基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的小衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)視工具設(shè)計(jì)

韓冬 李泓杉 薛野

（航天東方紅衛(wèi)星有限公司，北京 100094）

基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的小衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)視工具設(shè)計(jì)

韓冬 李泓杉 薛野

（航天東方紅衛(wèi)星有限公司，北京 100094）

提出了一種基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的小衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)視工具設(shè)計(jì)方法，根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的技術(shù)特點(diǎn)，采用模塊化設(shè)計(jì)方式，將多種數(shù)據(jù)監(jiān)視功能進(jìn)行組合。該數(shù)據(jù)監(jiān)視工具主要功能包括遙測(cè)參數(shù)、遙測(cè)幀包數(shù)據(jù)、遙控指令、遙控指令判讀數(shù)據(jù)、默認(rèn)監(jiān)視數(shù)據(jù)、自定義監(jiān)視數(shù)據(jù)、遙測(cè)衍生數(shù)據(jù)、遙測(cè)基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)、測(cè)試過程事件等的實(shí)時(shí)監(jiān)視。在數(shù)據(jù)處理方面采用共享內(nèi)存和哈希算法，可保證數(shù)據(jù)讀寫的可靠性和數(shù)據(jù)刷新效率，便于測(cè)試人員快速了解衛(wèi)星當(dāng)前的工作狀態(tài)和健康狀態(tài)。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；小衛(wèi)星；數(shù)據(jù)監(jiān)視

1 引言

航天器數(shù)據(jù)監(jiān)視是指航天器在地面綜合測(cè)試過程中，依據(jù)判讀準(zhǔn)則對(duì)航天器上行遙控指令和下行遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性檢查，從而判斷航天器上各設(shè)備工作是否正常、接口是否正確、航天器功能和性能是否正常的過程［1］。航天器數(shù)據(jù)監(jiān)視的特點(diǎn)是：①數(shù)據(jù)信息量大，航天器上行遙控令和下行遙測(cè)參數(shù)量超過數(shù)千條，參數(shù)刷新速率按照下行傳輸速率分為多種，數(shù)據(jù)的刷新量非常大；②數(shù)據(jù)及時(shí)性和準(zhǔn)確性要求高，航天器測(cè)試系統(tǒng)是高精度測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)試人員通過監(jiān)視遙測(cè)參數(shù)，獲取航天器的工作狀態(tài)和健康狀態(tài)，遙測(cè)參數(shù)刷新顯示是否及時(shí)準(zhǔn)確，對(duì)航天器綜合測(cè)試順利進(jìn)行會(huì)產(chǎn)生很大影響；③數(shù)據(jù)關(guān)系復(fù)雜，航天器綜合測(cè)試過程中的遙測(cè)參數(shù)和遙控指令之間具有十分復(fù)雜的邏輯關(guān)系，參數(shù)與參數(shù)，參數(shù)與指令，指令與指令之間存在許多耦合。

以往的測(cè)試工具是按照分系統(tǒng)分類方式，將遙測(cè)處理結(jié)果以列表的形式顯示出來(lái)，供測(cè)試人員監(jiān)視和記錄。一顆衛(wèi)星的遙測(cè)參數(shù)大約在3000～5000條，遙控指令有1000～3000條。當(dāng)有上行遙控指令發(fā)送時(shí)，測(cè)試人員需要根據(jù)判讀要求，查找遙控指令相關(guān)參數(shù)判據(jù)進(jìn)行判讀和記錄。監(jiān)視這些參數(shù)和指令對(duì)于測(cè)試人員來(lái)說(shuō)需要極大的工作量。隨著航天器綜合測(cè)試技術(shù)的不斷進(jìn)步，這種完全靠人工監(jiān)視和判讀的方式，已不能滿足綜合測(cè)試智能化發(fā)展的需求。

