數據驅動的航天智能化地面測控平臺研制

王芬芬 趙宇亮

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數據驅動的航天智能化地面測控平臺研制

王芬芬 趙宇亮

（北京空間機電研究所，北京 100094）

為了解決航天遙感器在地面測試過程中由于總線類型不同、總線協議不同、遙測參數不同、遙控指令不同、用戶自定義測控等原因需要重復編寫測控代碼的問題，提出了一種基于數據驅動的新型測控通用平臺架構并給予實現。此平臺不僅提升了測控編碼人員的工作效率，更提升了航天遙感器的地面測試覆蓋性和測試效率，大幅度增進遙感產品的智能化和自動化測試水平。

數據驅動；地面測試；航天遙感器；自動化測試

1 引言

隨著遙感器結構的日益復雜，測控數據的體量與精度要求與日俱增。同時，型號研制周期的縮短，產品壽命與質量要求的提高，對地面測控系統的測試精確性、測試覆蓋性，測控平臺的可拓展性、可聚焦性和可配置靈活性提出了更高的要求，并對地面測控系統的自動化水平與自主判讀能力提出了進一步的提升需求。針對以上的需求，提出了一種基于數據驅動的新型測控通用平臺架構，并開發實現。

2 軟件平臺架構

圖1 傳統測控軟件架構

傳統的測控軟件采用的是基于消息驅動機制，如圖1，即在硬件采集層采集到數據后生成總線數據消息，應用程序會把消息存儲在消息管理/分配中心，消息管理/分配中心管理系統所有的消息。應用系統搜索消息隊列，把消息隊列的消息分配給相應的總線解析模塊，總線解析模塊解析成功后由相應的用戶界面層展示出來。

傳統的測控軟件把解析數據和展示數據糅合到了一起，對遙控指令也沒有分類通用化，而事實是每個型號所采用的總線協議不一樣，遙控指令的差異，遙測參數的不同，用戶界面需求的不斷變更包括用戶數據展示形式的不同以及用戶需要實現自定義測控等，如果采用這種傳統測控軟件架構每次都要重寫協議解析模塊、用戶展示模塊以及遙控指令模塊，而且無法滿足用戶自定義測控的需求。由于上述原因在面對繁重的型號任務時，傳統架構的不通用性造成了反復大量的重復性工作，有必要構建一套功能完整，柔性配置的測控平臺。綜合界面復雜程度、人機交互頻度、業務邏輯復雜度以及從系統的可擴展性、可移植性和可互換性等角度考慮，最終構建一種基于數據驅動的分層架構模式。

圖2 智能化地面測控平臺

圖2是智能化地面測控平臺的軟件架構圖。改變傳統的消息驅動機制，構建基于數據驅動的通用平臺。首先在硬件層梳理規范化數據采集接口，把采集到的數據先存儲在數據庫層，再由業務層根據業務需求動態提取相關業務數據進行解析處理。界面層利用XML+MDI+TAB標簽技術進行動態界面生成并顯示，顯示的形式包括數字列表顯示、實時曲線展示等，以便用戶閱讀理解。從某種意義上來說，對整星的模擬測控的目的是向用戶真實顯示星上設備的特征信息，而不同的特征信息需要不同的表達方式并且用戶在面對大量遙測數據的時候，往往需要自定義顯示自己最關注的遙測數據。因此，可配置的多種形式的顯示輸出功能是此測控平臺最具特色的部分。

3 平臺框架具體說明

數據采集解析層：數據采集解析層是測控平臺的核心，目前已經在硬件層把各個標準總線數據采集梳理做成驅動接口形式，以dll動態連接庫的方式提供。數據采集解析層根據用戶自定義的輸入通道、采集頻率、采集方式等負責調用dll庫采集各個總線上的數據，并進行數據解析存儲。數據采集解析層把各個標準總線包括CAN總線、1553B總線、422總線等的協議解析以COM[1]組件的形式封裝并實現。事先預定好一組業務解析接口，再由不同的組件實現不同的解析。測控平臺跟這些組件交互通過調用業務接口實現。組件的獨立性、可重構性等特性使得軟件的更新維護僅僅需要組件重新進行功能性的組合，而無需修改組件具體實現形式，因此軟件整體變得更為柔性。

數據存儲層：底層數據存儲采用SqlServer[2～4]數據庫、Ini、Excel、Xml等多種配置文件存儲。SqlServer主要負責硬件采集層數據的存儲，它是整個測控平臺的統一數據源，Ini、Excel、Xml等主要用來存儲可配置可自定義的遙測參數、自主判斷的計算輸入、遙控指令、界面標簽信息等。把所有的數據進行統一的存儲，形成“數據池”是實現平臺通用化的關鍵之一，平臺中的其他模塊都從“數據池”取得所需的源數據，如果有的話在將返回的結果返回到“數據池”中，有效實現模塊間數據的共享和更新。

業務邏輯層：主要根據用戶自定義的需求動態完成對相關遙測、遙控數據的提取、數據分析、實現自主判讀以及對平臺中多線程的管控。業務邏輯層的主線程接受各種人機交互操作，并發送到相應線程處理。

圖3 可配置界面層展示過程

界面層：采用XML（Extensible Markup Language）[5，6]作為界面展示層的標識語言，用來存儲界面上展示的各個元素以及元素的屬性以及上次打開軟件的界面信息。XML的特點是擴展性強，對數據具有自我描述能力等特點，其描述無任何限定，可以實現任意標簽特性，也是軟件平臺實現通用性最重要的一個層面。圖3為界面展示的過程圖。界面層在解析XML文件以后以多頁面標簽展示出來。多頁面標簽（即MDI+TAB）技術不僅能夠很好地切換展示獨立的顯示界面，也能夠讓多個獨立的頁面在同一界面上進行分塊展示，這種界面布局方式對地面幾百個甚至上千個遙測參數的同時觀測、用戶自定義遙測觀測，以及相關遙控指令的測試起到了界面簡潔清晰，一目了然的效果。

4 智能化地面測控平臺的應用

圖4 可配置測控界面

智能化地面測控平臺的開發，使得只要通過相關的配置就能夠很好地自適應于各種型號的地面測控。此平臺已經運用到型號測試當中，測試和實驗結果表明該平臺穩定可靠，可配置性非常強，靈活方便，能夠很好地滿足智能化地面的應用要求。圖4是通過簡單的配置生成的測控界面。

5 結束語

新一代智能地面測控平臺具備可拓展、可聚焦、可靈活配置的功能。此平臺進一步提升了地面測控系統的自動化水平與自主判讀能力，將傳統的基于消息觸發的驅動模式轉化為基于數據驅動的人機交互模式，根據用戶自定義遙測遙控的測試需求動態地從數據源提取數據進行自動判讀后實現列表顯示和曲線顯示等多樣的展示方式。應用的結果驗證了此通用平臺不僅提升了遙感器的測試覆蓋性與測試效率，而且大幅度增進遙感產品的智能化和自動化測試水平。

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2 鄭阿奇. SQL Server實用教程[M]. 北京：電子工業出版社，2002

3 田建軍. 淺談SQL Server數據庫應用技巧[J]. 計算機與網絡創新生活，2010(9)：69～71

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5 張敦華. 一種界面自動生成技術[J]. 計算機與數字工程，2004(5)：20～24

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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，通信與信息系統專業；研究方向：軟件開發和遙感器地面測控。

2018-04-10