航天器信息物理測試系統的數據交互研究

沈峙宇

摘?要：伴隨著航天科技的不斷發展，關于航天器各部件的信息物理測試在實際工程中應用的越來越廣泛。針對各類仿真模型和實物硬件之間的通信數據不能便捷交互的問題，設計了一種基于航天器信息物理測試系統的數據交互標準，采用JSON語言將多類數據進行組包解包，將協議封裝成庫，隨時調用，進一步提高數據交互的靈活性。

關鍵詞：數據交互?組包解包?協議設計

中圖分類號：TP399??文獻標識碼：A????文章編號：1003-9082（2020）08-000-01

引言

多種類仿真模型與不同實物硬件之間的數據交互是開發和測試各類航天器的重要組成部分。準確地判斷出數據交互體現的內容為把握航天器的運行狀態、有效載荷、故障模式等提供了強有力的數據支撐。各類仿真模型與硬件實物執行任務時發出了錯綜復雜的數據格式，為防止形成“信息孤島”，需要設計出符合每個任務數據的協議，來進行多對多的信息交互。

一、信息物理測試系統簡介

信息物理測試系統是針對航天器的一套仿真測試系統，其中模型分為三大種類：FMU模型、協議模型和硬件模型。通過三種模型可搭建仿真測試任務，同時可通過板卡和總線與實物硬件相連接，以達到對工程實物進行測試的目的，極大地豐富了系統的功能性，提升了用戶使用的友好度。

二、模型硬件數據交互標準

國外航天系統流行應用的標準是基于擴展標記語言XML的衛星遙測數據處理方法XTCE（XML Telemetric and Command Exchange），該標準是由對象管理組織協會OMG（Object Management Grou）提出的。借鑒XTCE數據交互標準，根據航天器信息物理測試系統的實際情況，本文采用新興的數據交換語言JSON，擺脫國內應用較多的基于文本約定的描述方式。通過JSON代碼的結構和內容使得數據的描述具有了統一的方式，在各類航天器模型和硬件數據交互過程中，避免了因數據格式產生通信障礙。使信息交互靈活地應用在航天器的開發測試任務中，使各類仿真模型和實物硬件之間數據識別無縫對接，做到系統的快速修改和調整。

三、協議的設計與構建

在航天器信息物理測試平臺中，采用樹結構的節點層次，支持用戶構建自己的傳輸協議。包結構分為root包、子包和條件包，其中root包作為總包有且只有一個，通過組包解包協議的確立，保證交互數據的實時性、有效性，實現模型仿真與連接硬件的統一性，滿足用戶各種需求的同時還可以對測試數據進行保護。

根據測試平臺的工程需求，首先明確列出實際數據交互過程有可能遇到的各種類型包結構，通過歸納整理，設計統一的構建數據交互協議的方式，例如包頭是否存在，如果存在，需要填寫名稱、內容和長度;支持填寫包長的范圍;有無校驗碼，其校驗范圍包括哪里，等等。如表1所示，構建root包的協議設計所考慮的各類需求。

在協議構建中首先是進行組包協議創建，對名稱、大小端、字節序、包類型進行填寫。然后需要完成包頭、包長、數據、功能碼、校驗的包結構設計，最后根據包結構的數據位置填寫相應的數據值。協議包經平臺用戶配置完成后，包中數據由可視化模型連接進行數據匹配，組包由FMU模型所運算生成的數值填入數據包中，而解包由硬件傳入數據。

四、協議的實驗結果與應用

根據信息物理測試平臺中用戶構建的協議配置，使用本文所設計基于JSON配置文件的遙測遙控數據交換標準，所生成的包屬性的部分實驗數據如下所示。

“RootPackage”： { //root包屬性

“name”： “root”， ?//包名稱

“endian”： “big”， ?//大小端

“bit_order”： “little_bit_first”， ?//字節序

“protocol_type”： “none”} ???//協議類型

在實現FMU模型和硬件結合的聯合仿真實驗中，通過解包協議進行數據交互，其實驗結果如圖1所示。

通過構建協議體系的形成使基于信息物理測試技術的半實物仿真平臺可以真正應用到工程實踐中，推動其在航空航天領域聯合仿真技術的更廣泛應用。使信息物理測試系統可以快速響應仿真測試系統中任務的變化，極大地提高了仿真的效率。

結語

本文簡要介紹航天器信息物理測試系統中數據交互研究的必要性，同時展現了自定義構建協議包的設計思路。在解決自定義協議過程中，借鑒了XTCE標準，根據實際情況采用了更適合本測試系統開發的JSON語言，作為數據交換語言。使各類軟硬件之間的數據交互打破壁壘，極大地提高了測試系統的靈活性。

參考文獻

[1]劉洋，李宗德，丁雪靜，戴媛媛，何曉苑.基于XTCE的衛星遙測數據處理方法[J].遙測遙控，2017，38（1）：27-31.