航天測控系統數據處理軟件系統設計與實現

陳 宸，翟天祺，張金剛，朱 瓅，張 騰

(1.北京宇航系統工程研究所，北京 100076；2.北京航天測控技術有限公司，北京 100041)

0 引言

隨著科學技術不斷提高，計算機科學的日漸成熟，其強大的功能已被人們深刻認識，它已進入人類社會各個領域并發揮越來越重要的作用。如今發展的核心領域代表是航天測控領域，通過研究表明測控技術是與衛星技術、運載器技術、載人航天技術、導彈技術和靶場試驗技術一起同步發展的[1]，能夠代表載人航天重點工程和導彈科研技術的核心組成部分就是代表測控領域核心地位的航天測控系統，它既代表著航天運載器、導彈及其發射全流程的重點配合執行功能，又能夠代表全試驗研究流程的核心功能。航天測控系統根據不同功能和任務能夠劃分為衛星測控系統、導彈測控系統和火箭測控系統3種類別，但每一種類別不能夠完全獨立存在，很多種航天測控系統設備能夠兼容所有(或其中兩種)測控系統任務。通過航天測控系統執行任務性質通常能夠將其劃分為天基測控系統功能、海基測控系統功能和陸基測控系統功能[2]。航天測控系統數據處理是測量地面測發系統的重要功能，負責遙測數據的計算機采集、處理、實時監視、記錄、事后數據分析等任務，為各系統提供最終的測量參數。遙測數據處理軟件旨在獲取完整的測量數據，為型號各部門和試驗場了解火箭各系統工作情況、診斷故障、分析原因、評價試驗質量和產品定型提供重要依據[3]。

通過研究俄羅斯和美國在過往航天測控領域的科研成果，可謂是爭艷斗麗，各抒其才。航天測控領域的進步是世界航天技術領域發展的重要核心部分，在20世紀40年代至50年代左右，世界航天領域的測控系統技術得到了非常迅猛的提升，其中以外彈道的無線測量通信技術為主，后來又在50至70年代建設了更加完善和更加先進的測控系統通信網絡，在后來80至90年代組建研制了基于天基測控的全網絡形態通信平臺。

航天測控系統在我們國家是從20世紀60年代才逐漸研制起來，在國家大力發展航天系統和導彈研制過程中，測控系統也得以慢慢變強變大。在過往這些年里，無論是從近地衛星發射任務還是到遠程衛星發射任務；無論是從作戰飛行任務還是到中國空間站任務，我們國家的航天測控系統都很好地完成了測控任務。真正做到了對任務飛行全程的數據獲取和解析。而獲得的數據經過測控系統數據處理軟件系統進行分析，成為導彈和火箭飛行成敗的判定依據。

通過對當前國內外航天測控技術的發展分析，對測控系統數據處理系統的需求情況開展研究，針對系統功能需求，選擇合理的設計方案，完成系統架構、接口、運行、數據結構以及出錯設計工作，實現系統的運行過程以及功能應用。通過對研究實現的測控系統數據處理軟件系統進行多次測試，從試驗數據的接收和處理結果來看，驗證了系統在數據存儲、顯示、通信、挑路處理等方面都達到技術指標要求，滿足試驗需要。

1 系統的設計

1.1 系統的總體設計

1.1.1 基本設計概念和流程

測控系統數據處理軟件采用“組態化”的設計概念，軟件包內所有的軟件彼此相互獨立，又彼此相互聯系，由用戶根據測試任務的需要，在軟件包中選取不同的軟件來完成測控系統測試工作[4]。測控系統數據處理軟件的組成及處理流程如圖1所示。

圖1 測控系統數據處理軟件的組成及處理流程

在測控系統數據處理軟件的可編輯界面中利用實時數據采集與處理軟件可以實時顯示遙測數據并將數據保存到硬盤上。其它的功能在可編輯界面中可由使用者根據測試要求調用軟件模塊來完成[5]。可選軟件模塊：硬件設置軟件、數據接收軟件、數據庫編輯軟件、數據打包軟件、數據包分析軟件。其中，數據打包軟件和數據包分析軟件屬于事后處理部分。

