用于载人航天器的数据处理系统及方法与流程

本发明涉及载人航天器测试技术领域，尤其涉及一种数据处理系统及其方法。

背景技术：

应了解，随着载人航天器飞行任务由单航天器飞行到航天器交会对接再到多航天器组合体长期飞行的发展趋势，载人航天器系统复杂程度不断提高，功能性能不断提升。在进行地面测试时，下行遥测数据的种类和传输速率也在呈几何倍数增长。载人航天器地面测试下行的主要数据包括：平台遥测数据，包括usb应答机下传的工程遥测数据、s波段数传机下传的数管遥测数据、窄波束中继终端下传的遥测数据、宽波束中继终端下传的遥测数据，s波段数传机延时遥测数据和ka中继延时遥测数据等；以及试验载荷数据。航天器测试数据具有数据模态多(多模态是指数据流多、格式多)、下行速度快、载荷用户数量不固定的特点，因此要求地面测试系统能够适应多数据流高速下传的测试环境，通过前端设备采集各通道下行的平台遥测数据和载荷数据，并对其进行实时接收、解析并提供订阅服务，使测试人员能够判断航天器工作状态是否正常、性能是否满足要求，从而完成载人航天器的测试工作。

然而，现有技术的实现方法存在以下缺陷：

(1)数据处理速率低，并且存在单点风险。数据解析方法用单进程处理多路数据流数据，处理方式没有发挥硬件设备配置多cpu核心的优势，导致数据处理速率受限，处理进程发生故障后，所有下行数据流都不能正常处理。从而，地面测试任务不能正常进行，存在较高的单点风险。

(2)不能自适应多模态数据处理。面对平台遥测数据和试验载荷数据的数据流数量、格式动态变化，参试载荷用户数量动态变化，目前只能通过不断更改数据处理方案以适应各种测试工况。

(3)载荷用户测试设备与航天器无直接接口，无法获取各自试验载荷数据并进行判读。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种数据处理系统及方法，有效保证自适应多模态数据和高速率的数据处理能力，规避数据处理的单点风险，并且可以根据用户需求来订阅数据。

为实现上述发明目的，根据本发明的一个方面，提供了一种数据处理系统，包括：主测试计算机，用于接收来自多个前端设备的遥测数据和试验载荷数据，并根据预定配置处理所述遥测数据和试验载荷数据；订阅服务器，用于接收所述主测试计算机处理后的遥测数据和试验载荷数据以及来自多个用户设备的订阅请求，为所述多个用户设备提供定制数据；以及交换机，用于实现所述主测试计算机、所述多个前端设备、所述订阅服务器和所述多个用户设备之间的数据通信。

优选地，根据所述遥测数据和试验载荷数据的数据格式来预先设计与各种数据格式相对应的所述预定配置。

其中，多个前端设备用于与载人航天器建立下行链路以接收来自所述载人航天器的遥测数据和试验载荷数据，并将接收到的遥测数据和试验载荷数据传送给所述主测试计算机。

优选地，所述多个前端设备包括usb前端设备、s波段数传前端设备、中继ka前端设备、中继宽波束s前端设备以及中继窄波束s前端设备。

优选地，所述遥测数据和试验载荷数据包括：来自所述usb前端设备的工程遥测数据；来自所述s波段数传前端设备的实时s数传遥测数据和延时s数传遥测数据；来自所述中继ka前端设备的实时中继ka遥测数据、延时中继ka遥测数据和实验载荷数据；来自所述中继宽波束s前端设备的宽波束s遥测数据；以及来自所述中继窄波束s前端设备的窄波束s遥测数据。

为实现上述发明目的，根据本发明的另一方面，提供一种数据处理方法，包括以下步骤：通过交换机建立主测试计算机、多个前端设备、订阅服务器和多个用户设备之间的连接；所述主测试计算机接收来自所述多个前端设备的遥测数据和试验载荷数据，并根据预定配置处理所述遥测数据和试验载荷数据；所述订阅服务器接收所述主测试计算机处理后的遥测数据和试验载荷数据；所述多个用户设备向所述订阅服务器发送订阅请求；以及所述订阅服务器根据所述订阅请求向所述多个用户设备发送定制数据。

优选地，在所述主测试计算机处理所述遥测数据和试验载荷数据之前，所述主测试计算机创建多个处理进程，其中，每一个进程对应于所述遥测数据和试验载荷数据中的一个数据流。

优选地，每一个进程包括多个线程。

优选地，所述订阅服务器和用户设备之间的信息交互包括：所述用户设备申请建立与所述订阅服务器的连接；在建立连接之后，所述用户设备向所述订阅服务器发送订阅请求；如果所述订阅服务器在预定时间内没有接收到所述订阅请求则主动断开与所述用户设备的连接；如果所述订阅服务器接收到所述订阅请求，则根据所述订阅请求中的数据订阅要求向所述用户设备发送定制数据；当所述用户设备不需要数据订阅时，断开与所述订阅服务器的连接。如果所述用户设备再次进行数据订阅时，与所述数据订阅服务器重新建立连接并重复上述步骤。

