多視窗多任務遙測系統實時監控軟件的設計與實現

黃瑞雪

（貴州航天林泉電機有限公司，貴州 貴陽 550081）

1 任務需求

軟件系統主要需求如下：

（1）試驗信息入庫管理，主要包括PCM 幀格式定義、異步嵌入數據流定義、參數格柵定義、參數校準信息定義、用戶算法定義、二次推導參數定義、監控畫面定義等；

（2）遙測信號接收狀態的實時監控，包括信號強度、中頻頻譜、同步狀態等；

（3）實時接收遙測數據并完成原始數據存盤；

（4）實時原始遙測數據網絡轉發；

（5）實時數據接收丟幀統計；

（6）實時參數挑路及工程量轉換處理；

（7）實時挑路后參數工程量數據包網絡組播轉發功能；

（8）原始存盤數據的回放，實現系統閉環；

（9）遙測任務統一集中管理。

2 軟件開發環境

2.1 操作系統

Windows XP 及以上版本操作系統。

2.2 軟件開發工具

VC++6.0 及以上版本。

2.3 計算機配置

總線為CPCI；CPU 為雙核、主頻2.0 GHz 及以上；內存為DDR2、不小于2 GB；硬盤為不小于320 GB；網絡接口為1 000 M。

3 軟件設計

3.1 軟件系統設計思路

遙測實時監控軟件系統采用模塊化軟件設計的總體設計思路，將該軟件系統劃分為如下軟件子系統：試驗參數管理子系統、接收機遠程監控子系統、前端綜合數據處理子系統、終端顯示控制子系統。

這些軟件子系統，均為最頂層的子系統，每個子系統編寫成一個獨立的軟件，各個子系統下按功能再劃分為多個不同的功能模塊，各功能模塊間以可靠、高效的原則協同工作，以實現各子系統的功能。

在設計原則上，各子系統間除必需的監控和數據接口外，應互相獨立、透明的工作。在子系統內部的各功能模塊之間，盡量以動態鏈接庫或接口的形式進行調用，在確保子系統工作可靠和效率的同時，盡可能地做到模塊間設計高內聚低耦合。

3.2 軟件系統組成結構

遙測實時監控軟件系統由試驗參數管理軟件、接收機遠程監控軟件、前端綜合數據處理軟件、終端顯示控制軟件組成，其軟件組成結構如圖1 所示。該系統可以通過網絡通信擴展至多個監控中心使用。

3.3 軟件體系結構

遙測實時監控軟件系統體系結構按層次劃分，可分為平臺管理層（硬件接口層）、數據處理層（業務層）、參數管理層、數據應用層四個層次。

圖1 軟件系統組成結構

平臺管理層，又可叫硬件接口層，主要負責與底層硬件進行交互，以達到讀取和寫入硬件配置信息，控制硬件正常運行的目的。其中包括配置讀取、配置寫入、中斷事件讀取、數據塊提取、硬件狀態信息讀取等。出于對用戶底層硬件模塊的兼容性，平臺管理層的硬件接口驅動部分采用動態鏈接庫來進行硬件監控接口的適配，這些接口適配器對上層用戶應用是透明的，如此一來，用戶在今后的硬件選型的過程中只需考慮重新編寫一個硬件驅動接口適配的動態鏈接庫即可。

數據處理層，主要負責數據的實時處理，以達到根據用戶的參數定義將原始數據還原成用戶的真實工程量數據，其中包括實時數據挑路處理、異步串行流中參數提取處理、參數結位處理、參數工程量轉換處理、根據自定義算法進行的推導參數處理、仿真數據的處理以及工程量數據轉發處理等。

參數管理層，主要負責用戶參數信息和參數校準算法的管理，該部分軟件提供接口供用戶對參數信息進行編輯、修改、刪除和導入，并允許用戶自定義算法并將算法應用到推導參數的計算中。該數據層提供給用戶的接口會對用戶輸入的所有信息和算法進行合法性校驗，以防止用戶的錯誤操作，確保數據層中數據的完整性和合法性。

數據應用層，主要負責將經過數據處理后的數據根據用戶的選擇，實時顯示參數工程量數據。

3.4 軟件工作流程

遙測實時監控軟件系統工作流程按時間前后順序可以分為試驗前的參數信息管理，試驗過程中的實時遙測接收、實時處理和實時顯示，以及試驗后的事后數據處理及回放三大部分。軟件采用多任務工作模式，可以在運行中同時采集并處理、顯示數據，系統工作流程如圖2 所示。