本文根據(jù)小衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)視需求，提出一種基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的小衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)視工具的設(shè)計(jì)思路，按照功能模塊設(shè)計(jì)方式，將多種數(shù)據(jù)監(jiān)視功能進(jìn)行組合，用于整星測(cè)試過程中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)視。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的小衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)視工具（以下簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)監(jiān)視工具）采用客戶端/服務(wù)器（C/S）架構(gòu)，服務(wù)器上配置了SQL Server關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和Agilor實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。其中SQL Server關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)主要用于存儲(chǔ)測(cè)試基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)，包括型號(hào)階段信息、遙測(cè)幀/包信息、遙測(cè)參數(shù)信息、遙控指令信息、判據(jù)信息、系統(tǒng)關(guān)系信息等。接口采用微軟數(shù)據(jù)對(duì)象（ActiveX Data Object，ADO）應(yīng)用程序接口，數(shù)據(jù)查詢和獲取采用標(biāo)準(zhǔn)sql語(yǔ)句；Agilor實(shí)時(shí)庫(kù)主要用于存儲(chǔ)測(cè)試過程中產(chǎn)生的實(shí)時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)，包括遙測(cè)參數(shù)工程值和源碼、幀/包源碼、遙控指令、地面測(cè)試數(shù)據(jù)和指令。接口采用Agilor實(shí)時(shí)庫(kù)系統(tǒng)二次開發(fā)接口［2］。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)分支，是實(shí)時(shí)系統(tǒng)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)相綜合的產(chǎn)物［3］。考慮到數(shù)據(jù)監(jiān)視工具對(duì)運(yùn)行環(huán)境、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的綜合要求。中國(guó)科學(xué)院軟件研究所自主開發(fā)的Agilor實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，主要功能包括管控一體化的數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，能夠適用于Windows等主流系統(tǒng)平臺(tái)；采用C/S體系架構(gòu)，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器負(fù)責(zé)采集管理數(shù)據(jù)，客戶端應(yīng)用程序訪問、處理來(lái)自服務(wù)器的信息；采用先進(jìn)的壓縮技術(shù)，節(jié)省存儲(chǔ)空間的同時(shí)，保證數(shù)據(jù)存取的快捷性；良好的開放性和集成性，數(shù)據(jù)訪問和處理通過標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序接口實(shí)現(xiàn)。該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)具有高實(shí)時(shí)性、高數(shù)據(jù)吞吐量、通用系統(tǒng)平臺(tái)、接口規(guī)范的特點(diǎn)，完全滿足數(shù)據(jù)監(jiān)視工具的需求。

2.2 功能模塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)監(jiān)視工具采用模塊化設(shè)計(jì)方式［4］，功能模塊包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理模塊、參數(shù)訂閱模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、包遙測(cè)顯示模塊、自定義顯示模塊、衍生處理模塊、默認(rèn)參數(shù)顯示模塊、參數(shù)屬性模塊、指令通信模塊、判讀顯示模塊、事件監(jiān)視模塊、配置管理模塊等。功能模塊的系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 功能模塊的系統(tǒng)構(gòu)成Fig.1 System structure of functional modules

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理模塊：連接外部的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，獲取測(cè)試基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)，包括遙測(cè)參數(shù)信息、遙控指令信息、指令判據(jù)信息，并且將測(cè)試基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊。

（2）參數(shù)訂閱模塊：星上遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析后，生成實(shí)時(shí)參數(shù)工程值和源碼，再發(fā)送給實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)。參數(shù)訂閱模塊向外部的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)送需要訂閱的參數(shù)，接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)返回的實(shí)時(shí)參數(shù)工程值和源碼，并且將參數(shù)工程值和源碼發(fā)送給數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊［5］。

（3）數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊：開辟遙測(cè)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)緩存區(qū)，用于存儲(chǔ)來(lái)自基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理模塊的遙測(cè)參數(shù)信息和參數(shù)訂閱模塊的參數(shù)工程值和源碼。開辟指令結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)緩存區(qū)，用于存儲(chǔ)來(lái)自基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理模塊的指令信息和指令判據(jù)信息；將遙測(cè)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和指令結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，提供給包遙測(cè)顯示模塊、自定義顯示模塊、衍生處理模塊、默認(rèn)參數(shù)顯示模塊、參數(shù)屬性模塊、判讀顯示模塊、事件監(jiān)視模塊等調(diào)用。

