安全可靠多站接力通信自動(dòng)化控制技術(shù)

張 錚

（中國(guó)地質(zhì)工程集團(tuán)有限公司，北京 100093）

1 研究背景

大多數(shù)情況下，多站接力通信對(duì)人工操作的依賴均比較高，需要工作者以手動(dòng)操作的方式運(yùn)行測(cè)控實(shí)現(xiàn)通信運(yùn)行。在此過程中，如果前站支持直接發(fā)送上行指令，就可以使用半自動(dòng)化的形式，通過中心調(diào)度實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤，而在這種情況下，則主要存在兩種運(yùn)行場(chǎng)景，即標(biāo)準(zhǔn)跟蹤+擴(kuò)頻跟蹤、同點(diǎn)頻不同碼組接力跟蹤和遙控優(yōu)先級(jí)競(jìng)爭(zhēng)式跟蹤。但在人工模式下，通信運(yùn)行場(chǎng)景則更為復(fù)雜。在此過程中，當(dāng)中心下發(fā)退出接力調(diào)度的指令時(shí)，前站會(huì)接到該指令后，將狀態(tài)調(diào)整為TM+R，完畢后向中心上傳報(bào)告；當(dāng)中心下發(fā)接力調(diào)度指令時(shí)，后站會(huì)接到該指令，將狀態(tài)調(diào)整為TM+TC+R，然后向中心提交狀態(tài)報(bào)告。最后，當(dāng)跟蹤完畢后，中心會(huì)下達(dá)結(jié)束口令，該跟蹤任務(wù)會(huì)退出通信系統(tǒng)。基于此，為了減少多站接力通信過程中的人工干預(yù)需求，消除人的因素對(duì)衛(wèi)星測(cè)控的影響，需要積極尋求安全可靠的多站接力通信自動(dòng)化控制技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)多站接力通信的自動(dòng)化運(yùn)行，增強(qiáng)衛(wèi)星測(cè)控運(yùn)行效果。

2 研究過程

2.1 多站接力通信自動(dòng)化控制技術(shù)方案設(shè)計(jì)

在多站接力通信上，本文提出了一種可以按照設(shè)備現(xiàn)狀評(píng)估結(jié)果，以及XML策略庫、指令庫，借助以中心調(diào)度為主的通信運(yùn)行框架，實(shí)現(xiàn)各類設(shè)備的接力跟蹤指令通信的多站接力通信自動(dòng)化控制技術(shù)。在該技術(shù)下，上述框架能夠?qū)崟r(shí)捕捉設(shè)施作業(yè)現(xiàn)狀信息，并借助通信自動(dòng)控制系統(tǒng)，將該信息作為控制命令執(zhí)行反饋，以及命令執(zhí)行參考、命令制定參考，由此形成一個(gè)自動(dòng)化多站接力運(yùn)行系統(tǒng)，降低人為因素造成的干擾，讓設(shè)備的運(yùn)行更加安全可靠，推動(dòng)衛(wèi)星測(cè)控水平的發(fā)展。其中，該自動(dòng)化控制系統(tǒng)下的通信流程如圖1所示。在具體的技術(shù)方案設(shè)計(jì)中，可以圍繞上述通信流程，搭建一個(gè)通信自動(dòng)化控制平臺(tái)，用于實(shí)現(xiàn)多站接力條件下的信息傳輸。在此過程中，應(yīng)為該通信平臺(tái)設(shè)置兩個(gè)外部數(shù)據(jù)接口，分別用于傳輸設(shè)備現(xiàn)狀信息和中心調(diào)度指令。其中，設(shè)備現(xiàn)狀信息主要指對(duì)設(shè)備關(guān)鍵點(diǎn)、測(cè)控任務(wù)存在影響的信息。在通信過程中，自動(dòng)化控制平臺(tái)會(huì)運(yùn)行設(shè)備現(xiàn)狀評(píng)估算法，在XML策略庫中，提取用于判斷設(shè)備現(xiàn)狀的策略，借此得出判斷結(jié)果，采用遙控方式發(fā)出命令判斷。此后，中心會(huì)按照上述判斷，運(yùn)用上述通信自動(dòng)控制平臺(tái)，發(fā)送指令。通常來說，該通信自動(dòng)控制平臺(tái)需要發(fā)送的中心調(diào)度指令包括接力開始與結(jié)束指令、前后站設(shè)置與切換指令、設(shè)備參數(shù)狀態(tài)設(shè)置指令。此外，還要為該自動(dòng)控制平臺(tái)設(shè)置相應(yīng)的算法，用于將調(diào)度指令轉(zhuǎn)化為設(shè)備可識(shí)別的控制指令，由此利用該通信自動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)多站接力條件下設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行。

