XTCE標準在衛星遙測信息交互中的應用

唐敏 孫斌 梁秀梅 張新 盧曉偉 趙美玲

（1 上海衛星工程研究所， 上海， 201100；2 西安衛星測控中心， 西安， 710000）

從衛星研制到在軌交付， 遙測信息會在不同單位、 系統以及不同的數據接口之間傳遞。 同時由于遙測信息在衛星生命周期內是一個不斷完善的過程， 這種重復且格式不一致的測控數據定義將導致大量的數據轉換、 人工核對、 軟件變更[1]。XTCE （基于 XML 的遙測遙控交換） 標準是由OMG （Object Management Group， 對 象 管 理 組織） 提出的利用 XML （可擴展標記語言） 來描述遙測和遙控的數據規范， 它提出了一種有效的數據模型和數據交換格式來描述從衛星研制至衛星發射運行各階段的數據信息， 以空間系統為根節點， 實現遙測信息在航天任務各系統之間的無縫對接[2-4]。 基于 XTCE 標準的遙測信息交互能夠有效地解決系統之間遙測信息交互問題。

1 XTCE 標準簡介

XTCE 標準是一種國際化的新體制與標準， 可為不同機構和系統在航天任務的各個階段進行遙測數據的有效交換提供支持[5]。 XTCE 標準以一個 XML schema （模式， 指的是定義和描述 XML文檔的規則） 的形式給出， 可讀性好； 其體系結構呈樹狀分級結構， 包括遙測和遙控信息， 通過元素名稱、 元素順序、 屬性及規則等描述遙測遙控信息， 是一種標準化的描述方法， 具有明顯的層次化結構， 方便進行遙測的集成與刪減。 XTCE標準是一個廣泛的集合， 大多數用戶使用的是這些功能的子集。 XTCE 標準也是一種非專有格式，無需定制導入導出工具， 它的提出可以促進數據庫格式標準化， 提高型號任務之間的數據重用，加強航天器各系統之間的交流與合作[6]。

2 遙測信息接口規范

在衛星研制階段， 遙測信息會不斷地完善修正， 到衛星出廠時遙測信息基本處于穩定、 準確的狀態。 衛星具備出廠條件時， 測控中心需要配置遙測信息。 以往衛星研制方和測控中心之間交接遙測信息依賴遙測文件， 以文件為基礎就意味著所有遙測信息在測控中心需要重新配置。 人工配置效率低， 不僅浪費人員時間精力， 同時遙測信息又要經歷確認更改再確認的迭代過程， 延長衛星試驗隊飛控時間。

2.1 XML 接口規范

為解決系統之間遙測信息交換問題， 測控中心對具備包結構的航天器設計規范了遙測信息的描述方法， 以XTCE 標準為基礎， 形成了以XML文件為載體的通用接口協議。 根據測控中心的XML 文件接口協議規范， 利用遙測大表轉XML軟件， 將衛星研制方的遙測信息轉換為XML 文件， 可以直接導入測控中心使用， 不再需要遙測信息的二次配置。

基于XTCE 標準， 形成了航天器研制方與測控中心之間以XML 文件為準的接口規范。 接口規范采用分層模型構建， 包括航天器名稱（Satellite）、 遙測幀的說明 （TmFrames/TmFrame）、插入域的處理定義 （FrameZone）、 分系統的名稱定義 （SubSystems/SubSystem）、 航天器遙測包格式的定義和數據包的具體定義 （TmPkts/TmPkt）、 遙測參數的定義 （TmParas）， 以及通用和自定義處理方法庫及預留非標準處理的庫文件（InputTypes）[7]， XML 文件框架結構如示例所示。

示例：

測控中心所有遙測信息在遙測參數裝訂軟件中進行配置， XML 文件根據測控中心遙測參數通用接口規范生成， 可以作為遙測參數裝訂軟件的輸入， 也是研制方和測控中心之間遙測信息交互的新載體。

2.2 衛星遙測接口規范

衛星研制階段所有遙測信息以表格 （遙測大表） 形式進行配置和調用， 從型號研制初期到衛星發射遙測大表是不斷完善的過程。 上海衛星工程研究所對衛星遙測大表的格式進行統一規范并形成所標 《衛星地面測試軟件遙測大表編寫要求》， 每顆衛星的遙測大表都包含遙測信息表（A 表） 和幀結構表 （B 表）， A 表具體信息內容見表 1， B 表格式見表 2。

表1 A 表的格式

表2 B 表的格式

B 表第一列包括 5 種情況， 分別為： ①注釋單元， 方便檢查維護； ②幀代號； ③遙測包代號； ④需要展開的遙測代號； ⑤空。 第二列為塊內各遙測代號。

3 遙測信息交互實現

遙測信息的交互實現依賴于衛星研制方和測控中心的接口規范以及兩方遙測信息的對等。 以測控中心XML 文件為準， 結合研制方遙測大表，進行遙測信息轉換， 轉換信息主要包括遙測代號、 遙測名稱、 字節序、 包內位置信息、 解析條件、 輸入輸出類型、 處理公式、 遙測顯示信息和遙測范圍等， 此外還包括遙測幀結構、 包結構、遙測處理公式聲明和類型聲明等。 對于遙測大表中不能覆蓋的信息或不同衛星型號之間有差異的信息， 則借助軟件配置文件完成， 包括幀結構信息、 包頭信息、 遙測處理公式等。 各個衛星型號相同的信息則采用軟件默認， 如軟件版本信息和字節序等， XML 文件中關鍵節點信息轉換實現見表3。

表3 通用試驗規范中交檢次數要求匯總

軟件配置文件 （config.xml） 用于解決遙測轉換時的不對等信息以及衛星型號之間的不通用信息， 包含型號信息、 幀結構、 包復用、 包結構、輸入輸出類型、 公式庫、 通用公式和專用公式等。 為滿足衛星遙測信息轉換需求， 配置文件采用最大包絡設計， 配置文件的默認設置能夠滿足大多數型號需求， 有特殊需求的型號可根據實際情況修改配置文件， 各個配置項的名稱及涉及到的信息見表4。

表4 軟件配置項

XML 遙測轉換軟件以 C++語言開發， 軟件啟動后自動讀取配置文件 （config.xml）、 遙測信息表 （A 表） 和遙測幀結構表 （B 表）。 解析遙測大表和配置文件， 剔除地面遙測并對遙測大表進行合法性檢查， 對不合法的遙測信息進行提示， 最終按照遙測包將遙測信息匯總整合， 根據XML 接口規范協議將遙測信息進行轉換生成XML 文件。 軟件轉換進度和轉換過程中的問題在軟件界面提示并記錄日志。 軟件信息流圖如圖1 所示。

XML 文件導入測控中心的遙測參數裝訂軟件后， 可以在測控中心進行遙測數據處理和遙測信息顯示。 XML 文件將衛星研制階段的遙測信息直接導入測控中心， 不再需要遙測信息的二次配置。 后續衛星型號也將形成以XML 文件為主、遙測處理文件為輔的交互方式。

目前， 基于XTCE 標準的衛星遙測信息交互先后在多個型號進行驗證， 實踐證明XTCE 標準在遙測信息交互中的應用降低了遙測配置的人工參與度， 減少人為配置錯誤， 遙測信息的轉換更加高效準確。 隨著航天事業的高速發展， 近幾年衛星型號不斷增加， 衛星研制人員和研制周期都將被壓縮， XTCE 標準在遙測信息交互中的應用， 可以有效地節約人力資源， 節約研制成本，提高轉換效率。