航天器信息物理測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理研究

孫小舒 劉立士 臧晶 沈峙宇

摘? 要：隨著中國航天科技事業(yè)的快速發(fā)展，各類航天的需求量不斷增加，使用正確的工作方法，使航天器件各部分之間的數(shù)據(jù)處理更加易于控制、辨析、檢驗就顯得尤為重要。該文以航天器信息物理測試系統(tǒng)的開發(fā)為基礎(chǔ)，通過接口化的程序設(shè)計實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的組包解包功能，最終通過半物理仿真任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的相關(guān)驗證。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)處理? 組包? 解包? 驗證

中圖分類號：V55? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2021）05（b）-0059-03

Abstract： With the rapid development of China's aerospace science and technology， the demand for various types of aerospace is increasing. It is particularly important to use correct working methods to make the data processing between various parts of aerospace devices easier to control， analyze， and inspect. Based on the development of the spacecraft cyber-physical test system， this paper realizes the function of data processing grouping and unpacking through the interface programming， and finally performs the relevant verification of the data processing through the semi-physical simulation task.

Key Words： Data processing; Grouping; Unpacking; Verification

衛(wèi)星遙測遙控數(shù)據(jù)處理的方式有基于文本、基于配置文件、基于XML和基于XTCE等方式，但是都需要開發(fā)人員維護(hù)數(shù)據(jù)庫，并且XML語言相對復(fù)雜，語言解析速率相對較慢[1-3]。該文采用JSON數(shù)據(jù)描述語言，實現(xiàn)航天器信息物理測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理。

1? 航天器信息物理測試系統(tǒng)

航天器信息物理測試系統(tǒng)在開發(fā)過程中主要分為兩部分：一是基于模型仿真驗證平臺;二是對硬件資源進(jìn)行調(diào)配的終端系統(tǒng)。該系統(tǒng)是通過對衛(wèi)星各類器件或各個分系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化模型創(chuàng)建并連接星載航天器件的協(xié)同仿真實現(xiàn)的[4-6]。因此，在航天器信息物理測試系統(tǒng)中，遙測遙控數(shù)據(jù)傳輸硬件是仿真過程中的重要部分。

2? 數(shù)據(jù)處理的設(shè)計方法

航天器信息物理測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理模塊在接收到存儲有遙控遙測數(shù)據(jù)協(xié)議配置信息的JSON語言后，調(diào)用組包程序?qū)I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)據(jù)，或調(diào)用解包模塊將二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理模塊接收到JSON串后，會將解析出的所有協(xié)議抽象為一個庫，定義為平臺協(xié)議庫，由統(tǒng)一的接口函數(shù)進(jìn)行調(diào)用。

根據(jù)相關(guān)的JSON協(xié)議，航天器信息物理測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理模塊調(diào)用組/解包程序，將接收到的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)或者二進(jìn)制數(shù)據(jù)按照協(xié)議信息周期性地進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化與處理，其程序流程如圖1所示。

在航天器信息物理測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理研究中，組/解包程序設(shè)計流程的關(guān)鍵點是在組/解包過程中使用了遞歸函數(shù)來完成對協(xié)議各節(jié)點的遍歷，并且使用了等待的方法代替判斷用來監(jiān)測數(shù)據(jù)接收接口，這樣可以減少占用CPU資源[6]。

3? 數(shù)據(jù)處理的實現(xiàn)與驗證

該文中，因遙測遙控數(shù)據(jù)的組包協(xié)議與解包協(xié)議的構(gòu)建基本相同，因此在協(xié)議配置過程中，采用了配置一次生成兩種模型的設(shè)計方案。組包過程與解包過程的實現(xiàn)流程也大致形同，以解包過程的實現(xiàn)為例，偽代碼如下：

void EPOLL：：ThreadEntry（） //接收硬件數(shù)據(jù)并通知解包模塊

int ProtocolImple：：OnReceive（const char* buff， size_tlen） {? //解包的入口

LOGGING_DEBUG（"ProtocolID[%d] Recv Data：＼n"， protocol_id_）;

if （PkgSrhType：：kNoSch == type_container_.root_attr.srh_type） {

Decode（buff， len）; } else {...}}

//確定所有位置和分支，并獲取所有值.

auto get_attr = [this]（int id） { return param_attr_list_.find（id）; };

auto get_value = [this]（int id） { return param_value_list_.find（id）; };

package_tree_->Decode（bc， get_attr， get_value， 0）;

Print（）;

//通知接收到的數(shù)據(jù)

cb_（protocol_id_， param_value_list_）;

//遞歸函數(shù)遍歷所有節(jié)點

size_tPackageTree：：Decode（const core：：BitContainer&bc， GetParamAttrget_attr，

GetParamValueget_value， size_t pos） {

TreeNode&attr = get_attr（data_.param_id）->second;...}

for （const auto&sub_node ： children_） {

if （sub_node->data_.is_branch_invalid） {

data_.len += sub_node->Decode（bc， get_attr， get_value， pos + data_.len）;

attr.len = data_.len; } }

return data_.len;}

該代碼使用遞歸遍歷“協(xié)議樹”的所有節(jié)點。以一個半物理組包測試仿真任務(wù)為例，針對組包數(shù)據(jù)的一致性進(jìn)行實驗結(jié)果對比。組包初始化輸入數(shù)據(jù)如圖2所示，在終端log打印中以十六進(jìn)制數(shù)據(jù)顯示，組包數(shù)據(jù)以1acffc1d開始以0001結(jié)束。調(diào)用組包程序，將數(shù)據(jù)進(jìn)行組包處理，并通過平臺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯控功能將組包完成數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾回傳。組包完成數(shù)據(jù)以十六進(jìn)制顯示，如圖3所示。

經(jīng)過對比圖2的組包初始化輸入數(shù)據(jù)和圖3的組包完成數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)大小、數(shù)據(jù)長度和數(shù)據(jù)位置3個方面均相同，該實驗結(jié)果證明了航天器信息物理測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互和數(shù)據(jù)處理模塊能夠完成數(shù)據(jù)的正確轉(zhuǎn)換。

4? 結(jié)語

該文首先闡述了航天器信息物理測試系統(tǒng)的功能與應(yīng)用，實現(xiàn)了FMU模型的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與實物硬件的二進(jìn)制數(shù)據(jù)之間的相互轉(zhuǎn)換，并將其統(tǒng)一為遙控遙測數(shù)據(jù)處理的組包與解包過程。最終通過實驗證明，航天器信息物理測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理結(jié)果正確。

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