圖1 通信流程圖

2.1.1 控制方案設(shè)計(jì)

在多站接力的條件下，需要各個(gè)站內(nèi)的多套設(shè)備實(shí)現(xiàn)聯(lián)合作業(yè)，但各個(gè)站的工作模式均存在差異，站內(nèi)各套設(shè)備的作業(yè)方式也不同，這使得在多站接力時(shí)，會(huì)涉及通信流程的變化，因此，為了保證通信的自動(dòng)控制運(yùn)行效果，需要采用策略配置的方式，根據(jù)各站、各套設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行需求，對(duì)通信控制策略予以定制，確保多站接力期間的正常通信。在此過程中，定制的通信自動(dòng)控制策略通常包含以下三個(gè)部分。

一是設(shè)備現(xiàn)狀評(píng)估結(jié)果通信控制策略。其中，設(shè)備現(xiàn)狀評(píng)估結(jié)果是中心判斷設(shè)備是否正常運(yùn)行的主要依據(jù)，其從本質(zhì)上是一種描述參數(shù)集合合法性的信息，中心將該信息與參照信息相對(duì)比，即可確定設(shè)備的狀態(tài)是否正確。一般來說，設(shè)備現(xiàn)狀評(píng)估結(jié)果中所包含的信息項(xiàng)目如表1所示?；诖?，需要根據(jù)上述參數(shù)集合的構(gòu)造、傳輸方向等情況，從策略庫中，選擇合適的通信策略，保證設(shè)備現(xiàn)狀評(píng)估結(jié)果的順利傳輸?shù)轿弧６敲钷D(zhuǎn)換通信控制策略。在通信過程中，需要將一個(gè)調(diào)度命令，分解成為多個(gè)簡(jiǎn)單的控制命令，同時(shí)運(yùn)用基礎(chǔ)指令庫，將這些簡(jiǎn)單命令轉(zhuǎn)化成為各個(gè)設(shè)備能夠識(shí)別的命令，由此達(dá)到對(duì)設(shè)備的自動(dòng)控制。為此，需要定制一套符合當(dāng)前情況的命令分解傳輸通信控制策略，確保分解后的簡(jiǎn)單命令能夠被準(zhǔn)確傳送到相應(yīng)的設(shè)備。三是通信安全控制策略。在多站接力的條件下，通信環(huán)境會(huì)不斷發(fā)生改變，因此，也要采用XML配置策略的方式，進(jìn)行安全控制策略定制，以保證信息通信的可靠性，提升通信自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用水平。此外，為了信息通信的安全，也要采用A、B雙平面的網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)，進(jìn)行通信控制，并同時(shí)運(yùn)用這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)平面發(fā)送信息。待設(shè)備接收信息時(shí)，再將A、B兩個(gè)平面進(jìn)行融合，得到完整的信息，這樣如果其中一條鏈路出現(xiàn)了信息丟失問題，那么另外一條鏈路則能夠?yàn)樵O(shè)備提供該信息，由此增強(qiáng)通信自動(dòng)控制的可靠性。但在此過程中需要注意，必須為每個(gè)平面設(shè)置UDP加密包，而且要將冗余備份機(jī)制應(yīng)用到數(shù)據(jù)傳輸上，并執(zhí)行3判2對(duì)比的模式，確保設(shè)備接收到的數(shù)據(jù)正確，增強(qiáng)通信的安全性。其中，3判2對(duì)比的模式是指，在通信時(shí)一次發(fā)送三個(gè)數(shù)據(jù)包，如果有兩個(gè)相同，則證明數(shù)據(jù)正確。