（4）包遙測(cè)顯示模塊：首先通過數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊獲取包遙測(cè)頁(yè)面顯示遙測(cè)參數(shù)；其次通過數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊獲取相對(duì)應(yīng)的包遙測(cè)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；最后將獲取到的包遙測(cè)參數(shù)工程值和源碼實(shí)時(shí)顯示到包遙測(cè)頁(yè)面。

（5）自定義顯示模塊：首先讀取自定義頁(yè)面XML配置文件，獲取到自定義參數(shù)代號(hào)、自定義參數(shù)ID號(hào)、自定義參數(shù)描述；其次通過數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊獲取自定義頁(yè)面相對(duì)應(yīng)的遙測(cè)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；最后將獲取到的自定義遙測(cè)參數(shù)工程值和源碼實(shí)時(shí)顯示到自定義頁(yè)面［6］。自定義頁(yè)面能夠?qū)⒍鄠€(gè)遙測(cè)包中的參數(shù)組合成新的遙測(cè)頁(yè)面，為測(cè)試人員提供個(gè)性化定制頁(yè)面，縮短了不同包數(shù)據(jù)監(jiān)視時(shí)頁(yè)面切換和數(shù)據(jù)查找時(shí)間，提高了監(jiān)視效率。

（6）衍生處理模塊：首先讀取衍生參數(shù)XML配置文件，獲取到衍生參數(shù)代號(hào)、衍生參數(shù)ID號(hào)、衍生參數(shù)描述、衍生參數(shù)表達(dá)式；其次對(duì)衍生表達(dá)式進(jìn)行詞法和語(yǔ)法分析，判斷表達(dá)式正確后，提取表達(dá)式中相關(guān)參數(shù)信息，并從數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊獲取相關(guān)參數(shù)的工程值；最后進(jìn)行表達(dá)式的衍生計(jì)算得到衍生參數(shù)的工程值，并顯示在衍生參數(shù)頁(yè)面。衍生參數(shù)運(yùn)算頁(yè)面能夠完成遙測(cè)參數(shù)二次處理并顯示，通過設(shè)置參數(shù)處理表達(dá)式可以將多個(gè)參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)處理，解決了復(fù)雜運(yùn)算處理的數(shù)據(jù)監(jiān)視問題。衍生參數(shù)運(yùn)算頁(yè)面見圖2。

（7）默認(rèn)參數(shù)顯示模塊：首先讀取默認(rèn)參數(shù)XML配置文件，獲取到默認(rèn)參數(shù)代號(hào)、默認(rèn)參數(shù)ID號(hào)、默認(rèn)參數(shù)描述；其次通過數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊獲取默認(rèn)頁(yè)面相對(duì)應(yīng)的遙測(cè)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；最后將獲取到的默認(rèn)遙測(cè)參數(shù)工程值實(shí)時(shí)顯示到默認(rèn)遙測(cè)頁(yè)面。默認(rèn)參數(shù)顯示能夠?qū)⒅匾倪b測(cè)數(shù)據(jù)始終顯示在軟件最前端，方便測(cè)試人員對(duì)重要參數(shù)的監(jiān)視，省去監(jiān)視界面切換和參數(shù)查找時(shí)間。既提升了監(jiān)視效率又保證了對(duì)重要參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)視。

圖2 衍生參數(shù)運(yùn)算Fig.2 Derivative parameter calculation

（8）參數(shù)屬性模塊：首先獲取包遙測(cè)頁(yè)面和自定義遙測(cè)頁(yè)面所選取參數(shù)的參數(shù)代號(hào)；其次通過數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊獲取該參數(shù)的遙測(cè)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，最后將獲取到的遙測(cè)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)以列表的形式顯示在參數(shù)屬性頁(yè)面。參數(shù)屬性窗口用于快速獲取參數(shù)基礎(chǔ)信息，當(dāng)參數(shù)處理錯(cuò)誤時(shí)，能夠快速查看并分析參數(shù)處理問題。參數(shù)基礎(chǔ)信息包括，ID號(hào)、代號(hào)、描述、長(zhǎng)度、屏蔽字、掩碼、處理方法、處理描述、原始值、工程值、刷新時(shí)間、參數(shù)精度。

