1553B總線數(shù)據(jù)參數(shù)解析方法研究

(中國人民解放軍92941部隊 45分隊，遼寧 葫蘆島 125000)

0 引言

1553B總線技術(shù)是指令/響應(yīng)方式異步操作和雙余度設(shè)計，具有可靠性高、傳輸率較高、技術(shù)成熟、實時性好等優(yōu)點。近些年來在靶場飛行武器試驗任務(wù)中，遙測系統(tǒng)愈來愈多引入了1553B總線技術(shù)，與傳統(tǒng)遙測數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)相比較，1553B總線數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，數(shù)據(jù)處理更加困難，遙測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)增加總線參數(shù)解析功能時，為避免對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)幀處理方法做較大程度的修改，從而影響系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和流程，必須尋找總線數(shù)據(jù)幀與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)幀之間的共性，保持他們數(shù)據(jù)處理方法和流程的一致。如何從各型紛繁復(fù)雜、不斷變化的遙測幀結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)各類參數(shù)解析，是遙測事后數(shù)據(jù)處理的一個重要難題。

自1553B總線技術(shù)得到應(yīng)用以來，出現(xiàn)了一些相關(guān)數(shù)據(jù)處理方法：文獻[1]介紹了四種常見1553B總線數(shù)據(jù)的架構(gòu)和特點，提出了基于總線數(shù)據(jù)架構(gòu)特點的三步走消息解析方法；文獻[2]通過創(chuàng)建簡單實用的1553B ICD信息文件，對1553B總線不同的數(shù)據(jù)處理任務(wù)采用差異化處理策略；文獻[3]針對傳統(tǒng)1553B總線消息解析軟件只適用于特定總線終端、可擴展性差的問題，提出了一種通用的總線消息解析軟件模型。以上方法對于1553B總線數(shù)據(jù)的參數(shù)解析都有一定的參考和應(yīng)用價值。當(dāng)前，靶場能夠完成多種型號武器系統(tǒng)的遙測數(shù)據(jù)處理任務(wù)，已經(jīng)積累形成了一整套固定的處理模式和流程，為避免對原系統(tǒng)做較大程度的修改，本文提出將1553B總線與傳統(tǒng)遙測數(shù)據(jù)幀參數(shù)解析方法和流程相結(jié)合統(tǒng)一，從而在不影響系統(tǒng)構(gòu)架和穩(wěn)定性情況下，增加系統(tǒng)的總線數(shù)據(jù)參數(shù)解析功能。

1 1553B總線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1553B總線的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)是國軍標(biāo)GJB289A-97《數(shù)字式時分制指令/響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線》，該標(biāo)準(zhǔn)詳細規(guī)定了總線的工作原理和總線上信息流及要采用的電氣和功能格式。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定數(shù)據(jù)總線上的信息流由消息組成。其中，字格式包括指令字、狀態(tài)字、數(shù)據(jù)字三種類型，如圖1。字的定義是一個信息序列，共20位時，其中16位有效位(圖中4～19位)。消息的定義是指包括一個指令字、一個狀態(tài)字、若干個數(shù)據(jù)字及狀態(tài)響應(yīng)間隔在內(nèi)的傳輸序列[4-5]。

圖1 字格式

由此可見，1553B總線是以消息為單位進行編碼和傳輸，每條消息一般包含指令字、數(shù)據(jù)字和狀態(tài)字。指令字位于消息起始部分，其內(nèi)容規(guī)定了消息傳輸?shù)哪繕?biāo)地址及數(shù)據(jù)字長度，指令字可以唯一確定消息的類型；數(shù)據(jù)字內(nèi)含所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，由應(yīng)用層根據(jù)接口控制文檔中的規(guī)定進行編碼，是主要的待解析對象；狀態(tài)字代表消息應(yīng)答，參與傳輸過程控制。

2 總線參數(shù)解析思路分析

在飛行武器系統(tǒng)中，1553B總線與傳統(tǒng)遙測幀相比，不僅采用率高、占用波道多、數(shù)據(jù)量大，而且其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的副幀和特殊副幀更加復(fù)雜。主要體現(xiàn)在兩個方面：

