多目標(biāo)系統(tǒng)中頻數(shù)字開關(guān)矩陣自動運(yùn)行方法改進(jìn)

王松鶴，武鵬，代金國，陰元智，趙宇

（西安衛(wèi)星測控中心，陜西西安，710043）

0 引言

多目標(biāo)統(tǒng)一測控設(shè)備是集遙測、遙控、外測和衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能于一體的測控裝備，具有作用距離遠(yuǎn)、精度高、功能全面、可靠性好等特點[1]。多目標(biāo)統(tǒng)一測控[2]系統(tǒng)可以滿足多目標(biāo)同時跟蹤、測量、控制的需求，某型多目標(biāo)系統(tǒng)在測控活動過程中出現(xiàn)了因中頻數(shù)字開關(guān)矩陣配置不到位導(dǎo)致上行信號無法發(fā)出的問題，并且出現(xiàn)概率較高，嚴(yán)重影響了多目標(biāo)測控活動的正常進(jìn)行，為有效解決該問題，確保自動化運(yùn)行流程穩(wěn)定可靠，遂需研究中頻開關(guān)矩陣配置的改進(jìn)優(yōu)化方法。

1 開關(guān)矩陣功能及配置不到位原因分析

1.1 中頻數(shù)字開關(guān)矩陣功能

多目標(biāo)測控系統(tǒng)自動化運(yùn)行[3]流程通過對中頻數(shù)字開關(guān)矩陣分配調(diào)用，實現(xiàn)基帶分系統(tǒng)和波束形成與控制子系統(tǒng)之間的連接，從而形成多個獨立可控的波束，完成上行和下行多信號的處理功能，滿足全空域覆蓋多目標(biāo)的跟蹤、測量與控制等要求。

中頻數(shù)字開關(guān)矩陣作為中間的橋梁，具備信號數(shù)據(jù)的選擇切換功能。系統(tǒng)工作時，監(jiān)控分系統(tǒng)按照系統(tǒng)資源管理設(shè)置中頻數(shù)字開關(guān)矩陣狀態(tài)，實現(xiàn)多個發(fā)射波束與基帶分系統(tǒng)內(nèi)部板卡的靈活配置，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意簡圖

中頻數(shù)字開關(guān)矩陣[4]有多個信號輸入端口和信號輸出端口，這些端口與其它分系統(tǒng)連接進(jìn)行信號傳輸和數(shù)據(jù)交互。任務(wù)執(zhí)行時，中頻數(shù)字開關(guān)矩陣的交換板和加權(quán)板按照監(jiān)控分系統(tǒng)的指令選擇對應(yīng)信號的輸入與輸出，完成對應(yīng)信號輸入端口和輸出端口的狀態(tài)設(shè)置。

1.2 原開關(guān)矩陣分配調(diào)用策略

1.2.1 原開關(guān)矩陣分配調(diào)用方法

監(jiān)控分系統(tǒng)自動化運(yùn)行流程里原中頻數(shù)字開關(guān)矩陣分配調(diào)用方法如圖2所示，當(dāng)任意任務(wù)自動化流程啟動后，監(jiān)控分系統(tǒng)首先讀取當(dāng)前矩陣狀態(tài)D0并保存，然后按照資源管理執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)的矩陣配置P1，將當(dāng)前任務(wù)的矩陣配置與保存的原矩陣狀態(tài)疊加生成新的矩陣狀態(tài)D1=D0+P1，待任務(wù)結(jié)束后，釋放本次任務(wù)的矩陣配置。與此同時，監(jiān)控分系統(tǒng)自動化流程一直開啟監(jiān)測進(jìn)程，檢查當(dāng)前基帶主備狀態(tài)是否與系統(tǒng)資源管理一致，若不一致，則按當(dāng)前狀態(tài)更新系統(tǒng)資源管理狀態(tài)并重新執(zhí)行矩陣配置P1’，生成新的矩陣狀態(tài) D1’=D0+P1’。

圖2 原矩陣分配調(diào)用方法流程

1.2.2 矩陣配置不到位原因分析

當(dāng)多任務(wù)并行時，多次出現(xiàn)因矩陣配置不到位而導(dǎo)致上行無法發(fā)出的問題。以1次3個目標(biāo)同時運(yùn)行為例，系統(tǒng)監(jiān)控界面出現(xiàn)波束10上行狀態(tài)異常指示，在系統(tǒng)資源管理中主用基帶為基帶10-1，檢查中頻發(fā)射數(shù)字開關(guān)矩陣狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)基帶10-1上行信號未與發(fā)波束10連接，其矩陣開關(guān)配置狀態(tài)如圖3所示。手動重新配置矩陣，將帶10-1上行信號與發(fā)波束10連接后，波束10上行異常狀態(tài)恢復(fù)正常，手動重新配置矩陣后的矩陣開關(guān)配置狀態(tài)如圖4所示。

圖3 矩陣開關(guān)配置狀態(tài)

圖4 重新配置后矩陣開關(guān)配置狀態(tài)