表1 設(shè)備現(xiàn)狀評(píng)估結(jié)果中包含的信息項(xiàng)目表

2.1.2 設(shè)備現(xiàn)狀評(píng)估算法

在通信自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入端，需要設(shè)置一個(gè)設(shè)備現(xiàn)狀評(píng)估算法，用于向通信系統(tǒng)輸入設(shè)備的現(xiàn)狀信息，由此讓通信系統(tǒng)可以將該信息順利傳輸給中心，作為指令下達(dá)的依據(jù)。在此背景下，設(shè)備現(xiàn)狀評(píng)估算法是一個(gè)重要的通信自動(dòng)控制系統(tǒng)組成部分，其運(yùn)行效果會(huì)影響通信整體效率，因此，為了節(jié)約運(yùn)算成本，可以考慮使用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、參量需求少的二叉樹向量機(jī)模型作為設(shè)備現(xiàn)狀評(píng)估算法模型，如圖2所示。在該模型中，wi為參數(shù)影響系數(shù)，當(dāng)該系數(shù)值為0時(shí)，該參數(shù)則不是影響因子；當(dāng)該系數(shù)值為1時(shí)，則為設(shè)備狀態(tài)的影響因子。其中，Pi為第i個(gè)參數(shù)；Si為Pi的狀態(tài)；Si=0為錯(cuò)誤狀態(tài)；Si=1為正確狀態(tài)；R為設(shè)備現(xiàn)狀正常；W為設(shè)備現(xiàn)狀異常。在設(shè)備現(xiàn)狀評(píng)估中，僅考慮參考影響系數(shù)為1的參數(shù)。根據(jù)圖2能夠了解到，若Pi的狀態(tài)表述為Si=0，那么則當(dāng)前的設(shè)備現(xiàn)狀評(píng)估結(jié)果為設(shè)備狀態(tài)異常，當(dāng)Pi的狀態(tài)表述為Si=1，才能進(jìn)一步判斷Pi+1的情況，如果所有的節(jié)點(diǎn)，均呈現(xiàn)出正常的狀態(tài)表述結(jié)果，就可以將設(shè)備狀態(tài)評(píng)估為正常，即為R狀態(tài)。由此，若設(shè)S為設(shè)備現(xiàn)狀，可以得到，然后根據(jù)，可以得到，基于該公式能夠了解到此算法的運(yùn)行策略是，當(dāng)wi=0時(shí)，反饋值為1；當(dāng)wi=1時(shí)，反饋值為Pi的計(jì)算值，而Pi的計(jì)算值需要運(yùn)用設(shè)備現(xiàn)狀判斷策略得出，該策略如圖3所示。在此背景下，通信自動(dòng)控制平臺(tái)即可實(shí)時(shí)向設(shè)備控制平臺(tái)傳輸設(shè)備現(xiàn)狀信息，以支持各項(xiàng)控制決策的制定和執(zhí)行，提升多站接力自動(dòng)化運(yùn)行水平[1]。

圖2 二叉樹向量機(jī)模型圖

圖3 設(shè)備現(xiàn)狀判斷策略圖

2.1.3 多站接力通信控制算法流程

待信息輸入后，通信系統(tǒng)即可通過運(yùn)行通信控制算法對(duì)信息傳輸進(jìn)行自動(dòng)化控制，由此完成信息的自動(dòng)化傳輸。在此過程中，多站接力通信控制算法流程可以被闡述為以下幾個(gè)步驟。一是根據(jù)多站接力運(yùn)行流程對(duì)信息傳輸進(jìn)行跟蹤劃分與嚴(yán)格的安全控制；二是通過運(yùn)算，將調(diào)度命令分解轉(zhuǎn)化為各個(gè)設(shè)備能夠識(shí)別的簡(jiǎn)單質(zhì)量，并分散傳輸?shù)较鄳?yīng)的設(shè)備；三是實(shí)時(shí)傳輸設(shè)備現(xiàn)狀評(píng)估結(jié)果；四是當(dāng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)異常時(shí)，及時(shí)將糾正指令傳輸?shù)较鄳?yīng)的設(shè)備[2]。

3 技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)結(jié)果

將上述通信自動(dòng)化控制技術(shù)予以實(shí)現(xiàn)后，可以得到以下的多站接力通信自動(dòng)控制場(chǎng)景。一是在多站接力條件下，各站的各套設(shè)備進(jìn)入了自動(dòng)通信狀態(tài)；二是自動(dòng)化通信控制平臺(tái)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需求，控制中心與前站、后站的信息傳輸；三是通信自動(dòng)化控制平臺(tái)，協(xié)助設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行操作平臺(tái)，對(duì)前站、后站運(yùn)行情況予以實(shí)時(shí)跟蹤；四是通信自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)將設(shè)備控制平臺(tái)的指令發(fā)送到前站、后站，由此根據(jù)運(yùn)行策略和中心調(diào)度要求，退出、開啟多站接力運(yùn)行。由此可知，本文的技術(shù)主要有以下優(yōu)勢(shì)：①解決了多站接力自動(dòng)化運(yùn)行下的通信問題；②運(yùn)用可配置策略進(jìn)行通信控制，可以讓通信系統(tǒng)的運(yùn)行對(duì)各類環(huán)境實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)，提高了通信運(yùn)行的靈活性；③消除了傳統(tǒng)條件下多站接力運(yùn)行對(duì)人工操作依賴過多的問題，提高了多站接力運(yùn)行的可靠性[3]。