數據打包軟件按用戶編輯的數據庫文件處理測試過程中實時存保存在硬盤上的二進制數據文件。數據庫文件中包含了對二進制數據文件的處理信息，處理結果由數據打包軟件按一定格式寫入數據包文件[6]。數據包文件形成之后，由數據包分析軟件對其進行分析、處理、顯示及打印輸出。對于不同的型號的不同數據處理要求，數據打包軟件會根據實際情況做相應的調整。

數據包分析軟件可以讀取數據包文件內容，根據用戶的要求進行數值或曲線分析，分析結果可以在顯示器上輸出或打印輸出[7]。通過數據包文件列表，用戶可以任意選擇數據包文件進行分析。

1.1.2 系統的結構

測控系統數據處理軟件采用“組態化”的設計概念，數據庫編輯軟件、實時數據采集與處理軟件、數據打包軟件和數據包分析軟件相互配合完成測控系統數據處理任務。檢測軟件包的結構如圖2所示。

圖2 測量系統通用數據處理軟件的結構

1)數據庫編輯軟件結構：數據庫編輯軟件是由幀結構數據庫編輯模塊、緩變參數數據庫編輯模塊、計算機字數據庫編輯模塊、指令參數數據庫編輯模塊等模塊組成。各軟件模塊彼此相互獨立，最終通過數據轉換模塊生成不同的數據庫文件，如表1所示。

表1 數據庫編輯軟件主要部件劃分

數據庫編輯模塊和相應數據庫文件之間的關系如圖3所示。

圖3 數據庫編輯軟件和相應數據庫文件之間的關系

2)實時數據采集與處理軟件的結構：實時數據采集與處理軟件的部件劃分如表2所示。

表2 實時數據采集與處理軟件部件劃分

3)事后數據打包軟件結構：事后數據打包軟件的部件劃分如表3所示。

表3 事后數據打包軟件部件劃分

事后數據打包軟件各個部件之間的關系如圖4所示。

圖4 數據打包軟件程序內各層次之間的關系

4)數據包分析軟件結構：數據包分析軟件部件劃分如表4所示。

表4 數據包分析軟件部分劃分

1.1.3 功能需求與部件(模塊)之間的關系

1)數據編輯軟件功能需求與軟件部件間關系：數據庫編輯軟件的功能需求的實現與各個軟件的分配關系如表5所示。

表5 數據庫編輯軟件功能需求與程序(或部件)的關系

2)實時數據采集與處理軟件、事后數據打包數據軟件和數據包分析軟件功能需求與程序的關系：實時數據采集與處理數據軟件、事后數據打包軟件、數據包分析軟件功能需求與程序之間的關系如表6所示。

表6 功能需求與程序的關系

1.1.4 人工處理過程

用戶在使用數據庫編輯軟件時，根據各個型號遙測參數數據幀的特點和各類型遙測參數數據處理要求的不同，除輸入相應的遙測參數信息，如參數路序、所屬系統、上網標志等，還需要將處理方法公式化，以便于程序將遙測參數處理方法記錄到數據庫文件中。

1.2 系統接口設計

1.2.1 用戶接口

1)數據庫編輯軟件與用戶的接口：

(1)幀結構數據庫；

(2)緩變數據庫；

(3)計算機字數據庫；

(4)指令數據庫。

2)實時數據采集與處理軟件與用戶的接口：實時數據采集與處理軟件為用戶提供的命令包括：

(1)開始存盤：將實時采集的數據保存在指定的數據文件中；

(2)停止存盤：數據存盤停止；

(3)退出接收程序：退出實時數據采集與處理軟件。

3)事后數據打包軟件與用戶的接口：事后數據打包軟件需要用戶輸入的信息主要包括：

(1)選擇實驗狀態：確定實驗狀態，可選擇或直接寫入狀態；

(2)選擇系統：確定要處理的數據的系統；

(3)選擇系統：確定要處理的數據的系統；

(4)選擇文件：確定要處理的數據文件；

(5)開始打包：按照1～5的選擇處理數據、打包；

(6)退出：退出程序。

4)數據包分析軟件與用戶的接口：

(1)選擇分析文件：確定要顯示的數據包文件；

(2)選擇數據選段方式：確定顯示的數據段；

(3)選定參數：確定顯示的參數；

(4)選擇起始、間隔秒：確定顯示參數的起始、間隔時間；

(5)選擇顯示比例：確定曲線分析窗口中曲線的顯示比例；

(6)選擇分析類型：確定數據包分析的類型；

(7)打印：調用標準打印對話框；

(8)退出：退出程序。

1.2.2 外部接口

1)數據庫編輯軟件與外部的接口：數據庫編輯軟件同外部軟件的接口是通過用戶輸入的遙測參數信息，生成相應的數據庫文件，向數據打包軟件模塊提供遙測參數的特性和數據處理方法。

