某機載遙測原始數據處理軟件設計與實現

陳建行，張亞秒，鄒 楊

（中國洛陽電子裝備試驗中心，濟源河南459000）

1 引言

某型機載遙測遙控系統主要為機載站與地面指控中心提供上下通信傳輸鏈路，實現機載站與地面指控中心的試驗數據、調度語音、圖像等的上下傳輸，保障試驗任務按計劃順利開展。隨著試驗任務的不斷拓展，現有系統軟件存在的功能缺陷逐漸顯現。在赴外執行任務時，由于不具備將機載數據實時傳輸至地面指控中心的條件，則需要將遙測原始數據進行存儲，以便事后對所需數據進行解析處理。然而，目前地面指揮部和遙測遙控系統本身不具備將遙測原始數據進行后期處理與解析的能力，導致存儲的大量遙測原始數據失去了意義，對試驗任務造成難以估量的影響。因此，為進一步拓展遙測遙控系統的功能，有效地提高任務保障能力，有必要設計開發一套機載遙測原始數據事后解析與處理軟件，以實現對存儲的遙測原始數據的事后解析與處理[1]。

2 遙測存盤文件分析

2.1 遙測系統工作原理概述

遙測系統組成如圖1所示，整個遙測系統分為機載部分和地面站兩部分。機載部分主要由機載傳感器、采編器、S頻段上變頻器、遙測發射機和遙測天線組成。地面站部分主要由遙測天線、天伺饋分系統、射頻耦合網絡、S頻段下變頻器、遙測接收解調終端、監控計算機、GPS/北斗天線、GPS/北斗授時儀和時碼器組成。

圖1 遙測系統組成圖

遙測系統的工作原理是：機上采編器采集各個傳感器測量到的物理量并將其編碼按照約定的格式打包發送給遙測發射機，轉換為射頻信號，經遙測天線發射下傳。地面站遙測天線接收由機上發射的遙測信號，隨后經天伺饋分系統、射頻耦合網絡，由S頻段下變頻器將信號變為70MHz的中頻信號，再由遙測接收解調終端將從中頻信號中解調出的遙測數據通過監控計算機發送給地面指控中心。

時碼器接收GPS/北斗授時儀送來的IRIG-B（DC）型時碼，解調出時間信息，饋給遙測接收解調終端和監控計算機，提供時間基準信號是。存盤并發送給地面指控中心的遙測數據中的時間均由時碼器所提供。

2.2 遙測數據存盤格式

遙測數據處理軟件系統主要包括計算機網絡系統架構和網絡完全防護系統的構建。計算機網絡系統主要由監控系統、數據處理服務器、網絡交換機等設備組成。其中監控系統計算機采用雙網卡接口，一個接口接入地面指揮所交換機，一個接口接入數據處理服務器交換機，不僅實現遙測數據處理顯示系統與地面指揮所的間接隔離，而且實現同時將數據傳輸至地面指揮所與遙測站數據處理服務器。網絡完全防護系統主要由硬件防火墻和路由交換機組成，主要實現指揮所系統與遙測站的物理隔離安全防護。遙測數據軟件處理系統結構圖如圖2所示。

圖2 遙測數據處理系統

遙測存盤任務由管理主任務啟動和停止，完成遙測數據的實時存儲功能。存盤任務被啟動后，響應來自硬件的中斷信號，進行相應的中斷處理，并創建中斷服務例程，進行存盤處理。同時，檢測鍵盤輸入信息，調用不同的功能模塊。存盤操作是通過發送信息給存盤任務完成的。主任務可以從網絡任務輸入緩沖區中讀取信息。遙測數據采用雙流最高可達2Mbit/s×2的實時存盤，其存盤文件的數據是以子幀為單位連續存放的，存儲結構為：首先是文件頭格式，然后依次為第一幀、第二幀、第三幀等。每幀前插入3個時碼字（6Byte）和一個副幀記數字SFC，子幀同步碼組位于數據區域的末端。

2.3 遙測數據幀結構分析

遙測信息的傳輸要經過空間鏈路，使遙測系統具有開放性的特征。在國際測控合作中，遙測信息要經過由航天器、射頻鏈路、地面站、地面通信線路和任務控制中心所構成的空間數據系統，借助他國測控資源擴大自身測控范圍和能力，但也使遙測信息面臨更復雜的環境。信息編碼就是給已知信息組按預定規則添加監督碼元，以構成碼字，通過飛行試驗時保存下來的數據，可以再現數據顯示和航跡顯示。程序首先從存盤數據文件中讀取遙測子幀數據，存盤數據即可軟件界面上進行顯示下傳數據處理結果如圖3所示。