4 技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)結(jié)果分析

根據(jù)上述對(duì)通信自動(dòng)控制技術(shù)的論述可知，該技術(shù)的主要作用是支持多站接力的自動(dòng)化運(yùn)行，由此提升衛(wèi)星測(cè)控作業(yè)水平。不過還要注意，雖然該技術(shù)存在上述優(yōu)勢(shì)，但在使用過程中依然需要工作者對(duì)配套算法做好部署，才能讓該技術(shù)充分發(fā)揮效能。在技術(shù)部署上應(yīng)當(dāng)注意，由于技術(shù)部署本身就是一個(gè)專業(yè)性較強(qiáng)的工作，因此，必須安排具備足夠經(jīng)驗(yàn)且業(yè)務(wù)能力過硬的人來承擔(dān)此項(xiàng)工作。在此過程中，需要在正式開始技術(shù)部署之前進(jìn)行充分的技術(shù)交底，并圍繞具體的技術(shù)方案，讓所有參與技術(shù)部署的人員都能夠圍繞該技術(shù)方案在理解達(dá)成一致，以免因理解沖突造成技術(shù)部署問題，影響技術(shù)應(yīng)用效果[4]。

在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上還要注意，通信自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用離不開軟硬件設(shè)施的支持，因此，在技術(shù)的前期部署上也要重點(diǎn)關(guān)注軟硬件設(shè)施的性能水平，并結(jié)合實(shí)際情況以及通信運(yùn)行需求，選用合適的軟硬件設(shè)施，而且要在設(shè)施正式投入使用前進(jìn)行全面的調(diào)試檢查，確認(rèn)其性能狀態(tài)符合要求后，才能將其應(yīng)用到技術(shù)部署上[5]。

待技術(shù)部署完畢后，也要對(duì)軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行定期的維護(hù)，保持其良好運(yùn)行狀態(tài)，增強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用效果。為此，在運(yùn)維中需提前根據(jù)技術(shù)方案以及實(shí)際情況，編制出一個(gè)完善、系統(tǒng)的維護(hù)管理方案，并提出具體的檢修、運(yùn)維側(cè)重點(diǎn)，以提高運(yùn)維工作效率，優(yōu)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)效果。此外，應(yīng)綜合考慮技術(shù)的應(yīng)用條件、應(yīng)用需求，針對(duì)技術(shù)運(yùn)行中可能存在的問題，提前做出解決預(yù)案，讓工作者可以及時(shí)對(duì)突發(fā)的問題、情況做出正確響應(yīng)，由此強(qiáng)化技術(shù)運(yùn)行的穩(wěn)定性，提升多站接力自動(dòng)化運(yùn)行水平。在此過程中需要注意，雖然該技術(shù)屬于自動(dòng)化技術(shù)，無須人工操作即可自動(dòng)作業(yè)，但為了避免一些潛在的不確定因素為技術(shù)運(yùn)行帶來影響，依然需要重點(diǎn)關(guān)注技術(shù)部署、技術(shù)運(yùn)行監(jiān)測(cè)、技術(shù)運(yùn)維等工作，并確立配套的工作制度，然后借助制度，規(guī)范、引導(dǎo)工作者的操作，保證通信自動(dòng)控制技術(shù)的正常運(yùn)行，提高技術(shù)應(yīng)用效果[6]。

5 結(jié)束語

綜上所述，增強(qiáng)自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用效果可以優(yōu)化衛(wèi)星的通信系統(tǒng)性能。在衛(wèi)星測(cè)控作業(yè)中，借助安全可靠的多站接力通信自動(dòng)控制技術(shù)方案，能夠改善原有通信條件下存在的各類問題，優(yōu)化衛(wèi)星設(shè)備自動(dòng)化運(yùn)行的靈活度，讓軌道測(cè)控工作得以順利完成，從而獲得更好的衛(wèi)星作業(yè)效果，推動(dòng)衛(wèi)星通信領(lǐng)域的優(yōu)化發(fā)展。