(1)幀結構數據庫編輯軟件同外部的接口，幀結構數據庫編輯軟件同外部的接口為幀結構數據庫的二進制文件，文件名為“幀結構數據庫.yc”。

(2)緩變數據庫編輯軟件同外部的接口，緩變數據庫編輯軟件同外部的接口為各個系統的緩變參數數據庫二進制文件，文件名為“xx系統緩變參數數據庫.yc”。

(3)計算機字數據庫編輯軟件同外部的接口，計算機字數據庫編輯軟件同外部的接口為各個系統的計算機字數據庫二進制文件，文件名為“xx系統計算機字數據庫.yc”。

(4)指令數據庫編輯軟件同外部的接口，指令數據庫編輯軟件同外部的接口為各個系統的指令參數數據庫二進制文件，文件名為“xx系統指令參數數據庫.yc”。

2)實時數據采集與處理軟件與外部的接口：實時數據采集與處理軟件同系統硬件管理軟件之間存在接口，通過創建硬件設備管理類的實例來對系統硬件進行初始化和配置[8]。實時數據采集與處理軟件和數據庫編輯軟件之間存在接口，通過訪問映射到內存文件中的結構來交換數據。實時保存的數據文件是硬盤上的二進制文件，文件名為“YCDataxxx.dat”“YCTimexxx”，其中“xxx” 為存盤序號，具體值為“001”“002”等。

3)事后數據打包軟件與外部的接口：事后數據打包軟件根據用戶輸入的數據打包類型，根據數據庫編輯軟件生成的數據庫文件，將遙測原碼數據分類打包，生成各系統相應的數據包文件，供數據包分析軟件使用[9]。事后數據打包軟件與遙測原碼數據文件、數據庫文件之間為輸入關系，輸出是數據包文件，這些接口都是二進制文件形式。

4)數據包分析軟件與外部的接口：數據包分析軟件與外部的接口包括外部接口支持軟件接口和輸出硬件接口。與事后數據打包軟件間是輸入接口數據包格式的數據處理結果的二進制文件；與輸出設備的接口為打印機、顯示器等外設[10]。

1.2.3 內部接口

在遙測地面測試通用軟件包各個軟件內部，各個功能模塊之間有些存在直接調用關系，而其它內部接口是一些變量或數據結構，它們傳達一些有約定格式的信息。

1.3 系統功能模塊設計

1.3.1 功能模塊組合

遙測地面測試通用軟件包的4個基本組成軟件：數據庫編輯軟件、實時數據采集與處理軟件、事后數據打包軟件和數據包分析軟件是完成遙測地面測試數據處理(包括實時數據處理和事后數據處理)必不可少的組成部分，而各個軟件之間由于測試要求的不同，運行時的模塊組合也會有所區別[11]。

1)數據庫編輯軟件功能模塊組合：數據庫編輯軟件由幀結構數據庫編輯模塊、緩變參數數據庫編輯模塊、計算機字數據庫編輯模塊、指令參數數據庫編輯模塊等軟件模塊組成。各軟件模塊彼此相互獨立，均獨立運行。對于某一具體型號來說，用戶需要運行相應的軟件模塊來輸入遙測參數信息。

2)實時數據采集與處理軟件功能模塊組合：實時數據采集與處理軟件運行時需要使用的軟件模塊：在軟件內部主要包括CRecvThread類和CYCReceiverApp類，在軟件外部需要硬件管理軟件和數據庫文件的支持。

3)事后數據打包軟件功能模塊組合：

(1)選擇試驗狀態、系統、數據庫：OnInitDialog；

(2)選擇文件：OnInitDialog 、OnFileSelect；

(3)開始打包：OnInitDialog、FindBeginFly、OnPak、DealAll、 DealTime、Deal_CW、Deal_Instruction、Deal_Slow；