3.5 軟件各子系統設計情況

3.5.1 試驗參數管理子系統

試驗參數管理子系統共分為10 部分：任務管理，異步串行流管理，幀格式管理，參數挑路、結位及校準信息管理，自定義算法管理，監控畫面管理，采集器格柵自動導入，用戶權限管理，參數合法性檢查，綜合數據處理配置文件導出。每部分又由若干功能實現模塊和子模塊組成。

試驗參數管理子系統是一個類似樹形的組織結構。其中，任務管理是試驗參數管理子系統的最上層，通過它來管理試驗中的每一個任務；幀格式管理用于管理遙測接收的幀格式信息，確保接收機工作正常，并能夠正確的接收數據；異步串行流管理是用于管理遙測數據流中異步嵌入的總線數據，如RS232 總線的GPS 異步數據流；參數挑路、結位及校準信息管理，自定義算法管理從原始數據流中得到各個參數的最終工程量的所有信息；用戶權限管理是為了保證該試驗參數管理子系統不被任意修改，只有特定有權限的人員才可以修改；參數合法性檢查和綜合數據處理配置文件導出是為了給終端綜合數據處理子系統提供可靠、正確、詳細的參數信息，以進行數據的實時處理[1]。

3.5.2 接收機遠程監控子系統

接收機遠程監控子系統主要用于對接收機進行遠程監控。該遠程監控子系統需要在進行遠程控制時申請獲取遠程控制權，并需要在控制結束后釋放遠程控制權，以保證同一時刻只能有一個遠程控制端具有控制權，其他遠程客戶端只具有監視權。

接收遠程監控子系統是系統的平臺管理層和數據層，主要負責接收機設備的硬件管理及配置、接收機設備的工作狀態監視以及從接收機設備的數據接口中收取原始數據，并實時以UDP 組播的方式或內存映射共享的方式為前端綜合數據處理子系統和其他應用提供PCM 原碼數據。

3.5.3 前端綜合數據處理子系統

前端綜合數據處理子系統是該遙測軟件系統中的核心部分。該子系統采用分布式綜合數據處理架構，主要工作在軟件體系結構中的數據處理層。該子系統從接收機子系統接收原始的測控數據，并根據試驗參數管理子系統導出的參數配置文件，對原始數據進行實時的參數挑路、結位、工程量轉換處理，并實時以UDP 組播網絡傳輸協議的方式為終端顯示控制子系統和其他應用提供工程量數據。該子系統主要由網絡初始化程序和各種程序算法組成，其中包括“參數挑路算法”“參數結位算法”“參數校準算法”“用戶自定義算法”以及“工程量網絡轉發模塊”等。

前端綜合數據處理子系統按照功能模塊劃分，可分為如下功能模塊：數據處理初始化模塊、數據處理算法模塊、狀態信息監視模塊、關鍵參數監視模塊、數據存盤歸檔模塊、工程量數據UDP 組播發送模塊及日志記錄模塊[2]。

3.5.4 終端顯示控制子系統

終端顯示控制子系統通過網絡接口接收遙測前端實時處理軟件廣播傳輸來的全部遙測解調數據，根據任務規劃的遙測幀結構和遙測參數數據庫配置的參數信息，一一解析遙測參數，解算出工程物理量并按用戶指定選擇一種或多種監視模式。由此可見，遙測實時數據監控軟件是獨立于遙測接收解調硬件而存在的，故可以有多個安裝和應用。

4 軟件主要模塊實現情況

軟件中接收機遠程監控子系統主要負責對接收機的硬件平臺進行管理，這是整個軟件的核心部分，界面如圖3 所示，采用多視窗模式，在一個界面上可以同時顯示硬件參數設置情況、硬件工作運行情況以及數據記錄情況。界面上主要包括4 個部分：（1）平臺的硬件信息，主要包括板卡型號、通道數、板卡加載是否正常等；（2）平臺的工作模式，主要包括遙測解調體制及分集合成工作模式；（3）硬件參數設置，主要包括接收機的點頻、中頻帶寬、碼速率、位同步環路帶寬以及幀同步的幀格式設置等；（4）平臺狀態監控，主要包括當前的射頻信號強度、中頻信號強度、信號Eb/N0、位同步狀態、幀同步狀態以及中頻頻譜顯示。

圖3 接收機遠程監控子系統主界面

5 結 論

遙測實時監控軟件系統最終產品包括：設備驅動程序、試驗參數管理軟件、接收機遠程監控軟件、前端綜合數據處理軟件、終端顯示控制軟件以及軟件使用說明書。所有軟件的安裝不設密匙和安裝時間、次數限制，只要計算機硬件配置符合系統要求，即可隨意安裝使用。軟件系統經過多次聯調、對接試驗，性能達到預期效果，滿足試驗使用要求。