安全可靠多站接力通信自動化控制技術

張 錚

（中國地質工程集團有限公司，北京 100093）

1 研究背景

大多數情況下，多站接力通信對人工操作的依賴均比較高，需要工作者以手動操作的方式運行測控實現通信運行。在此過程中，如果前站支持直接發送上行指令，就可以使用半自動化的形式，通過中心調度實現目標跟蹤，而在這種情況下，則主要存在兩種運行場景，即標準跟蹤+擴頻跟蹤、同點頻不同碼組接力跟蹤和遙控優先級競爭式跟蹤。但在人工模式下，通信運行場景則更為復雜。在此過程中，當中心下發退出接力調度的指令時，前站會接到該指令后，將狀態調整為TM+R，完畢后向中心上傳報告；當中心下發接力調度指令時，后站會接到該指令，將狀態調整為TM+TC+R，然后向中心提交狀態報告。最后，當跟蹤完畢后，中心會下達結束口令，該跟蹤任務會退出通信系統。基于此，為了減少多站接力通信過程中的人工干預需求，消除人的因素對衛星測控的影響，需要積極尋求安全可靠的多站接力通信自動化控制技術，以實現多站接力通信的自動化運行，增強衛星測控運行效果。

2 研究過程

2.1 多站接力通信自動化控制技術方案設計

在多站接力通信上，本文提出了一種可以按照設備現狀評估結果，以及XML策略庫、指令庫，借助以中心調度為主的通信運行框架，實現各類設備的接力跟蹤指令通信的多站接力通信自動化控制技術。在該技術下，上述框架能夠實時捕捉設施作業現狀信息，并借助通信自動控制系統，將該信息作為控制命令執行反饋，以及命令執行參考、命令制定參考，由此形成一個自動化多站接力運行系統，降低人為因素造成的干擾，讓設備的運行更加安全可靠，推動衛星測控水平的發展。其中，該自動化控制系統下的通信流程如圖1所示。在具體的技術方案設計中，可以圍繞上述通信流程，搭建一個通信自動化控制平臺，用于實現多站接力條件下的信息傳輸。在此過程中，應為該通信平臺設置兩個外部數據接口，分別用于傳輸設備現狀信息和中心調度指令。其中，設備現狀信息主要指對設備關鍵點、測控任務存在影響的信息。在通信過程中，自動化控制平臺會運行設備現狀評估算法，在XML策略庫中，提取用于判斷設備現狀的策略，借此得出判斷結果，采用遙控方式發出命令判斷。此后，中心會按照上述判斷，運用上述通信自動控制平臺，發送指令。通常來說，該通信自動控制平臺需要發送的中心調度指令包括接力開始與結束指令、前后站設置與切換指令、設備參數狀態設置指令。此外，還要為該自動控制平臺設置相應的算法，用于將調度指令轉化為設備可識別的控制指令，由此利用該通信自動控制技術實現多站接力條件下設備的自動化運行。

圖1 通信流程圖

2.1.1 控制方案設計

在多站接力的條件下，需要各個站內的多套設備實現聯合作業，但各個站的工作模式均存在差異，站內各套設備的作業方式也不同，這使得在多站接力時，會涉及通信流程的變化，因此，為了保證通信的自動控制運行效果，需要采用策略配置的方式，根據各站、各套設備的實際運行需求，對通信控制策略予以定制，確保多站接力期間的正常通信。在此過程中，定制的通信自動控制策略通常包含以下三個部分。

一是設備現狀評估結果通信控制策略。其中，設備現狀評估結果是中心判斷設備是否正常運行的主要依據，其從本質上是一種描述參數集合合法性的信息，中心將該信息與參照信息相對比，即可確定設備的狀態是否正確。一般來說，設備現狀評估結果中所包含的信息項目如表1所示。基于此，需要根據上述參數集合的構造、傳輸方向等情況，從策略庫中，選擇合適的通信策略，保證設備現狀評估結果的順利傳輸到位。二是命令轉換通信控制策略。在通信過程中，需要將一個調度命令，分解成為多個簡單的控制命令，同時運用基礎指令庫，將這些簡單命令轉化成為各個設備能夠識別的命令，由此達到對設備的自動控制。為此，需要定制一套符合當前情況的命令分解傳輸通信控制策略，確保分解后的簡單命令能夠被準確傳送到相應的設備。三是通信安全控制策略。在多站接力的條件下，通信環境會不斷發生改變，因此，也要采用XML配置策略的方式，進行安全控制策略定制，以保證信息通信的可靠性，提升通信自動化控制技術的應用水平。此外，為了信息通信的安全，也要采用A、B雙平面的網絡通信結構，進行通信控制，并同時運用這兩個網絡平面發送信息。待設備接收信息時，再將A、B兩個平面進行融合，得到完整的信息，這樣如果其中一條鏈路出現了信息丟失問題，那么另外一條鏈路則能夠為設備提供該信息，由此增強通信自動控制的可靠性。但在此過程中需要注意，必須為每個平面設置UDP加密包，而且要將冗余備份機制應用到數據傳輸上，并執行3判2對比的模式，確保設備接收到的數據正確，增強通信的安全性。其中，3判2對比的模式是指，在通信時一次發送三個數據包，如果有兩個相同，則證明數據正確。