(4)退出：OnInitDialog 、Windows缺省設置。

4)數據包分析軟件功能模塊組合：

(1)數值分析：CMainFrame類、CChildFrame類、COptDlg類、CConfigDlg類、CYcdpDoc類、CPakFileTreeView類、CYcdpView類；

(2)曲線分析：CMainFrame類、CChildFrame類、COptDlg類、CConfigDlg類、CYcdpDoc類、CPakFileTreeView類、CYcdpView類。

1.3.2 運行控制

1)數據庫編輯軟件運行控制：數據庫編輯軟件中的各個軟件模塊在啟動時首先搜索所在目錄下已存在的數據庫記錄文件，如果數據庫記錄文件存在，則加載；如果數據庫記錄文件不存在，則根據設定的默認值創建數據庫記錄文件，然后加載。

2)實時數據采集與處理軟件運行控制：實時數據采集與處理軟件通過用戶的選擇而加載執行。

3)事后數據打包軟件運行控制：

(1)選擇試驗狀態、系統、數據庫：以鼠標點擊下拉框選擇相應內容，試驗狀態也可以用鍵盤直接輸入；

(2)選擇文件：以鼠標點擊選擇文件按鈕，調出標準文件對話框，選擇路徑和文件；

(3)開始打包：以鼠標點擊開始打包按鈕，開始打包；

(4)退出：以鼠標點擊退出按鈕，程序退出。

4)數據包分析軟件運行控制：在數據包文件列表視圖中選取數據包文件，雙擊該文件，調用參數分析選項對話框[12]。在這個對話框里：用鼠標點擊數據分析方式單選按鈕、數據選段單選按鈕，選擇存盤數據選段、全部存盤數據、起飛后數據選段、起飛后全部數據；用鼠標點擊參數選擇列表框中列出的參數，配合添加、全加、刪除、全刪按鈕選出需要的參數；鍵盤輸入起始、結束、間隔秒；用鼠標點擊確定按鈕，數據根據用戶輸入的分析選項顯示出來。數據顯示出來后，可以用菜單項控制數值窗口的顯示方式和曲線窗口的顯示比、方式、顏色、線寬，雙擊鼠標左鍵調用參數分析選項對話框。

