shù)據(jù)采集解析層是測(cè)控平臺(tái)的核心，目前已經(jīng)在硬件層把各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)總線數(shù)據(jù)采集梳理做成驅(qū)動(dòng)接口形式，以dll動(dòng)態(tài)連接庫(kù)的方式提供。數(shù)據(jù)采集解析層根據(jù)用戶自定義的輸入通道、采集頻率、采集方式等負(fù)責(zé)調(diào)用dll庫(kù)采集各個(gè)總線上的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)解析存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)采集解析層把各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)總線包括CAN總線、1553B總線、422總線等的協(xié)議解析以COM[1]組件的形式封裝并實(shí)現(xiàn)。事先預(yù)定好一組業(yè)務(wù)解析接口，再由不同的組件實(shí)現(xiàn)不同的解析。測(cè)控平臺(tái)跟這些組件交互通過(guò)調(diào)用業(yè)務(wù)接口實(shí)現(xiàn)。組件的獨(dú)立性、可重構(gòu)性等特性使得軟件的更新維護(hù)僅僅需要組件重新進(jìn)行功能性的組合，而無(wú)需修改組件具體實(shí)現(xiàn)形式，因此軟件整體變得更為柔性。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層：底層數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用SqlServer[2～4]數(shù)據(jù)庫(kù)、Ini、Excel、Xml等多種配置文件存儲(chǔ)。SqlServer主要負(fù)責(zé)硬件采集層數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，它是整個(gè)測(cè)控平臺(tái)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)源，Ini、Excel、Xml等主要用來(lái)存儲(chǔ)可配置可自定義的遙測(cè)參數(shù)、自主判斷的計(jì)算輸入、遙控指令、界面標(biāo)簽信息等。把所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的存儲(chǔ)，形成“數(shù)據(jù)池”是實(shí)現(xiàn)平臺(tái)通用化的關(guān)鍵之一，平臺(tái)中的其他模塊都從“數(shù)據(jù)池”取得所需的源數(shù)據(jù)，如果有的話在將返回的結(jié)果返回到“數(shù)據(jù)池”中，有效實(shí)現(xiàn)模塊間數(shù)據(jù)的共享和更新。

業(yè)務(wù)邏輯層：主要根據(jù)用戶自定義的需求動(dòng)態(tài)完成對(duì)相關(guān)遙測(cè)、遙控?cái)?shù)據(jù)的提取、數(shù)據(jù)分析、實(shí)現(xiàn)自主判讀以及對(duì)平臺(tái)中多線程的管控。業(yè)務(wù)邏輯層的主線程接受各種人機(jī)交互操作，并發(fā)送到相應(yīng)線程處理。

圖3 可配置界面層展示過(guò)程

界面層：采用XML（Extensible Markup Language）[5，6]作為界面展示層的標(biāo)識(shí)語(yǔ)言，用來(lái)存儲(chǔ)界面上展示的各個(gè)元素以及元素的屬性以及上次打開(kāi)軟件的界面信息。XML的特點(diǎn)是擴(kuò)展性強(qiáng)，對(duì)數(shù)據(jù)具有自我描述能力等特點(diǎn)，其描述無(wú)任何限定，可以實(shí)現(xiàn)任意標(biāo)簽特性，也是軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)通用性最重要的一個(gè)層面。圖3為界面展示的過(guò)程圖。界面層在解析XML文件以后以多頁(yè)面標(biāo)簽展示出來(lái)。多頁(yè)面標(biāo)簽（即MDI+TAB）技術(shù)不僅能夠很好地切換展示獨(dú)立的顯示界面，也能夠讓多個(gè)獨(dú)立的頁(yè)面在同一界面上進(jìn)行分塊展示，這種界面布局方式對(duì)地面幾百個(gè)甚至上千個(gè)遙測(cè)參數(shù)的同時(shí)觀測(cè)、用戶自定義遙測(cè)觀測(cè)，以及相關(guān)遙控指令的測(cè)試起到了界面簡(jiǎn)潔清晰，一目了然的效果。

4 智能化地面測(cè)控平臺(tái)的應(yīng)用

圖4 可配置測(cè)控界面

智能化地面測(cè)控平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，使得只要通過(guò)相關(guān)的配置就能夠很好地自適應(yīng)于各種型號(hào)的地面測(cè)控。此平臺(tái)已經(jīng)運(yùn)用到型號(hào)測(cè)試當(dāng)中，測(cè)試和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該平臺(tái)穩(wěn)定可靠，可配置性非常強(qiáng)，靈活方便，能夠很好地滿足智能化地面的應(yīng)用要求。圖4是通過(guò)簡(jiǎn)單的配置生成的測(cè)控界面。

5 結(jié)束語(yǔ)

新一代智能地面測(cè)控平臺(tái)具備可拓展、可聚焦、可靈活配置的功能。此平臺(tái)進(jìn)一步提升了地面測(cè)控系統(tǒng)的自動(dòng)化水平與自主判讀能力，將傳統(tǒng)的基于消息觸發(fā)的驅(qū)動(dòng)模式轉(zhuǎn)化為基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的人機(jī)交互模式，根據(jù)用戶自定義遙測(cè)遙控的測(cè)試需求動(dòng)態(tài)地從數(shù)據(jù)源提取數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)判讀后實(shí)現(xiàn)列表顯示和曲線顯示等多樣的展示方式。應(yīng)用的結(jié)果驗(yàn)證了此通用平臺(tái)不僅提升了遙感器的測(cè)試覆蓋性與測(cè)試效率，而且大幅度增進(jìn)遙感產(chǎn)品的智能化和自動(dòng)化測(cè)試水平。

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Data Driven Aerospace Intelligent Ground Measurement and Control Platform

Wang Fenfen Zhao Yuliang

(Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity, Beijing 100094)

To solve the problem of repeat coding during ground testing of space remote sensor due to different bus types, bus protocol, telemetry parameters, remote command and user-defined measurement and control and so on, a new measurement and control general platform architecture based on data driven is proposed and implemented. This platform not only increases the work efficiency of the measurement and control coder, and the coverage and efficiency of the space remote sensor,but also greatly improves the intelligentized and automated testing level of the remote sensing products.

data driven；ground tests；space remote sensor；automated testing

王芬芬（1985），研究生，通信與信息系統(tǒng)專業(yè)；研究方向：軟件開(kāi)發(fā)和遙感器地面測(cè)控。

2018-04-10