圖3 遙測數據處理界面

遙測數據幀結構確定了由信息元到監督元的規則，由于所有碼字都按統一規則確定，因此這種編碼方法也稱為一致監督編碼。

遙測數據的存儲情況可簡略地按圖4來說明。圖中每一行存放一個遙測子幀，副幀長XX表示一個完整的副幀包含XX個子幀。幀碼組代表一個完整子幀數據的結束。副幀計數字共計計數XX次，以后循環出現。

圖4 遙測數據存儲結構圖

3 遙測數據處理

3.1 關于時碼字的解析

傳送幀數據分布在傳送幀主導頭或傳送幀副導頭之后。傳送幀數據包含下行鏈路信道傳輸數據，并由整數個字節組成，數據長度由整個傳送幀的長度所限。在沒有足夠的數據包來填充傳送幀數據的情況下，將傳輸一個只含有空閑數據的時碼字，時碼字指明指令控制的內容，比如第一個子幀的時碼字為：22 11 48 03 C8 8C。一個完整的時碼字共6字節，存儲方式為兩個字節一組，低位在前高位在后。比如字節號分別為 2、1、4、3、6、5，則時碼字分別為 22、11、48、03、C8、8C。時碼字的第 1、2 字節1122H 轉換為二進制0001 0001 0010 0010。具體運算為：1×100 ms+1×10 ms+2×1 ms+2×0.1ms=221.2ms。時碼字的第3、4字節0348H 轉換為二進制 0000 0011 0100 1000。具體運算為：0×10min+3×1min=3min;4×10s+8×1s=48s。時碼字的第 5、6 字節8CC8H轉換為二進制1000 1100 1100 1000 1000 1100 1100 1000。具體運算為：2×100d+3×10d+3×1d=233d（意即2000年8月21日是2000年的第 233天）；0×10h+8×1h=8h。所以這個時碼字代表的時間為第233天8時3分48秒221.2毫秒。

3.2 遙測數據解析方法

遙測數據指令、數據的格式一般由前導、地址同步字、指令碼、數據和結束字等組成。遙測指令設計一定要適應傳輸要求，其幀序列和同步字是傳輸信道所必須的信息。遙測指令的發送通常采用突發形式，所以，遙測流程一般是先發載波，使接收端有足夠的載波捕獲時間，然后再發指令。遙測數據處理的計算公式取決于各參數的取值，處理曲線為Y=X+ab，Y表示被測參數物理量數值，X表示遙測分層值。

以某機載平臺燃油給定流量與總壓比(V)為例說明計算方法。遙測值為7E（十六進制）轉換為十進制為126，即X=126。通過查表可知處理系數a=-0.05，b=6.5。因此根據處理曲線公式Y=X+ab，計算燃油給定流量與總壓比的遙測值為0.2V。其它參數計算方法依次類推。

4 處理軟件的設計與實現

在試驗任務的執行過程中，地面站首先存儲機載遙測原始數據。由用戶選取打開遙測存盤數據文件，并設置T0（開始時刻）。拖動滑動條來選取遙測數據的處理開始時刻，點擊開始處理按鈕來進行處理[2-6]。程序首先從數據文件中讀取遙測子幀數據至數據緩沖區，同時啟動定時器（定時讀取、處理存盤數據），然后程序讀取在Access數據庫中的處理曲線系數并計算各遙測參數值，將計算結果存盤在軟件界面上進行顯示[7-8]。處理程序的運行界面如圖5、圖6所示。

圖5 數據處理流程

圖6 軟件工作界面

處理軟件轉換結果的輸出格式為CSV格式，存盤數據包含時間（時：分：秒）、經度（度）、緯度（度）、高度（米）、速度（米/秒）、方位角（度）、俯仰角（度）、斜距離（米）、大地坐標系（X、Y、Z）等信息。系統工作時的重要參數采用內存文件方式存儲，系統退出時采用二進制文件方式存儲。根據軟件測試說明文檔，對應用軟件進行模擬測試和真實環境測試，軟件的每一項功能均采用菜單或快捷鍵調用且對應一個窗口完成，軟件操作簡單易用，同時具備接口收發數據顯示功能。

5 結束語

從任務實際需求出發，研究分析了機載遙測原始數據的幀結構，設計開發了一套機載遙測原始數據事后解析與處理軟件，以實現對存儲的機載遙測原始數據事后解析與處理，進一步拓展了遙測遙控系統地面站的功能。軟件設計交互操作畫面提供轉換進度顯示，支持暫停、中止等控制，并具有較強的易操作性和可移植性。目前，該軟件設計已初步完成，并在模擬訓練任務中驗證了功能模塊劃分和處理流程的合理性。其在更復雜環境下的工作表現還有待在實際任務保障訓練中做更進一步的驗證[9-10]。