1)消息類型和遙測參數(shù)多。1553B總線采用消息實現(xiàn)遙測參數(shù)的存儲，消息類型的數(shù)量大，少則五六十個，多則幾百余個，每個消息中都存儲著不同種類和數(shù)量的遙測參數(shù)，總線數(shù)據(jù)存儲的遙測參數(shù)數(shù)量可達幾千個，而傳統(tǒng)副幀和特殊副幀類型的數(shù)量大約十個左右，遙測參數(shù)數(shù)量僅幾百個；

2)參數(shù)解析繁瑣。在1553B總線數(shù)據(jù)中，由于其架構(gòu)設(shè)計，相同類型的消息數(shù)據(jù)并不是連接在一起的，實現(xiàn)遙測參數(shù)解析時，首先需要對消息頭進行解析，從而判斷其類型和消息長度，再根據(jù)消息庫查找該類型消息存儲的遙測參數(shù)種類和數(shù)量，而傳統(tǒng)副幀和特殊副幀不需要解析幀頭，相同類型的數(shù)據(jù)幀之間也沒有其它類型數(shù)據(jù)幀。

靶場遙測數(shù)據(jù)處理的任務(wù)是依據(jù)工業(yè)部門提供的遙測大綱、遙測數(shù)據(jù)處理要求、遙測參數(shù)表等資料，研究遙測參數(shù)的解算方法，編制相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件，完成飛行試驗記錄的原始測量數(shù)據(jù)處理，將各種遙測參數(shù)還原成物理量值并提供數(shù)據(jù)處理結(jié)果報告。多年來，先后完成了數(shù)十種飛行武器系統(tǒng)試驗的遙測數(shù)據(jù)處理任務(wù)，遙測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)針對傳統(tǒng)各種遙測幀結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成一種成熟、通用、固定的處理流程和方法[6-7]，其簡要流程如圖2所示。

圖2 遙測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)簡要流程

其中，“參數(shù)配置”是指在飛行試驗準(zhǔn)備階段，完成數(shù)據(jù)處理軟件的研制或修改，采用數(shù)據(jù)庫(Oracle、SQL 、Access等)或配置文件(Xml、Excel、Txt等)的形式，實現(xiàn)待處理遙測參數(shù)的信息配置，在系統(tǒng)運行時進行調(diào)用。“數(shù)據(jù)規(guī)范化”是指在飛行試驗結(jié)束后，接收各測量站的原始遙測數(shù)據(jù)，進行質(zhì)量檢查，具體包括剔除壞幀和無效幀，完成數(shù)據(jù)選優(yōu)或?qū)樱纬梢粋€優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)源。“數(shù)據(jù)子幀化”是指將遙測數(shù)據(jù)中的副幀、特殊副幀等各類復(fù)雜數(shù)據(jù)幀，經(jīng)過幀結(jié)構(gòu)拆分和重組，轉(zhuǎn)化成具有標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)幀，便于后期統(tǒng)一處理。“參數(shù)解析”是依據(jù)配置文件或數(shù)據(jù)庫中的參數(shù)信息，將各種遙測參數(shù)從相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀中提取解算出來，還原成實際的物理量值。“報告生成”是實現(xiàn)遙測參數(shù)的曲線繪圖和電子報告自動生成，并將數(shù)據(jù)處理結(jié)果和報告提交至分析和決策部門。

面對多種型號飛行武器系統(tǒng)遙測幀結(jié)構(gòu)存在差異的問題，目前遙測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的做法是：定義標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)，將遙測數(shù)據(jù)中的副幀、特殊副幀等復(fù)雜幀通過幀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換軟件，在“數(shù)據(jù)子幀化”過程中統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)，由此當(dāng)需要增加新的幀結(jié)構(gòu)時，只需要完成參數(shù)配置的錄入和幀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換軟件的調(diào)整修改，而其他過程不再需要進行改動，就能實現(xiàn)參數(shù)解析和數(shù)據(jù)處理。遙測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)增加1553B總線數(shù)據(jù)的參數(shù)解析功能時，為避免對傳統(tǒng)遙測幀的處理方法做較大程度修改，從而影響系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和流程，必須尋找總線數(shù)據(jù)幀與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)幀之間的共性，研究幀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換方法，將總線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)，確保總線數(shù)據(jù)的處理方法和流程與原系統(tǒng)的一致性。

