火箭遙測時間指令參數誤碼修正方法研究

柳振民，彭宗堯，鄢青青

(西昌衛星發射中心， 四川 西昌 615000)

遙測時間指令參數反映火箭飛行過程中動作指令的發出情況以及執行情況，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)。在數據處理時，若不對誤碼進行濾除，則會誤將其當作指令進行處理。為防止誤判情況發生，通常設置一判斷條件，如滿足“連續三幀或五幀‘發生狀態’”時，才認為指令發生[2]。

在數據分析時經常發現一些指令參數無處理結果，究其原因為誤碼造成遙測數據丟幀，使得“指令發生狀態”的數據較少，無法滿足為濾除誤碼所設的“指令發生”判斷條件；另外還發現一些“發生狀態”持續時間較長的指令由于誤碼影響，會多次滿足“指令發生”判斷條件，造成指令被多次錯誤解出。為避免數據處理時指令誤判，又盡量減小漏判，同時還防止指令被多次錯誤解出，在分析指令參數誤碼特征以及借鑒相關文獻處理方法[3-5]的基礎上，開展遙測時間指令參數誤碼修正方法研究。

1 誤碼特征分析

1.1 數據解調處理過程

如圖1所示，在信號解調環節，需要根據遙測的子幀同步碼、副幀同步碼實現數據流的子幀同步和副幀同步(無法同步的數據將被丟棄)。

圖1 同步解調處理原理框圖

在數據處理環節，需要依據參數在遙測幀結構中的位置從二進制數據流中挑出參數的源碼。遙測的子幀結構如表1所示。源碼挑選時，需要根據副幀同步碼定位副幀(一個副幀含固定個數的子幀)的起始位置(也為第一個子幀的起始位置)，根據子幀同步碼定位子幀的起始位置，再根據參數在子幀中的位置以及子幀計數值，挑出源碼數據。

表1 遙測子幀結構表(8 bit/Word)

1.2 誤碼特征分析

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

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

一般時間指令參數在每個遙測副幀周期內采編1次，而連續2個副幀數據在同一位置出現誤碼的概率極低，除非長時間誤碼。通過數據解調處理過程可知，若誤碼持續時間較長，則無法實現幀同步，數據將被丟棄，因此誤碼一般不會連續出現，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

超采時間指令參數包括時序參數和超采位控時間指令參數，該類參數在每個遙測副幀周期內采編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數據出現誤碼的情況，因此該類參數的源碼在一個副幀周期內可能出現數次誤碼，但數量不會太多(誤碼太多時無法實現幀同步，數據將被丟棄)。

2 誤碼修正方法研究

指令參數中的誤碼可以在數據處理環節設置判斷條件進行修正，也可在結果展示環節采用關聯參數替換進行修正。

2.1 處理過程預設條件修正法

在指令參數處理過程中，設置一狀態標志，根據預設的判斷條件將狀態標志置為不同的狀態。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處理的同時，實現了誤碼濾除。狀態標志分初始狀態、指令發生狀態和允許解算狀態。

2.1.1“指令發生”判斷條件設置

“指令發生”判斷條件的設置需根據參數的采樣頻率而定，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

對于一般時間指令參數，傳統的“指令發生”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；然后以副幀計數為準判斷參數發生變化的時間持續三幀，則認為指令真實發生，將第一幀的跳變時間作為指令發生時間。

因為誤碼造成的遙測數據丟幀，常使得一些持續時間較短的指令不滿足傳統的“指令發生”判斷條件，而從指令參數誤碼特征分析可知，在丟棄未同步數據后，同一指令參數誤碼連續出現的概率極低，即連續2次出現跳變為真實的指令跳變發生，因此在對一般指令參數進行處理時，將“指令發生”判斷條件定為“參數‘指令發生狀態’連續出現2次”，以解出圖3所示含誤碼的指令，降低指令參數無處理結果的概率。

