火箭遙測時間指令參數(shù)誤碼修正方法研究

柳振民，彭宗堯，鄢青青

(西昌衛(wèi)星發(fā)射中心， 四川 西昌 615000)

遙測時間指令參數(shù)反映火箭飛行過程中動作指令的發(fā)出情況以及執(zhí)行情況，是掌握火箭飛行狀況的重要信息。遙測信號傳輸過程中，信號強度衰減、外界干擾等，會產(chǎn)生一定的誤碼[1](比如所傳信號是1，而接收的為0，反之亦然)。在數(shù)據(jù)處理時，若不對誤碼進行濾除，則會誤將其當作指令進行處理。為防止誤判情況發(fā)生，通常設(shè)置一判斷條件，如滿足“連續(xù)三幀或五幀‘發(fā)生狀態(tài)’”時，才認為指令發(fā)生[2]。

在數(shù)據(jù)分析時經(jīng)常發(fā)現(xiàn)一些指令參數(shù)無處理結(jié)果，究其原因為誤碼造成遙測數(shù)據(jù)丟幀，使得“指令發(fā)生狀態(tài)”的數(shù)據(jù)較少，無法滿足為濾除誤碼所設(shè)的“指令發(fā)生”判斷條件；另外還發(fā)現(xiàn)一些“發(fā)生狀態(tài)”持續(xù)時間較長的指令由于誤碼影響，會多次滿足“指令發(fā)生”判斷條件，造成指令被多次錯誤解出。為避免數(shù)據(jù)處理時指令誤判，又盡量減小漏判，同時還防止指令被多次錯誤解出，在分析指令參數(shù)誤碼特征以及借鑒相關(guān)文獻處理方法[3-5]的基礎(chǔ)上，開展遙測時間指令參數(shù)誤碼修正方法研究。

1 誤碼特征分析

1.1 數(shù)據(jù)解調(diào)處理過程

如圖1所示，在信號解調(diào)環(huán)節(jié)，需要根據(jù)遙測的子幀同步碼、副幀同步碼實現(xiàn)數(shù)據(jù)流的子幀同步和副幀同步(無法同步的數(shù)據(jù)將被丟棄)。

圖1 同步解調(diào)處理原理框圖

在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，需要依據(jù)參數(shù)在遙測幀結(jié)構(gòu)中的位置從二進制數(shù)據(jù)流中挑出參數(shù)的源碼。遙測的子幀結(jié)構(gòu)如表1所示。源碼挑選時，需要根據(jù)副幀同步碼定位副幀(一個副幀含固定個數(shù)的子幀)的起始位置(也為第一個子幀的起始位置)，根據(jù)子幀同步碼定位子幀的起始位置，再根據(jù)參數(shù)在子幀中的位置以及子幀計數(shù)值，挑出源碼數(shù)據(jù)。

表1 遙測子幀結(jié)構(gòu)表(8 bit/Word)

1.2 誤碼特征分析

時間指令參數(shù)按測量方式可分為位控參數(shù)和時序參數(shù)[6]。位控參數(shù)采用8位二進制編碼格式，即每一參數(shù)用緩變數(shù)字波道8位碼中的一位數(shù)碼狀態(tài)來表示；時序參數(shù)通過一個相同的緩變數(shù)字波道進行傳輸，當時序出現(xiàn)時，波道的碼位狀態(tài)改變1次。

誤碼引起的丟幀可能會造成指令參數(shù)的缺失或延遲，而保留在參數(shù)源碼中的誤碼，在不同類型指令中表現(xiàn)特性也不相同。

一般時間指令參數(shù)在每個遙測副幀周期內(nèi)采編1次，而連續(xù)2個副幀數(shù)據(jù)在同一位置出現(xiàn)誤碼的概率極低，除非長時間誤碼。通過數(shù)據(jù)解調(diào)處理過程可知，若誤碼持續(xù)時間較長，則無法實現(xiàn)幀同步，數(shù)據(jù)將被丟棄，因此誤碼一般不會連續(xù)出現(xiàn)，而是以圖2所示的單跳變點形式存在。

圖2 誤碼跳變形式示意圖

超采時間指令參數(shù)包括時序參數(shù)和超采位控時間指令參數(shù)，該類參數(shù)在每個遙測副幀周期內(nèi)采編16次。由于副幀周期相對較長，存在副幀同步碼同步而副幀內(nèi)數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤碼的情況，因此該類參數(shù)的源碼在一個副幀周期內(nèi)可能出現(xiàn)數(shù)次誤碼，但數(shù)量不會太多(誤碼太多時無法實現(xiàn)幀同步，數(shù)據(jù)將被丟棄)。

2 誤碼修正方法研究

指令參數(shù)中的誤碼可以在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)設(shè)置判斷條件進行修正，也可在結(jié)果展示環(huán)節(jié)采用關(guān)聯(lián)參數(shù)替換進行修正。