表1 設備現狀評估結果中包含的信息項目表

2.1.2 設備現狀評估算法

在通信自動控制系統的輸入端，需要設置一個設備現狀評估算法，用于向通信系統輸入設備的現狀信息，由此讓通信系統可以將該信息順利傳輸給中心，作為指令下達的依據。在此背景下，設備現狀評估算法是一個重要的通信自動控制系統組成部分，其運行效果會影響通信整體效率，因此，為了節約運算成本，可以考慮使用結構簡單、參量需求少的二叉樹向量機模型作為設備現狀評估算法模型，如圖2所示。在該模型中，wi為參數影響系數，當該系數值為0時，該參數則不是影響因子；當該系數值為1時，則為設備狀態的影響因子。其中，Pi為第i個參數；Si為Pi的狀態；Si=0為錯誤狀態；Si=1為正確狀態；R為設備現狀正常；W為設備現狀異常。在設備現狀評估中，僅考慮參考影響系數為1的參數。根據圖2能夠了解到，若Pi的狀態表述為Si=0，那么則當前的設備現狀評估結果為設備狀態異常，當Pi的狀態表述為Si=1，才能進一步判斷Pi+1的情況，如果所有的節點，均呈現出正常的狀態表述結果，就可以將設備狀態評估為正常，即為R狀態。由此，若設S為設備現狀，可以得到，然后根據，可以得到，基于該公式能夠了解到此算法的運行策略是，當wi=0時，反饋值為1；當wi=1時，反饋值為Pi的計算值，而Pi的計算值需要運用設備現狀判斷策略得出，該策略如圖3所示。在此背景下，通信自動控制平臺即可實時向設備控制平臺傳輸設備現狀信息，以支持各項控制決策的制定和執行，提升多站接力自動化運行水平[1]。

圖2 二叉樹向量機模型圖

圖3 設備現狀判斷策略圖

2.1.3 多站接力通信控制算法流程

待信息輸入后，通信系統即可通過運行通信控制算法對信息傳輸進行自動化控制，由此完成信息的自動化傳輸。在此過程中，多站接力通信控制算法流程可以被闡述為以下幾個步驟。一是根據多站接力運行流程對信息傳輸進行跟蹤劃分與嚴格的安全控制；二是通過運算，將調度命令分解轉化為各個設備能夠識別的簡單質量，并分散傳輸到相應的設備；三是實時傳輸設備現狀評估結果；四是當設備運行狀態異常時，及時將糾正指令傳輸到相應的設備[2]。

3 技術方案實現結果

將上述通信自動化控制技術予以實現后，可以得到以下的多站接力通信自動控制場景。一是在多站接力條件下，各站的各套設備進入了自動通信狀態；二是自動化通信控制平臺根據實際運行需求，控制中心與前站、后站的信息傳輸；三是通信自動化控制平臺，協助設備自動運行操作平臺，對前站、后站運行情況予以實時跟蹤；四是通信自動控制系統會將設備控制平臺的指令發送到前站、后站，由此根據運行策略和中心調度要求，退出、開啟多站接力運行。由此可知，本文的技術主要有以下優勢：①解決了多站接力自動化運行下的通信問題；②運用可配置策略進行通信控制，可以讓通信系統的運行對各類環境實現自適應，提高了通信運行的靈活性；③消除了傳統條件下多站接力運行對人工操作依賴過多的問題，提高了多站接力運行的可靠性[3]。

4 技術方案實現結果分析

根據上述對通信自動控制技術的論述可知，該技術的主要作用是支持多站接力的自動化運行，由此提升衛星測控作業水平。不過還要注意，雖然該技術存在上述優勢，但在使用過程中依然需要工作者對配套算法做好部署，才能讓該技術充分發揮效能。在技術部署上應當注意，由于技術部署本身就是一個專業性較強的工作，因此，必須安排具備足夠經驗且業務能力過硬的人來承擔此項工作。在此過程中，需要在正式開始技術部署之前進行充分的技術交底，并圍繞具體的技術方案，讓所有參與技術部署的人員都能夠圍繞該技術方案在理解達成一致，以免因理解沖突造成技術部署問題，影響技術應用效果[4]。

在技術實現上還要注意，通信自動控制技術的應用離不開軟硬件設施的支持，因此，在技術的前期部署上也要重點關注軟硬件設施的性能水平，并結合實際情況以及通信運行需求，選用合適的軟硬件設施，而且要在設施正式投入使用前進行全面的調試檢查，確認其性能狀態符合要求后，才能將其應用到技術部署上[5]。

待技術部署完畢后，也要對軟硬件系統進行定期的維護，保持其良好運行狀態，增強技術應用效果。為此，在運維中需提前根據技術方案以及實際情況，編制出一個完善、系統的維護管理方案，并提出具體的檢修、運維側重點，以提高運維工作效率，優化技術實現效果。此外，應綜合考慮技術的應用條件、應用需求，針對技術運行中可能存在的問題，提前做出解決預案，讓工作者可以及時對突發的問題、情況做出正確響應，由此強化技術運行的穩定性，提升多站接力自動化運行水平。在此過程中需要注意，雖然該技術屬于自動化技術，無須人工操作即可自動作業，但為了避免一些潛在的不確定因素為技術運行帶來影響，依然需要重點關注技術部署、技術運行監測、技術運維等工作，并確立配套的工作制度，然后借助制度，規范、引導工作者的操作，保證通信自動控制技術的正常運行，提高技術應用效果[6]。

5 結束語

綜上所述，增強自動化控制技術的應用效果可以優化衛星的通信系統性能。在衛星測控作業中，借助安全可靠的多站接力通信自動控制技術方案，能夠改善原有通信條件下存在的各類問題，優化衛星設備自動化運行的靈活度，讓軌道測控工作得以順利完成，從而獲得更好的衛星作業效果，推動衛星通信領域的優化發展。