1.3.3 運行時間

軟件運行時間主要取決于數據庫記錄數量的多少、遙測數據原碼文件的大小、選擇分析參數的多少以及計算機的硬件資源來決定[13]。

1.4 系統數據庫設計

1.4.1 邏輯結構設計要點

1)數據庫編輯軟件邏輯結構設計要點：

(1)幀結構數據庫編輯模塊數據結構；

(2)緩變參數數據庫模塊數據結構；

(3)計算機字數據庫編輯模塊數據結構；

(4)指令參數數據庫數據結構。

2)實時數據采集與處理軟件邏輯結構設計要點。

3)事后數據打包軟件邏輯結構要點

4)數據包分析軟件邏輯結構要點。

1.4.2 物理結構設計要點

上述每個數據結構中每個數據項是以結構的方式進行讀取和存儲的，每一數據項有固定的大小字長，可按二進制進行讀取和存儲[14]。

1.4.3 數據結構與程序的關系

1)數據庫編輯軟件數據結構與程序的關系如表7所示。

表7 數據庫編輯軟件數據結構與程序的關系

2)實時數據采集與處理軟件數據結構與程序的關系：實時數據采集與處理軟件數據結構與程序的關系如表8所示。

表8 實時數據采集與處理軟件數據結構與程序的關系

3)事后數據打包軟件和數據包分析軟件數據結構與程序的關系：事后數據打包軟件和數據包分析軟件數據結構與程序的關系如表9所示。

表9 事后數據打包軟件和數據包分析軟件數據結構與程序的關系

1.5 容錯設計

1.5.1 出錯信息

1)緩變數據庫編輯軟件出錯信息和處理方法：緩變數據庫編輯軟件可能出現的錯誤或故障，軟件輸出信息的形式及處理方法如表10所示。

表10 緩變數據庫編輯軟件出錯信息和處理方法

2)計算機字數據庫編輯軟件出錯信息和處理方法：計算機字數據庫編輯軟件可能出現的錯誤或故障，軟件輸出信息的形式及處理方法如表11所示。

表11 計算機字數據庫編輯軟件出錯信息和處理方法

3)指令數據庫編輯軟件出錯信息和處理方法：指令數據庫編輯軟件可能出現的錯誤或故障，軟件輸出信息的形式及處理方法如表12所示。

表12 計算機字數據庫編輯軟件出錯信息和處理方法

4)事后數據打包軟件出錯信息和處理方法：事后數據打包軟件可能出現的錯誤或故障，軟件輸出信息的形式及處理方法如表13所示。

表13 計算機字數據庫編輯軟件出錯信息和處理方法

5)數據包分析軟件出錯信息和處理方法：數據包分析軟件可能出現的錯誤或故障，軟件輸出信息的形式及處理方法如表14所示。

表14 數據包分析軟件出錯信息和處理方法

1.5.2 補救措施

為避免已輸入的數據庫文件損壞或丟失，在完成數據庫錄入工作之后應及時對數據庫文件進行備份。在數據庫編輯軟件運行當中，如果軟件終止響應，則可以注銷此進程并重新啟動軟件。而事后數據打包軟件和數據包分析軟件在正常使用中如果長時間沒有響應，則應注銷進程，重新啟動軟件執行。

1.5.3 系統維護設計

為系統維護方便，除利用軟件的出錯信息外，還可以使用在軟件代碼中設置斷點、增加信息提示代碼等方法維護、修改軟件。

2 系統的實現

2.1 軟件實現原理

2.1.1 技術措施

1)設計可重用的遙測數據庫和可編譯的處理公式解釋器，滿足不同數據處理要求；

2)引入成熟的組態軟件技術，可根據不同用戶的需求制作數據監視界面；

3)采用Windows內存文件共享和消息觸發技術，實現多進程遙測數據的共享，為擴展功能提供開放的數據接口[15]。

2.1.2 軟件框架

根據遙測數據處理軟件的一般要求，遙測數據處理軟件的不同功能采用多進程實現的方法，主要包括組態監控與調度軟件、設備驅動軟件與硬件管理軟件、實時數據采集與處理軟件、實時數據庫編輯軟件、組態畫面編輯軟件、事后數據打包處理與分析軟件、其它可擴展軟件等[16]，軟件結構如圖5所示。

圖5 遙測數據處理軟件框架

2.2 主要性能指標的實現

數據處理軟件實現遙測數據流的實時采集、存盤、處理，組態畫面編輯與監視顯示，事后數據打包處理與分析等功能[17]。

2.2.1 實時數據采集與處理

1)碼速率：隨硬件而異；

2)采集方式：隨硬件而異，查詢或中斷采集；

3)存盤方式：原碼存盤為有格式二進制文件；

4)實時處理：逐幀處理緩變參數和計算機字參數。

2.2.2 實時顯示

采用組態方式編輯需要顯示的內容，提供直線、圓弧、矩形、多邊形、靜態文本、位圖、按鈕、動態文本、棒圖、曲線等靜態和動態組件，顯示畫面可通過按鈕定義切換方式。

2.2.3 事后處理

1)數據打包：按照所設置的系統及參數類別將遙測數據打包，分包個數=系統個數×參數種類數；

2)處理結果：緩變參數和計算機字處理成物理量，也可提供原碼；時串指令給出開啟時間、關閉時間；

3)數據分析：提供數值分析和曲線分析兩種方式，支持曲線縮放，并可通過打印機輸出[18]。

2.2.4 處理方法

公式處理：處理公式以字符串方式錄入數據庫，處理前軟件編譯，支持加減運算、比較運算、邏輯操作、乘除運算、位操作、函數運算等24種數學運算符及函數運算(支持多重括號)；

查表處理：支持需要查表(如溫度)的參數處理。

2.3 軟件功能的實現

2.3.1 軟件功能描述

根據遙測系統數據處理的一般要求，數據處理軟件具備了必需的常用功能，并將其通用化，同時提供開放的數據接口用于功能擴展。

1)數據庫編輯：數據處理軟件采用實時數據庫，它不僅提供遙測數據處理方法的描述，而且也提供多進程共享的數據處理結果，如實時顯示或上網進程均使用該數據庫的數據[19]。數據庫類型有幀結構數據庫、緩變參數數據庫、計算機字參數數據庫、指令參數數據庫等；