2.1 處理過程預設(shè)條件修正法

在指令參數(shù)處理過程中，設(shè)置一狀態(tài)標志，根據(jù)預設(shè)的判斷條件將狀態(tài)標志置為不同的狀態(tài)。誤碼引起的跳變往往不能滿足判斷條件，因此在完成指令參數(shù)處理的同時，實現(xiàn)了誤碼濾除。狀態(tài)標志分初始狀態(tài)、指令發(fā)生狀態(tài)和允許解算狀態(tài)。

2.1.1“指令發(fā)生”判斷條件設(shè)置

“指令發(fā)生”判斷條件的設(shè)置需根據(jù)參數(shù)的采樣頻率而定，因此對于一般時間指令和超采時間指令，判斷條件也不相同。

1) 一般時間指令參數(shù)

對于一般時間指令參數(shù)，傳統(tǒng)的“指令發(fā)生”判斷條件為：首先判斷副幀同步碼和子幀同步碼是否正確，不正確的幀不予處理；然后以副幀計數(shù)為準判斷參數(shù)發(fā)生變化的時間持續(xù)三幀，則認為指令真實發(fā)生，將第一幀的跳變時間作為指令發(fā)生時間。

因為誤碼造成的遙測數(shù)據(jù)丟幀，常使得一些持續(xù)時間較短的指令不滿足傳統(tǒng)的“指令發(fā)生”判斷條件，而從指令參數(shù)誤碼特征分析可知，在丟棄未同步數(shù)據(jù)后，同一指令參數(shù)誤碼連續(xù)出現(xiàn)的概率極低，即連續(xù)2次出現(xiàn)跳變?yōu)檎鎸嵉闹噶钐儼l(fā)生，因此在對一般指令參數(shù)進行處理時，將“指令發(fā)生”判斷條件定為“參數(shù)‘指令發(fā)生狀態(tài)’連續(xù)出現(xiàn)2次”，以解出圖3所示含誤碼的指令，降低指令參數(shù)無處理結(jié)果的概率。

圖3 誤碼對一般時間指令影響示意圖

2) 超采時間指令參數(shù)

對于超采時間指令參數(shù)，傳統(tǒng)的“指令發(fā)生”判斷條件為：首先判斷副幀同步碼和子幀同步碼是否正確，不正確的幀不予處理；然后以子幀計數(shù)為準判斷參數(shù)發(fā)生變化的時間持續(xù)一副幀(16次)，中間無干擾數(shù)據(jù)，且不考慮兩副幀之間連續(xù)的情況，則認為指令發(fā)生。

從指令參數(shù)誤碼特征分析可知，超采時間指令參數(shù)的誤碼在一個副幀周期內(nèi)可能數(shù)次出現(xiàn)，但數(shù)量不多，因此在對超采時間指令參數(shù)進行處理時，將“指令發(fā)生”判斷條件定為“連續(xù)判斷參數(shù)的狀態(tài)16次，若有12次以上為‘發(fā)生狀態(tài)’，則認為指令發(fā)生”，以解出表2所示的“發(fā)生狀態(tài)跨幀或含有誤碼的指令”。

表2 某任務(wù)某指令參數(shù)源碼數(shù)據(jù)

注：t為副幀周期。

2.1.2“允許解算”判斷條件設(shè)置

如圖4所示，指令參數(shù)在發(fā)生狀態(tài)“1”期間出現(xiàn)誤碼“0”，重新滿足了連續(xù)2幀“1”的判斷條件，會再次解算一個錯誤的指令時間。為防止此類情況發(fā)生，設(shè)置“允許解算”判斷條件，只有滿足此條件時，才允許對時間指令參數(shù)進行解算。

1) 一般位控指令

對于一般位控指令，“允許解算”判斷條件的設(shè)置方法與“指令發(fā)生”判斷條件類似，當“參數(shù)‘指令未發(fā)生狀態(tài)’連續(xù)出現(xiàn)2次”時，將狀態(tài)標志置為“允許解算”狀態(tài)，才允許進行指令解算。

2) 超采位控指令

超采位控指令“允許解算”判斷條件的設(shè)置方法也與“指令發(fā)生”判斷條件的類似，即：“連續(xù)判斷參數(shù)的狀態(tài)16次，若有12次以上為‘未發(fā)生狀態(tài)’”，則認為滿足“允許解算”判斷條件。

3) 時序指令

在進行時序參數(shù)處理時，通常以波道的碼位改變解算時序的發(fā)生，再結(jié)合時序參數(shù)的理論值范圍確定為那個時序參數(shù)值。對于理論范圍有交集的參數(shù)(2個相鄰的時序參數(shù)理論范圍可能有交集)，若因某種原因未能收到或收到時間較晚時，可能造成參數(shù)解算錯誤。