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

對于超采時間指令參數，傳統的“指令發生”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；然后以子幀計數為準判斷參數發生變化的時間持續一副幀(16次)，中間無干擾數據，且不考慮兩副幀之間連續的情況，則認為指令發生。

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

表2 某任務某指令參數源碼數據

注：t為副幀周期。

2.1.2“允許解算”判斷條件設置

如圖4所示，指令參數在發生狀態“1”期間出現誤碼“0”，重新滿足了連續2幀“1”的判斷條件，會再次解算一個錯誤的指令時間。為防止此類情況發生，設置“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”判斷條件的設置方法與“指令發生”判斷條件類似，當“參數‘指令未發生狀態’連續出現2次”時，將狀態標志置為“允許解算”狀態，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”判斷條件的設置方法也與“指令發生”判斷條件的類似，即：“連續判斷參數的狀態16次，若有12次以上為‘未發生狀態’”，則認為滿足“允許解算”判斷條件。

3) 時序指令

在進行時序參數處理時，通常以波道的碼位改變解算時序的發生，再結合時序參數的理論值范圍確定為那個時序參數值。對于理論范圍有交集的參數(2個相鄰的時序參數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，可能造成參數解算錯誤。

為防止此類問題發生，設置“00”和“FF”2種狀態的“允許解算”判斷條件，當滿足“00”狀態“允許解算”判斷條件時允許解算由“00”跳變為“FF”的時序，當滿足“FF”狀態“允許解算”判斷條件時允許解算由“FF”跳變為“00”的時序。由于時序指令參數均為超采參數，其“允許解算”判斷條件與超采位控指令相同。

2.2 參數結果關聯替代修正法

一些重要的指令參數，若因誤碼等因素未能解出結果，或者結果明顯錯誤時，用關聯參數或延時處理結果進行替代。

2.2.1關聯參數替代

對于遙測時間指令參數，關聯參數主要有2種類型[7]：

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

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

另外，為提高替代修正的準確性，將用于替換的相關參數按理論時間相似性設置優先級，如表3所示，替換時優選優先級高的參數。

表3 指令參數關聯關系

2.2.2延時波道處理結果替代

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，箭上遙測系統對重要緩變參數進行了平行延時，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果進行替代。

3 實用性驗證

由于參數結果關聯替代修正法是直接對結果進行替換，效果比較直觀，因此只對處理過程預設條件修正法進行驗證。

3.1 案例選取

以某次任務火箭飛行過程中某指令參數為例，該參數為一般位控指令參數，對應波道碼位值為64。如圖5所示，由于誤碼，使得本應持續采集8次的發生狀態僅有3次，且只有2次連續，傳統處理方法未能解出指令發生時間。

圖5 某指令參數實時波道源碼數據截圖

3.2 驗證過程

設狀態標志變量St_f，其具體含義如表4所示。用Matlab編程驗證，程序執行流程如圖6所示。

表4 狀態標志變量(St_f)含義

圖6 程序驗證流程示意圖

3.3 結果分析

程序執行結果正確地解出了144.890 s指令發生時間；另外，利用此方法對另一次任務采用傳統方法解算錯誤的5個參數(因爆炸螺栓起爆干擾產生誤碼)進行重新處理，均解算正確。驗證結果表明，處理過程預設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 結論

1) 處理過程預設條件修正法將狀態標志和判斷條件相結合，并根據誤碼特征分析結果提出較為寬松的判斷條件、根據時序參數跳變規律設置不同的解算狀態，驗證及應用結果表明：有效地解決了指令誤判和指令漏判的問題；

2) 參數結果關聯替代修正法對指令參數的關聯特性進行了分析，并在此基礎上提出了結果替代修正方案，該方法作為一種備保手段對處理結果仍有錯誤的指令參數予以替代修正。

2種方法結合使用，有效地修正了誤碼對火箭遙測時間指令參數的影響。