3 參數(shù)解析方法研究

依據(jù)遙測數(shù)據(jù)處理流程和1553B總線參數(shù)解析思路分析，進一步研究總線參數(shù)的解析方法，即如何實現(xiàn)總線數(shù)據(jù)幀向標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，具體內(nèi)容包括：標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)的定義、消息庫的建立、配置文件的生成、總線數(shù)據(jù)幀提取、以及消息提取和數(shù)據(jù)重組等，最后再采用與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)幀相同的方法實現(xiàn)遙測參數(shù)解析。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)

靶場試驗包括了艦空類、反艦類等多型飛行武器系統(tǒng)，各型武器系統(tǒng)的遙測幀結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，遙測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為適應(yīng)靶場多型武器，在總結(jié)各類幀結(jié)構(gòu)和處理方法基礎(chǔ)上，自定義了標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)，目的是將各種遙測幀轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)，方便后續(xù)的參數(shù)解析工作，鑒于遙測子幀的典型性以及為減少數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的工作量，將標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)定義為與子幀相同的格式，在幀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換時，只需將副幀和特殊副幀等數(shù)據(jù)幀進行轉(zhuǎn)換，省去子幀轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)幀的過程，標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)定義如圖3所示。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)

圖中，每一行代表一個數(shù)據(jù)幀，每個數(shù)據(jù)幀由時間碼、幀頭、幀數(shù)據(jù)三部分組成。子幀的標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)就是其本身，其時間碼由遙測地面站在數(shù)據(jù)幀接收時添加，幀頭為武器遙測幀的同步碼(例如：0xEB90)。對于副幀和特殊副幀等其他數(shù)據(jù)幀的標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)來說，時間碼是幀頭所在子幀對應(yīng)的時間，幀頭為每種數(shù)據(jù)幀各自的起始幀頭(例如：0x55AA)，幀數(shù)據(jù)則是從子幀相應(yīng)波道中提取合并得到的幀數(shù)據(jù)，由于同一類型數(shù)據(jù)幀的長度和所含遙測參數(shù)是固定的，因此在標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)中，每個數(shù)據(jù)幀的長度和內(nèi)容也是固定不變的[8-9]。

3.2 消息庫與參數(shù)配置

1553B總線數(shù)據(jù)中包含多種消息，每種消息包括各自的消息頭和消息數(shù)據(jù)，消息頭可以用來區(qū)分消息類型，消息數(shù)據(jù)中包括需要解析的遙測參數(shù)。在遙測參數(shù)解析過程中為區(qū)分各種類型消息，建立了消息庫，庫中記錄各種消息信息，具體內(nèi)容包括：消息的標(biāo)號、名稱、傳輸類型、數(shù)據(jù)字字數(shù)、標(biāo)識碼等。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在解析消息時，先依據(jù)消息字格式(見圖1)對消息頭進行解析，再通過與消息庫比對，從而判斷其類型歸屬。

傳統(tǒng)遙測數(shù)據(jù)幀將各類遙測參數(shù)以數(shù)據(jù)庫或配置文件的形式實現(xiàn)參數(shù)的信息配置，具體信息內(nèi)容包括：參數(shù)的代號、名稱、單位、校準(zhǔn)系數(shù)、計算公式、歸屬幀文件、參數(shù)類型、波道位置等。其中，“歸屬幀文件”是指參數(shù)歸屬的數(shù)據(jù)幀，該數(shù)據(jù)幀可以是子幀，或是經(jīng)過轉(zhuǎn)化的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀；“波道位置”是指該參數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀中的排序位置，系統(tǒng)在進行遙測參數(shù)解析時讀取調(diào)用配置文件，可以實現(xiàn)參數(shù)的解析。

為解析消息中的遙測參數(shù)，也采用上述相同方法完成每個遙測參數(shù)的信息配置，其中“歸屬幀文件”是參數(shù)歸屬的消息，“波道位置”指參數(shù)在消息中的排序位置。由此可采用傳統(tǒng)遙測參數(shù)配置方法實現(xiàn)總線消息中全部遙測參數(shù)的配置問題，為后續(xù)消息數(shù)據(jù)統(tǒng)一解析提供支持。