2)組態監控與調度：實時顯示組態畫面中的動態組件內容，通過按鈕組件控制存盤、上網等操作，并負責后臺進程的啟動、共享內存文件映射的建立等工作；

3)實時數據采集與處理：負責硬件的初始化、數據的采集、存盤與處理，并通過消息通知其它進程數據處理的狀態；

4)組態畫面編輯：提供實時顯示組態畫面的編輯功能，其動態組件可以與數據庫鏈接，供組態監控使用；

5)數據打包處理：事后處理時，數據打包軟件根據所設置的系統與參數種類，將遙測原碼數據拆分成與系統和參數種類相關的數據包，以便并行處理或網上分發；

6)數據包分析：為各種數據包提供統一的分析工具，包括數值分析和曲線分析；該軟件在數據包網上分發后可作為客戶端的數據瀏覽器。

2.3.2 軟件與數據進程

數據處理軟件采用的是多進程運行方式。進程間通過Windows內存文件共享和消息觸發實現[20]。軟件的運行與數據流向關系分預備工作、實時運行和事后處理三部分，描述如下：

1)預備工作：通過YCDP.INI文件進行軟件配置，以應用型號的要求，并錄入各種數據庫；

2)實時運行：組態監控與調度軟件運行后，自動啟動需要后臺運行的進程(如數據采集與處理)；數據采集與處理軟件采集遙測數據并存盤，然后對緩變參數和計算機字進行實時處理，處理結果和原碼放在共享緩沖區中，并發送消息通知其它進程數據已處理；組態監控軟件(或者擴展的其它進程如上網等)接收到消息后，從共享緩沖區中取出數據顯示(或上網)；

3)事后處理：即實時任務結束后，進行數據打包與分析。

軟件進程與數據流程如圖6所示。

圖6 軟件進程與數據流示意圖

2.3.3 數據庫編輯

數據處理軟件的數據庫設計為可重構的實時數據庫，包括幀結構數據庫、緩變參數數據庫、計算機字參數數據庫、指令參數數據庫等[21]。

1)幀結構數據庫：幀結構數據庫描述型號遙測幀的子幀信息、副幀信息、接收顯示等3部分內容，該數據庫的信息供數據采集與處理使用，包括分配緩沖區、判斷幀同步和數據刷新顯示用。幀結構數據庫的建立使原碼級的數據采集與處理環節能夠用統一的代碼適應不同型號的處理要求。

2)參數數據庫：緩變參數數據庫、計算機字參數數據庫、指令參數數據庫統稱為參數數據庫，它們為每個系統不同類型的參數提供一個數據庫文件，數據庫中描述某一參數的各種屬性，如緩變參數的波道分配、編號、代號、處理方法、顯示方式等，而計算機字和指令參數數據庫較為復雜，需要指定該參數的具體定位信息，如計算機字的標志碼和指令參數的指令組等。參數數據庫的建立，基本上統一了目前所有緩變類型的參數處理，任何參數處理要求的變化都可以通過數據庫的編輯而實現，軟件源代碼不需更改[22]。

3)處理公式：數據處理軟件數據庫中的處理方法描述采用錄入處理公式并進行編譯的方式，使用軟件所提供的公式運算符來描述某參數的處理要求后，軟件自動將錄入的公式進行編譯，不需要代碼級的軟件修改。軟件提供24種運算符或函數(并支持多重括號)，能夠滿足目前各類參數的處理。軟件支持的運算符或函數按優先級從低到高為：加減、比較、邏輯操作、乘除、位操作、函數運算。

2.3.4 實時數據采集與處理

實時數據采集與處理軟件是軟件的一個后臺運行進程，可以通過YCDP.INI配置文件定義由組態監控與調度軟件自動啟動，它完成遙測數據的采集、存盤與處理。

該軟件主要由共享內存的初始化、硬件設備初始化、數據采集和數據處理等模塊構成。初始化工作由進程的主線程在啟動時完成，主線程然后進入消息循環狀態；數據采集采用獨立的線程實現，當采集到幀結構數據庫中設定的數據后，調用數據處理模塊進行處理，處理結束后以廣播方式發出“數據處理結束”消息；消息響應包括“開始存盤”“停止存盤”“硬件設置改變”“軟件退出”等處理，對應每個消息在主線程中有相應的響應函數，其中“硬件設置改變”消息響應完成硬件設備的重新初始化和采集線程的重新啟動，以適應不同的硬件設置(如模擬源到接收機的切換、實時變碼率等)，“軟件退出”消息響應函數還要進行已分配內存的清理工作。