（9）指令通信模塊：控制臺(tái)將上行遙控指令發(fā)送至MTP判讀服務(wù)器，MTP判讀服務(wù)器進(jìn)行指令校驗(yàn)后分發(fā)至遙控前端設(shè)備，遙控前端設(shè)備經(jīng)過上行調(diào)制后發(fā)送到衛(wèi)星。指令通信模塊實(shí)時(shí)接收來(lái)自外部MTP判讀服務(wù)器的指令廣播信息，并且將指令廣播信息發(fā)送給判讀顯示模塊和事件監(jiān)視模塊，指令廣播信息為包含指令執(zhí)行時(shí)間、指令I(lǐng)D號(hào)、指令碼字、指令描述、指令類型和指令執(zhí)行結(jié)果的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

（10）判讀顯示模塊：首先接收來(lái)自指令通信模塊的遙控指令廣播信息，其次通過數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊獲取指令結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，再通過指令結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中的判據(jù)ID號(hào)獲取判據(jù)信息，從而得到和指令相關(guān)參數(shù)的遙測(cè)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，最后將指令判據(jù)參數(shù)的遙測(cè)工程值和源碼實(shí)時(shí)顯示。當(dāng)有下一條指令執(zhí)行時(shí)，自動(dòng)刷新為下一條指令的判據(jù)參數(shù)遙測(cè)工程值和源碼。同時(shí)可以選擇已執(zhí)行過的指令，讀取相關(guān)判據(jù)參數(shù)參數(shù)遙測(cè)工程值和源碼。指令后判讀屬性窗口用于顯示指令執(zhí)行后判據(jù)判據(jù)信息。當(dāng)有指令執(zhí)行時(shí)，該窗口實(shí)時(shí)顯示該條指令的后判據(jù)參數(shù)信息，便于測(cè)試人員快速查看指令相關(guān)判據(jù)遙測(cè)。可以有效提高指令判讀測(cè)試監(jiān)視效率。

（11）事件監(jiān)視模塊：首先接收來(lái)自指令通信模塊的事件指令廣播信息，其次通過數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊獲取事件指令的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，最后將事件指令進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示并播報(bào)。

（12）配置管理模塊：管理監(jiān)視工具的所有XML配置文件。

2.3 遙測(cè)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)寫入與讀取原理

小衛(wèi)星綜合測(cè)試過程中需要從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)訂閱遙測(cè)參數(shù)，衛(wèi)星遙測(cè)參數(shù)刷新量約為1500個(gè)/秒，每秒需要同時(shí)完成1500個(gè)遙測(cè)參數(shù)的寫入和讀取，信息處理量約為3000次/秒，同時(shí)還要處理遙控指令和判讀數(shù)據(jù)等［7］。如果采用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方式，設(shè)定最大遙測(cè)數(shù)量范圍構(gòu)造結(jié)構(gòu)化數(shù)組，給每一個(gè)遙測(cè)參數(shù)分配一個(gè)內(nèi)存空間，當(dāng)有遙測(cè)參數(shù)更新時(shí)，先要找到該遙測(cè)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的指針再進(jìn)行寫入，遙測(cè)參數(shù)讀取時(shí)，還需要重新查找遙測(cè)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)指針。這種數(shù)據(jù)存取處理的效率很低、存在數(shù)據(jù)寫入和讀取沖突、數(shù)據(jù)更新不及時(shí)、容易產(chǎn)生內(nèi)存泄漏、內(nèi)存占用率高等諸多問題［8］。

本數(shù)據(jù)監(jiān)視工具采用共享內(nèi)存方式，以CMap類型寫入和讀取遙測(cè)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，根據(jù)遙測(cè)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)動(dòng)態(tài)分配存儲(chǔ)空間，提高了內(nèi)存利用率。當(dāng)有遙測(cè)參數(shù)更新時(shí)，按參數(shù)ID號(hào)作為索引，采用哈希查表算法快速定位遙測(cè)［9］，數(shù)據(jù)寫入時(shí)采用臨界區(qū)方式處理寫入和讀取沖突。遙測(cè)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)讀取同樣采用哈希查表算法快速定位遙測(cè)。哈希查表法最大的優(yōu)點(diǎn)是，把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查找消耗的時(shí)間大大降低，是典型的內(nèi)存空間換取查找時(shí)間的方法［10］。通過這種方式很好地解決了數(shù)據(jù)處理、讀寫沖突、內(nèi)存泄漏方面的問題。提升數(shù)據(jù)處理效率的同時(shí)，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