自動化運(yùn)行流程時，按照設(shè)備工作計劃的時間點來執(zhí)行各項操作，當(dāng)多任務(wù)并行時，設(shè)其按照矩陣配置操作時間的先后順序為任務(wù)1、任務(wù)2、……、任務(wù)N，矩陣配置執(zhí)行的時間點為t1、t2、……、tN，矩陣配置需要用時（含監(jiān)控與矩陣通信時間）為△t1、△t2、……、△tN，只有對任意任務(wù)i（2≤i≤N），滿足條件：|ti-ti-1|＞△ti-1時，才能保證全部任務(wù)的矩陣配置狀態(tài)正確。對任意任務(wù)i，設(shè)任務(wù)執(zhí)行前的矩陣狀態(tài)為Di-1，任務(wù)矩陣配置為Pi，疊加后的矩陣狀態(tài)為Di，多任務(wù)并行時的矩陣配置狀態(tài)如圖5所示。

圖5 多任務(wù)并行時矩陣配置狀態(tài)圖

當(dāng)多任務(wù)并行時，假設(shè)對于任務(wù)k，不滿足條件|tk-tk-1|＞△tk-1，那么當(dāng)任務(wù)k執(zhí)行矩陣配置時，由于任務(wù)k-1未完成矩陣配置Pk-1，任務(wù)k讀取并保存的矩陣狀態(tài)為不含矩陣配置Pk-1的矩陣狀態(tài)Dk-2，矩陣配置Pk執(zhí)行結(jié)束后疊加的矩陣狀態(tài)Dk里也不含有矩陣配置Pk-1，造成任務(wù)k-1的矩陣配置狀態(tài)不到位，其矩陣配置狀態(tài)如圖6所示。此外，當(dāng)監(jiān)測進(jìn)程檢測到基帶主備狀態(tài)與系統(tǒng)資源管理不一致時，按當(dāng)前狀態(tài)更新系統(tǒng)資源管理狀態(tài)并重新執(zhí)行矩陣配置Pk，若此時任務(wù)k-1未完成矩陣配置Pk-1，同樣會出現(xiàn)矩陣配置狀態(tài)不到位的現(xiàn)象，原理同上。

圖6 矩陣配置不到位狀態(tài)圖

2 開關(guān)矩陣分配調(diào)用方法改進(jìn)

為保證多任務(wù)并行時，全部任務(wù)的矩陣配置都能執(zhí)行，需對中頻數(shù)字開關(guān)矩陣分配方法進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，策略是對矩陣配置操作設(shè)置指令保護(hù)間隙△t，對任意任務(wù)i，矩陣配置命令執(zhí)行首先檢測是否處于指令保護(hù)間隙，判決條件為|ti-ti-1|＜△t，若否，則正常執(zhí)行后續(xù)矩陣配置操作，若是，則進(jìn)入等待隊列等待至指令保護(hù)間隙結(jié)束，然后重新檢測，等待隊列采用先進(jìn)先出、后進(jìn)后出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這樣可以保證矩陣配置執(zhí)行的順序與任務(wù)執(zhí)行的順序一致。改進(jìn)優(yōu)化后的中頻數(shù)字開關(guān)矩陣分配方法如圖7所示。

指令保護(hù)間隙△t數(shù)值的選擇設(shè)置需要滿足兩個條件，一是指令保護(hù)間隙要大于單次矩陣配置用時，即對于任意任務(wù)i滿足△t＞△ti；二是考慮滿足設(shè)備最大波束數(shù)量n同時進(jìn)行測控活動時可正常執(zhí)行，多任務(wù)并行且所有任務(wù)均有主備基帶切換時，全部的矩陣配置時間要小于任務(wù)準(zhǔn)備的系統(tǒng)自動化運(yùn)行時間tA，即△t＜tA/2n。綜合考慮,指令保護(hù)間隙選取范圍為：△ti-max＜△t＜tA/2n。

圖8 矩陣配置時間軸

方法改進(jìn)優(yōu)化后，多任務(wù)并行時，假設(shè)對于任務(wù)k和任務(wù)k+1，不滿足條件|tk-tk-1|＞△tk-1和|tk+1-tk|＞△tk，由于指令保護(hù)間隙△t的存在，矩陣配置Pk和Pk+1執(zhí)行時間點由原來的 tk和tk+1變?yōu)閠k’=tk-1+△ t和 tk+1’=tk’+△t，其滿足條件|tk’-tk-1|＞△ tk-1和 |tk+1’-tk’|＞△tk，因此矩陣配置Pk-1和Pk能夠得到執(zhí)行，矩陣配置時間軸如圖8所示。

3 結(jié)論

多目標(biāo)測控系統(tǒng)自動化運(yùn)行流程中原有的中頻數(shù)字開關(guān)矩陣分配調(diào)用方法，在多任務(wù)并行時，當(dāng)一個任務(wù)的矩陣配置未完成而收到新的矩陣配置命令時，會造成該任務(wù)的矩陣配置不到位而導(dǎo)致上行無法發(fā)出。通過設(shè)置配置命令指令保護(hù)間隙，增加順序排隊等待的方法對矩陣分配調(diào)用方法進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，并經(jīng)過長期穩(wěn)定運(yùn)行得到驗證，為多目標(biāo)測控系統(tǒng)自動化運(yùn)行功能優(yōu)化起到重要作用。