具體程序流程如圖7所示。

圖7 實時數據采集與處理主要流程圖

2.3.5 組態畫面編輯與監控

實時數據監視及操作控制等功能在以往所有型號的遙測數據處理軟件(包括一些監控軟件)中，都是根據需要通過代碼編程完成固定的數據顯示或操作控制，對于不同的型號一般需要重新編程以適應各自的需求。組態監控軟件的引入，不僅可以實現軟件的擴展功能“即插即用”，而且提供使用者一個任意編輯所需要監視數據和控制動作的功能[23]。

組態軟件包括組態畫面編輯和組態畫面監控兩部分。

組態畫面編輯實際上是提供使用者一個類似WORD繪圖的工具，畫面中可放置的組件包括10種靜態組件(直線、斜線、圓弧、餅圖、矩形、圓角矩形、折線、多邊形、靜態文本、位圖)、5種動態組件(時間組件、日期組件、動態數據組件、棒圖、曲線)和4種操作按鈕(圖形切換按鈕、程序執行按鈕、文件操作按鈕、消息發送按鈕)，可編輯“主界面”“分界面”“結構圖”“數據圖”“曲線圖”“條形圖”或其它用戶擴展圖形。同時，軟件提供常用的編輯功能、數據庫鏈接功能，另外還有批量處理、層次調整、鎖定與解鎖等高級功能。利用這些功能，使用者可以根據需要靈活的編輯大量組態圖形，實現全箭各系統、各部段的實時數據監視，并可以通過圖形中的按鈕功能在圖形間相互切換。

組態畫面監控實際上是上述已編輯畫面的調用與動態刷新過程，它響應實時數據采集與處理進程的“數據處理結束”消息，利用共享緩沖區的數據完成對動態組件進行數據刷新功能，同時，還可以通過按鈕響應操作者的各種控制功能。該軟件還擔任軟件的調度作用，如在該軟件退出時，它發送一條“系統退出”消息，通知軟件的其它各進程退出。

2.3.6 事后數據打包與分析

測試遙測數據如果按照一定的順序處理各系統參數，每次讀取該文件會導致數據處理速度的降低，影響數據判讀的效率。數據打包概念的目的就是克服這個缺陷，另外也是為遙測數據的信息共享提供一種可行的實現方式。具體來說，數據打包是將遙測原碼存盤文件按照不同系統、不同參數類型拆分成一個個獨立的數據包分件，同時在數據包中嵌入該參數的屬性與處理方法，以便使用統一的數據包分析軟件進行最終的數據分析與輸出。使用數據打包技術達到通用數據處理的解決途徑如下：

1)將一個大文件拆分成多個小文件，具體的分析只對每個數據包進行處理，克服遙測原碼文件過大影響數據判讀的效率；

2)數據包分析軟件只對數據包進行操作，此時的數據包起到不同結構原碼數據文件到數據通用處理的中間件作用，使異構數據源的通用處理成為可能；

3)每個獨立的數據包可以通過網絡或其它介質分發到對應的分系統，分系統端使用數據包分析的客戶端軟件即可作詳細的數據分析，達到遙測數據共享的目的。

數據包分析軟件采用多型號自動識別的“瀏覽器”方式，為使用者提供數值和曲線兩種分析方式，可任意挑選參數和分析時段及數據間隔進行分析；兩種分析方式均可進行瀏覽漫游，曲線分析還支持全進程多比例壓縮，并提供連線、點線和垂直線等類型。

2.4 系統界面

測控系統數據處理軟件的功能選擇界面詳如圖8所示。

圖8 功能選擇界面

測控系統數據處理軟件的數據文件查詢界面詳如圖9所示。

圖9 數據文件查詢界面

3 系統的測試

3.1 測試方法

軟件在項目組內依據相關輸入文件的要求，對功能、性能接口進行充分的測試，包括靜態分析與代碼走查、單元測試、組裝測試等。由于缺乏真實的試驗條件，測試以模擬為主，測試過程中，軟件要在開發庫中受控，經過測試驗證，確保軟件狀態穩定受控。