遙測(cè)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)寫入過程為，當(dāng)有參數(shù)更新時(shí)，參數(shù)訂閱模塊將參數(shù)更新數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊。數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊通過參數(shù)ID號(hào)，將參數(shù)更新信息發(fā)送到參數(shù)CMap緩存，CMap緩存以參數(shù)ID號(hào)為索引，通過哈希查表法將更新數(shù)據(jù)發(fā)送給遙測(cè)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；當(dāng)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊需要讀取遙測(cè)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊將參數(shù)ID號(hào)發(fā)送到參數(shù)CMap緩存，CMap緩存以參數(shù)ID號(hào)為索引，通過哈希查表法找到對(duì)應(yīng)的遙測(cè)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，并將遙測(cè)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)返回給數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊。遙測(cè)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存取原理見圖3。

圖3 遙測(cè)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存取原理Fig.3 Principles of telemetry structure data access

遙測(cè)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)（MAIN_PARA）由遙測(cè)基礎(chǔ)信息結(jié)構(gòu)（PARA_CFG）和遙測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（PARA_VALUE）組成。遙測(cè)基礎(chǔ)信息結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取，數(shù)據(jù)內(nèi)容包括參數(shù)ID號(hào)、參數(shù)代號(hào)、參數(shù)描述、參數(shù)類型、參數(shù)位置信息、參數(shù)長(zhǎng)度、參數(shù)處理方法、參數(shù)精度、參數(shù)工程值/源碼、參數(shù)刷新時(shí)間。參數(shù)ID號(hào)為主鍵，作為參數(shù)唯一性標(biāo)識(shí)；參數(shù)代號(hào)為參數(shù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)自定義標(biāo)識(shí)符號(hào)；參數(shù)描述為參數(shù)定義描述；參數(shù)類型為參數(shù)所屬類型，包括無(wú)符號(hào)整型、有符號(hào)整型、浮點(diǎn)型、字符型；參數(shù)位置信息為參數(shù)在幀遙測(cè)中的字節(jié)位置；參數(shù)長(zhǎng)度為參數(shù)在幀遙測(cè)中字節(jié)長(zhǎng)度；參數(shù)處理方法為參數(shù)解析為具體實(shí)數(shù)值時(shí)采用的處理方式，包括直讀、曲線、溫度、補(bǔ)碼、描述；遙測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取，數(shù)據(jù)內(nèi)容包括參數(shù)精度為浮點(diǎn)型參數(shù)有效小數(shù)位數(shù)；參數(shù)工程值/源碼為參數(shù)處理完成后的工程數(shù)值與十六進(jìn)制原始值，參數(shù)刷新時(shí)間為參數(shù)解析為工程值的時(shí)間。遙測(cè)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)見圖4。

圖4 遙測(cè)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)詳細(xì)信息Fig.4 Detailed information of telemetry structure data

3 小衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)視工具的應(yīng)用及意義

基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的小衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)視工具的設(shè)計(jì)是在現(xiàn)有小衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)視需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合未來(lái)測(cè)試數(shù)據(jù)監(jiān)視發(fā)展趨勢(shì)，總結(jié)和歸納出的新型數(shù)據(jù)監(jiān)視工具，對(duì)小衛(wèi)星測(cè)試數(shù)據(jù)監(jiān)視智能化具有重要意義。

（1）打破傳統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)視方案，將多種數(shù)據(jù)監(jiān)視功能進(jìn)行整合。提供整星測(cè)試事件監(jiān)視和健康狀態(tài)監(jiān)視功能，使測(cè)試人員快速準(zhǔn)確了解衛(wèi)星當(dāng)前工作狀態(tài)和健康狀態(tài)。