為防止此類問題發(fā)生，設(shè)置“00”和“FF”2種狀態(tài)的“允許解算”判斷條件，當滿足“00”狀態(tài)“允許解算”判斷條件時允許解算由“00”跳變?yōu)椤癋F”的時序，當滿足“FF”狀態(tài)“允許解算”判斷條件時允許解算由“FF”跳變?yōu)椤?0”的時序。由于時序指令參數(shù)均為超采參數(shù)，其“允許解算”判斷條件與超采位控指令相同。

2.2 參數(shù)結(jié)果關(guān)聯(lián)替代修正法

一些重要的指令參數(shù)，若因誤碼等因素未能解出結(jié)果，或者結(jié)果明顯錯誤時，用關(guān)聯(lián)參數(shù)或延時處理結(jié)果進行替代。

2.2.1關(guān)聯(lián)參數(shù)替代

對于遙測時間指令參數(shù)，關(guān)聯(lián)參數(shù)主要有2種類型[7]：

1) 共同反映某個動作的發(fā)生。該類參數(shù)共同反映火箭飛行過程中某個動作的發(fā)生情況，如箭載計算機發(fā)出的執(zhí)行某動作指令參數(shù)、該動作執(zhí)行結(jié)果相關(guān)的時間參數(shù)共同反映了火箭這一動作的發(fā)生情況。

2)具有嚴格的時間先后順序。該類參數(shù)發(fā)生順序具有固定的時間，如指令A發(fā)生后，間隔t1 s發(fā)出指令A1，間隔t2 s發(fā)出指令A2。由于指令A為指令A1、指令A2發(fā)生的必要條件，因此指令A發(fā)生的時間可用“A1-t1”或“A2-t2”替代。

另外，為提高替代修正的準確性，將用于替換的相關(guān)參數(shù)按理論時間相似性設(shè)置優(yōu)先級，如表3所示，替換時優(yōu)選優(yōu)先級高的參數(shù)。

表3 指令參數(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系

2.2.2延時波道處理結(jié)果替代

為解決火箭飛行期間級間分離火焰或其他因素對遙測信號的干擾，箭上遙測系統(tǒng)對重要緩變參數(shù)進行了平行延時，延時固定時間后，通過延時波道下傳。實時波道指令無法解出時，若對實時性要求不高，也可用延時波道的解算結(jié)果進行替代。

3 實用性驗證

由于參數(shù)結(jié)果關(guān)聯(lián)替代修正法是直接對結(jié)果進行替換，效果比較直觀，因此只對處理過程預設(shè)條件修正法進行驗證。

3.1 案例選取

以某次任務(wù)火箭飛行過程中某指令參數(shù)為例，該參數(shù)為一般位控指令參數(shù)，對應(yīng)波道碼位值為64。如圖5所示，由于誤碼，使得本應(yīng)持續(xù)采集8次的發(fā)生狀態(tài)僅有3次，且只有2次連續(xù)，傳統(tǒng)處理方法未能解出指令發(fā)生時間。

圖5 某指令參數(shù)實時波道源碼數(shù)據(jù)截圖

3.2 驗證過程

設(shè)狀態(tài)標志變量St_f，其具體含義如表4所示。用Matlab編程驗證，程序執(zhí)行流程如圖6所示。

表4 狀態(tài)標志變量(St_f)含義

圖6 程序驗證流程示意圖

3.3 結(jié)果分析

程序執(zhí)行結(jié)果正確地解出了144.890 s指令發(fā)生時間；另外，利用此方法對另一次任務(wù)采用傳統(tǒng)方法解算錯誤的5個參數(shù)(因爆炸螺栓起爆干擾產(chǎn)生誤碼)進行重新處理，均解算正確。驗證結(jié)果表明，處理過程預設(shè)條件修正法能較好地對誤碼進行修正，具有較好的實用性。

4 結(jié)論

1) 處理過程預設(shè)條件修正法將狀態(tài)標志和判斷條件相結(jié)合，并根據(jù)誤碼特征分析結(jié)果提出較為寬松的判斷條件、根據(jù)時序參數(shù)跳變規(guī)律設(shè)置不同的解算狀態(tài)，驗證及應(yīng)用結(jié)果表明：有效地解決了指令誤判和指令漏判的問題；

2) 參數(shù)結(jié)果關(guān)聯(lián)替代修正法對指令參數(shù)的關(guān)聯(lián)特性進行了分析，并在此基礎(chǔ)上提出了結(jié)果替代修正方案，該方法作為一種備保手段對處理結(jié)果仍有錯誤的指令參數(shù)予以替代修正。

2種方法結(jié)合使用，有效地修正了誤碼對火箭遙測時間指令參數(shù)的影響。