參加系統聯試，利用真實的試驗環境，對軟件功能性能接口進行再次的驗證，對于測試中發現問題，技術狀態發生更改的軟件，針對更改情況進行充分的驗證。

3.2 測試數據

3.2.1 系統測試

試驗內容：本次試驗期間，通過箭上到地面檢測站下傳數據流接收解調試驗環境，對參試軟件進行了功能性能考核。主要考核內容如下：

1)遙測系統配套軟件各項功能性能驗證；

2)遙測數據處理軟件的事后數據處理功能(包括各系統緩變、指令、計算機字等)；

3)遙測數據處理軟件與遙測數據實時處理軟件的接口；

4)遙測數據處理軟件與遙測圖像處理軟件的接口。

試驗結果：對參試軟件的需求滿足情況進行考核，沒有出現質量問題。

3.2.2 系統聯試1

試驗內容：全系統參試，通過箭上到地面檢測站下傳數據流接收解調試驗環境，對參試軟件進行了功能性能考核。主要考核內容如下：

1)遙測系統配套軟件各項功能性能驗證；

2)遙測數據處理軟件的事后數據處理功能(包括各系統緩變、指令、計算機字等)；

3)遙測數據處理軟件與遙測數據實時處理軟件的接口；

4)遙測數據處理軟件與遙測圖像處理軟件的接口。

試驗結果：對參試軟件的需求滿足情況進行考核，沒有出現質量問題。

3.2.3 外場聯試

試驗內容：全系統參試，在試驗場地利用真實環境對參試軟件進行了功能性能考核。

主要考核內容如下：

1)遙測系統配套軟件各項功能性能驗證；

2)遙測數據處理軟件的事后數據處理功能(包括各系統緩變、指令、計算機字等)；

3)遙測數據處理軟件與遙測數據實時處理軟件的接口；

4)遙測數據處理軟件與遙測圖像處理軟件的接口。

試驗結果：對參試軟件的需求滿足情況進行考核，沒有出現質量問題。

3.2.4 系統聯試2

試驗內容：全系統參試，通過箭上到地面檢測站下傳數據流接收解調試驗環境，對參試軟件進行了功能性能考核。

主要考核內容如下：

1)遙測系統配套軟件各項功能性能驗證；

2)遙測數據處理軟件的事后數據處理功能(包括各系統緩變、指令、計算機字等)；

3)遙測數據處理軟件與遙測數據實時處理軟件的接口；

4)遙測數據處理軟件與遙測圖像處理軟件的接口；

試驗結果：對參試軟件的需求滿足情況進行考核，沒有出現質量問題。

3.2.5 測試數據分析

測試功能考核和數據分析詳見表15和表16所示。

表15 測試功能考核表

表16 測試數據分析表

3.3 測試結論

通過對軟件的靜態分析與代碼走查、單元測試、組裝測試等，確認軟件狀態可靠。經過模擬測試驗證，軟件狀態運行正常。參加系統聯試，利用真實的試驗環境，對軟件功能性能接口進行了再次的驗證，確保軟件功能性能指標滿足要求，技術狀態穩定，沒有出現質量問題。

4 結束語

測控系統是航天不可缺少的重要信息測量與處理系統，其宗旨是獲取豐富的分系統遙測數據，從而為型號部門和試驗場了解各系統工作情況、診斷故障、分析原因、評價試驗質量和產品定型提供重要依據。遙測數據處理是測量系統的重要組成部分，也是測量系統的最后環節，處理后的數據是性能評估、系統重構和定型借鑒的重要依據。

測控系統數據處理軟件系統作為地面測量控制站的重要組成部分，結束了以往遙測數據處理系統功能單一的局面，能夠滿足新任務的需求，充分考慮軟件通用性和適用性統一化為指導思想，具有較高的自動化水平，可靠性、實用性、可擴展性強，能夠做到實時數據的采集與處理，組態畫面編輯與監控以及事后數據的打包與分析等多種功能。