（2）有效提升了數(shù)據(jù)監(jiān)視智能化水平，很好地解決了數(shù)據(jù)監(jiān)視中過于依賴人工判讀和監(jiān)視的問題。將大部分?jǐn)?shù)據(jù)監(jiān)視工作交給計(jì)算機(jī)來(lái)處理，提升工作效率的同時(shí)，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)監(jiān)視的準(zhǔn)確性。

（3）強(qiáng)化了測(cè)試工具和測(cè)試技術(shù)的自主研發(fā)創(chuàng)新能力。通過對(duì)數(shù)據(jù)監(jiān)視工具進(jìn)行需求分析、設(shè)計(jì)、開發(fā)、調(diào)試、測(cè)試、交付使用，使自主研發(fā)經(jīng)驗(yàn)和能力得到進(jìn)一步提升，對(duì)數(shù)據(jù)監(jiān)視技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展起到積極的推進(jìn)作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出一種基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的小衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)視工具的設(shè)計(jì)思路，通過設(shè)計(jì)基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的多種功能模塊，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星工作狀態(tài)和健康狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視。

（1）將遙測(cè)參數(shù)、遙測(cè)幀包數(shù)據(jù)、遙控指令、遙控指令判讀數(shù)據(jù)、默認(rèn)監(jiān)視數(shù)據(jù)、自定義監(jiān)視數(shù)據(jù)、遙測(cè)衍生數(shù)據(jù)、遙測(cè)基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)、測(cè)試過程事件監(jiān)視等多種數(shù)據(jù)監(jiān)視功能進(jìn)行整合，具有功能的高集成性。通過整星測(cè)試事件監(jiān)視和多種數(shù)據(jù)監(jiān)視功能配合的方式，使測(cè)試人員快速準(zhǔn)確地了解衛(wèi)星當(dāng)前的工作狀態(tài)和健康狀態(tài)。

（2）采用模塊化設(shè)計(jì)方式，各個(gè)功能模塊具有獨(dú)立的調(diào)用接口，便于后續(xù)二次開發(fā)和升級(jí)。

（3）參數(shù)處理采用共享內(nèi)存方式，通過動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的方式解決了內(nèi)存浪費(fèi)的問題。通過劃分臨界區(qū)解決了內(nèi)存數(shù)據(jù)同時(shí)寫入和讀取問題。將結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以ID號(hào)作為索引信息，通過哈希查找方式解決了數(shù)據(jù)查找定位效率問題。這樣既保證數(shù)據(jù)寫入的可靠性，又提升了參數(shù)讀取和刷新的效率。

（4）具有較高的智能性，做到指令判讀過程實(shí)時(shí)監(jiān)視，便于測(cè)試人員對(duì)當(dāng)前指令的執(zhí)行狀態(tài)快速判讀和記錄。遙測(cè)參數(shù)基礎(chǔ)信息可快速獲取和顯示，幫助測(cè)試人員快速分析遙測(cè)處理信息。具有用戶自定義和默認(rèn)方式生成多種狀態(tài)顯示集合功能，幫助測(cè)試人員將不同刷新頻率的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)視。具有遙測(cè)衍生參數(shù)計(jì)算功能，以表達(dá)式的處理方式，從多個(gè)關(guān)聯(lián)參數(shù)衍生出新的遙測(cè)參數(shù)并顯示，完善了遙測(cè)參數(shù)的關(guān)聯(lián)處理能力。

未來(lái)衛(wèi)星測(cè)試數(shù)據(jù)監(jiān)視發(fā)展將向著更加智能和全面的方向發(fā)展，測(cè)試人員只需要通過簡(jiǎn)單的監(jiān)視頁(yè)面即可了解衛(wèi)星運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)有異常或問題發(fā)生時(shí)，判讀監(jiān)視系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)預(yù)警和判斷，結(jié)合專家?guī)旌屯评頇C(jī)對(duì)異常問題進(jìn)行排查，并給出分析和處理結(jié)果。

（References）

［1］王慶成.航天器電測(cè)技術(shù)［M］.北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2007：78-79 Wang Qingcheng.Electrical test technology of spacecraft［M］.Beijing：China Science and Technology Press，2007：78-79（in Chinese）