3.3 參數(shù)解析方法

3.3.1 1553B總線數(shù)據(jù)幀提取

飛行武器系統(tǒng)遙測幀中的1553B總線數(shù)據(jù)一般記錄在遙測全幀中，每個遙測全幀中包括一個總線數(shù)據(jù)幀，設(shè)遙測子幀長為X字節(jié)，每個遙測全幀由Y個子幀構(gòu)成，遙測全幀共計X*Y字節(jié)，在遙測全幀中總線采樣次數(shù)為H。總線數(shù)據(jù)幀具體提取方法是：首先讀取一個X*Y字節(jié)的遙測全幀，將全幀中第一子幀時間碼作為總線數(shù)據(jù)幀的時間碼；再讀取H個采樣值，構(gòu)成一個長度為H的總線數(shù)據(jù)幀，每個總線數(shù)據(jù)幀包括了多種消息；最后再讀取下一個遙測全幀經(jīng)提取構(gòu)成下一個總線數(shù)據(jù)幀，直至結(jié)束。生成的總線數(shù)據(jù)幀如圖4。

圖4 1553B總線數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)

1553B總線數(shù)據(jù)幀與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)幀的主要區(qū)別在于，總線數(shù)據(jù)幀中消息位置不是固定的，需要讀取消息頭加以區(qū)分辨別，因此總線數(shù)據(jù)幀包括的遙測參數(shù)具有不確定性；而傳統(tǒng)數(shù)據(jù)幀中遙測參數(shù)種類、數(shù)量、位置是固定不變的。由此可知，若使1553B總線數(shù)據(jù)幀與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)幀處理方法保持一致，必須進一步拆分和重組，考慮到同類消息中遙測參數(shù)是固定的，可將消息提取出來按種類重新組合，形成與標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)相同的數(shù)據(jù)幀。

3.3.2 消息提取與數(shù)據(jù)重組

從1553B總線數(shù)據(jù)幀中提取時間碼和每個消息，依據(jù)消息庫判斷消息的種類，按照消息種類形成多個消息幀結(jié)構(gòu)，圖5代表其中一個消息幀結(jié)構(gòu)。圖中每行為一個消息幀，即“時間碼+消息(消息頭+消息數(shù)據(jù))”，由于都是同一種消息，所以每個消息幀的長度和參數(shù)是固定的，與標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)一致，可以視為傳統(tǒng)數(shù)據(jù)幀[10-12]。

圖5 消息幀結(jié)構(gòu)

具體轉(zhuǎn)換方法是：首先，依據(jù)消息庫新建與消息種類數(shù)量相同的消息文件，每個消息文件均以消息名稱命名，用以保存此類消息。讀取一幀1553B總線數(shù)據(jù)，將定位指針P移至?xí)r間碼后并賦值P=0，提取消息頭依據(jù)消息字格式定義，是位時的4～19位，按照指令字解析可判斷其消息種類，并解析出消息標(biāo)號，通過消息標(biāo)號判斷該消息是否存在于消息庫中。若庫中包括此消息，則依據(jù)數(shù)據(jù)字字數(shù)，讀取相應(yīng)消息數(shù)據(jù)，將時間碼、消息頭、消息數(shù)據(jù)一起保存至相應(yīng)的消息文件，構(gòu)成消息文件中的一幀數(shù)據(jù)；然后定位指針加上消息頭的步長M和消息的數(shù)據(jù)字字數(shù)N，即P=P+M+N；若消息頭與消息列表無法匹配，則將定位指針加上一個字節(jié)的步長，繼續(xù)上述讀取消息頭的步驟，直至該幀總線數(shù)據(jù)結(jié)束，再讀取下一幀總線數(shù)據(jù)，繼續(xù)上述步驟直至總線數(shù)據(jù)文件結(jié)束。經(jīng)過上述步驟，可以將總線數(shù)據(jù)幀文件轉(zhuǎn)化為多個消息文件，與傳統(tǒng)的副幀、特殊副幀格式相統(tǒng)一。

圖6 消息提取和數(shù)據(jù)重組流程

3.3.3 參數(shù)解析

通過消息提取和數(shù)據(jù)重組，消息幀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)幀具有相同的結(jié)構(gòu)，因此可以采用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)幀參數(shù)解析方法實現(xiàn)消息的參數(shù)解析。讀取配置文件中遙測參數(shù)的信息，由“歸屬幀文件”、“波道位置”確定參數(shù)歸屬的數(shù)據(jù)幀以及在數(shù)據(jù)幀中的位置，由“校準(zhǔn)系數(shù)”、“計算公式”和“參數(shù)類型”實現(xiàn)參數(shù)的物理量值解算，計算公式為：Y=校準(zhǔn)系數(shù)*X，Y代表解算后的物理量值，X代表原始測量值。再將數(shù)據(jù)幀對應(yīng)的時間碼換算成飛行時間，由此可解算出參數(shù)的時間歷程曲線。