［2］張勇，王堃，王強(qiáng)，等.基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的衛(wèi)星測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2009，30（2）：336-337 Zhang Yong，Wang Fang，Wang Qiang，et al.Design and realization of satellite testing system based on realtime database［J］.Computer Engineering and Design，2009，30（2）：336-337（in Chinese）

［3］徐慧.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)壓縮算法的研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2006 Xu Hui.Research of data compression algorithm in real time database［D］.Hangzhou：Zhejiang University，2006（in Chinese）

［4］孫瑋.實(shí)用軟件工程［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011：15-20 Sun Wei.Applied software engineering［M］.Beijing：Publishing House of Electronics and Industry，2011：15-20

［5］張維洲，蔣孟虎，楊平會(huì)，等.衛(wèi)星遙測(cè)信息自動(dòng)監(jiān)視處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.航天器工程，2008，17（5）：51-57 Zhang Weizhou，Jiang Menghu，Yang Pinghui，et al. System design for monitoring&processing the satellite telemetry automatically［J］.Spacecraft Engineering，2008，17（5）：51-57（in Chinese）

［6］羅毓芳，李強(qiáng).一種在軌衛(wèi)星星上事件狀態(tài)展示的實(shí)現(xiàn)途徑［J］.飛行器測(cè)控學(xué)報(bào)，2010，29（3）：39-42 Luo Yufang，Li Qiang.A method of visualized event display of satellite on-orbit status［J］.Journal of Spacecraft TT&C Technology，2010，29（3）：39-42（in Chinese）

［7］戴澗峰，袁媛，馮孝輝.基于工作流的小衛(wèi)星自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法研究［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2011，19（12）：2912-2915 DaiJianfeng，Yuan Yuan，F(xiàn)eng Xiaohui.Design of small satellite automatic test based on working flow［J］. Computer Measurement&Control，2011，19（12）：2912-2915（in Chinese）

［8］侯朋朋，武延軍，謝沛東.高頻內(nèi)存分配下內(nèi)存泄露檢測(cè)的性能提升方法［J］.計(jì)算機(jī)工程，2013，39（11）：295-298 Hou Pengpeng，Wu Yanjun，Xie Peidong.Performance improvement method of memory leak detection under highly frequent memory allocation［J］.Computer Engineering，2013，39（11）：295-298（in Chinese）

［9］嚴(yán)蔚敏，吳偉民.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（C語(yǔ)言版）［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2011：251-259 Yan Weimin，Wu Weimin.Data structure（C language）［M］.Beijing：Tsinghua University Press，2011：251-259（in Chinese）

［10］趙大勇，丁振國(guó).基于改進(jìn)主動(dòng)哈希的URL存儲(chǔ)和查找算法［J］.微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2008，25（4）：35-38 Zhao Dayong，Ding Zhenguo.URL store and look-up algorithm based on improved aggressive hashing［J］. Microelectronics&Computer，2008，25（4）：35-38（in Chinese）

（編輯：張小琳）

Design of Small Satellite's Data Monitoring Tool Based on Real-time Database

HAN Dong LI Hongshan XUE Ye
（DFH Satellite Co.Ltd.，Beijing 100094，China）

This paper introduces a design method of small satellite's monitor data tool based on real-time database.According to the technical characteristics of real-time database，this tool adopts module systematic structural design and combines multiple monitoring functions.The tool's main function is to monitor in real-time the data，including telemetry parameter，data of telemetry frame and package，telecommand data，telecommand judge information data，monitor the routine data，self-defined monitoring data，telemetry derivative data，telemetry basic information data，and the events in test process.The data processing adopts shared memory and Hash algorithm to ensure the reliability of data read/write and the efficiency of data refresh.The tool can make the testers know the satellite's current work state and health state fastly.

real-time database；small satellite；data monitoring

V557

：ADOI：10.3969/j.issn.1673-8748.2015.05.020

2015-08-24；

：2015-09-10

韓冬，男，碩士，工程師，從事小衛(wèi)星綜合測(cè)試系統(tǒng)研發(fā)和測(cè)試工作。Email：ccechd@sina.com。