由上述1553B總線參數(shù)解析方法可知，在原系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加總線解析功能時，需要增加消息庫內(nèi)容，基于配置文件完成消息中遙測參數(shù)的信息配置，再編制數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換軟件，實現(xiàn)總線數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)的功能，而系統(tǒng)其它部分功能包括數(shù)據(jù)規(guī)范化、參數(shù)解析、報告生成等不需要再進行調(diào)整修改，便于系統(tǒng)維護和升級。

4 應(yīng)用實例

以靶場某型飛行武器系統(tǒng)的遙測1553B總線數(shù)據(jù)為例，采用上述方法進行遙測參數(shù)解析。遙測子幀長32字節(jié)，遙測全幀為32*72字節(jié)，即每72個子幀構(gòu)成1個全幀。總線數(shù)據(jù)在每個遙測全幀中采樣210次，總線數(shù)據(jù)共包括31種消息，依據(jù)飛行武器系統(tǒng)的遙測大綱、數(shù)據(jù)處理要求和參數(shù)表，構(gòu)建消息庫見表1，采用Access數(shù)據(jù)庫保存為MessageDB.mdb文件。

表1 消息庫

在配置文件中完成所有消息的遙測參數(shù)配置。以表中第3個消息“位置反饋消息”為例，共包括1個狀態(tài)字和6個遙測參數(shù)，消息具體內(nèi)容見表2。

表2 位置反饋消息數(shù)據(jù)

將上表中遙測參數(shù)信息錄入Excel配置文件ParaConfig.xlsx中，以消息標(biāo)號作為歸屬幀文件，如圖7。

圖7 遙測參數(shù)配置

提取每個遙測全幀的時間碼和210個總線數(shù)據(jù)的采樣點，構(gòu)成1553B總線數(shù)據(jù)幀二進制文件，文件名稱為1553B.dat，該數(shù)據(jù)幀文件中包含多個消息。為實現(xiàn)消息提取，新建31個消息二進制數(shù)據(jù)文件，以每種消息的消息標(biāo)號作為文件名，例如，“位置反饋消息”的消息文件為RT1_08-BC.dat。在1553B.dat總線數(shù)據(jù)幀文件中讀取消息頭進行解析，如果消息為消息庫中的RT1_08-BC，則將消息頭和消息數(shù)據(jù)連同時間碼寫入RT1_08-BC.dat消息文件，該文件的幀結(jié)構(gòu)符合標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)要求。再對配置文件ParaConfig.xlsx中“位置反饋消息”6個遙測參數(shù)逐一進行解析，生成6個以參數(shù)代號命名的文本數(shù)據(jù)文件。例如解析參數(shù)“偏航指令電流”時，讀取RT1_08-BC.dat消息數(shù)據(jù)幀中的第13、14波道，以2字節(jié)無符號整型存儲，并按照公式Y(jié)=0.000762939*X完成解析，生成數(shù)據(jù)文件為Iyad.txt，數(shù)據(jù)文件內(nèi)容如圖8，第1列為飛行時間，第2列為對應(yīng)的參數(shù)物理量值；參數(shù)時間歷程曲線見圖9，其中，橫軸為飛行時間，縱軸為物理量值。

圖8 參數(shù)數(shù)據(jù)文件

圖9 參數(shù)時間歷程曲線

5 結(jié)論

面對飛行武器系統(tǒng)中1553B總線數(shù)據(jù)的遙測參數(shù)解析問題，文中在介紹總線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點和傳統(tǒng)遙測幀處理流程和方法基礎(chǔ)上，構(gòu)建了消息庫，提出利用自定義的標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)，將總線消息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)的方法，實現(xiàn)與傳統(tǒng)遙測幀參數(shù)解析方法相統(tǒng)一，使遙測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在不改變原有系統(tǒng)框架和流程情況下，能夠完成總線數(shù)據(jù)的參數(shù)解析功能。通過靶場實際飛行試驗應(yīng)用證明，該方法準(zhǔn)確有效，提升了系統(tǒng)的可擴展性和可維護性，對于其他飛行武器系統(tǒng)1553B總線數(shù)據(jù)遙測參數(shù)解析任務(wù)具有重要的參考價值。