在本发明的数据处理系统及方法中，整个数据处理是由多个处理进程并行进行的，其中每一个进程对应遥测数据和试验载荷数据中的一个数据流，每一个进程还可以派生出多个线程。如此，可以保证同时服务多模态数据的解析处理，提高处理速率。另外，当某一个处理进程发生异常时，并不会影响其他处理进程，规避了数据处理单点风险。

通过预先设计与各种数据格式相对应的预定配置，并根据预定配置来处理遥测数据和试验载荷数据，实现了无需修改数据处理方案即可满足新增数据流和处理方式需求的目的，自适应多模态数据处理和参试试验载荷数量变化。

此外，多用户设备可以根据各自需要从订阅服务器上订阅相应遥测数据和试验载荷数据，如此提供订阅分发服务，为试验载荷用户提供数据判读解决方案。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是示意性表示根据本发明的数据处理系统的框图；

图2是示意性表示根据本发明的数据处理系统的具体组成图；

图3是示意性表示根据本发明的数据处理方法的流程图；

图4是示意性表示根据本发明的多模态数据处理的流程图；以及

图5是示意性表示根据本发明的数据订阅分发处理的流程图。

具体实施方式

此说明书实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。

此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施方式。本发明的范围由权利要求书所界定。

图1是示意性表示根据本发明的数据处理系统。

如图1所示，根据本发明的用于载人航天器的数据处理系统10包括主测试计算机110、订阅服务器120和交换机130。其中，主测试计算机110用于接收来自多个前端设备的遥测数据和试验载荷数据，并根据预定配置处理遥测数据和试验载荷数据。具体地，根据遥测数据和试验载荷数据的数据格式来预先设计与各种数据格式相对应的预定配置，进而对遥测数据和试验载荷数据进行处理。订阅服务器120用于接收主测试计算机110处理后的遥测数据和试验载荷数据以及来自多个用户设备的订阅请求，为多个用户设备提供定制数据。交换机130用于建立内部局域网，实现主测试计算机110、多个前端设备、订阅服务器120以及多个用户设备之间的数据通信。

图2是示意性表示根据本发明的数据处理系统的具体组成图。

如图2所示，多个前端设备用于与航天器建立下行链路，接收航天器遥测数据和试验载荷数据并转发至主测试计算机110。具体地，多个前端设备可包括usb前端设备、s波段数传前端设备、中继ka前端设备、中继宽波束s前端设备以及中继窄波束s前端设备。例如，多个前端设备接收并转发至主测试计算机110的遥测数据和试验载荷数据可包括来自usb前端设备的工程遥测数据、来自s波段数传前端设备的实时s数传遥测数据和延时s数传遥测数据、来自中继ka前端设备的实时中继ka遥测数据和延时中继ka遥测数据和试验载荷数据、来自中继宽波束s前端设备的宽波束s遥测数据以及来自中继窄波束s前端设备的窄波束s遥测数据。

以下参照图3至图5描述根据本发明的数据处理方法的流程图。

图3是示意性表示根据本发明的数据处理方法流程图。

如图3所示，根据本发明的用于载人航天器的数据处理方法包括以下步骤：步骤201，通过交换机130创建内部局域网，建立主测试计算机110、多个前端设备、订阅服务器120和多个用户设备之间的连接；步骤202，主测试计算机110接收来自多个前端设备的遥测数据和试验载荷数据，并根据预定配置处理遥测数据和试验载荷数据；步骤203，订阅服务器120接收来自主测试计算机110处理后的遥测数据试验载荷数据；步骤204，多个用户设备向订阅服务区发送订阅请求；步骤205，订阅服务器120根据订阅请求向多个用户设备发送定制数据。

具体地，利用本发明的数据处理系统10，首先根据遥测数据和试验载荷数据的数据格式来预先设计与各种数据格式相对应的预定配置。然后，主测试计算机110与各个前端设备建立tcp/ip(transmissioncontrolprotocol/internetprotocol)协议连接，从而接收各前端设备采集的平台遥测数据和试验载荷数据。之后，主测试计算机110按照接收到的数据格式根据预先设计的配置自适应地动态创建多个处理进程来处理遥测数据和试验载荷数据，并将处理后的数据广播至局域网(即，由交换机建立的网络)。最后，多个用户设备可以根据各自的需求向订阅服务器120发送各类数据订阅请求，从而订阅服务器120可以向多个用户设备分发根据订阅请求处理后的遥测数据和试验载荷数据。

图4示出了根据本发明多模态数据处理的方法流程图。

如图4所示，首先根据将要接收到的数据流以及数量流的数量动态创建多个处理进程。然后，以单个进程为例，在数据处理进程开始运行之后，执行进程初始化函数plug_init，包括打开日志、初始化公共信息、数据处理配置、调用进程私有数据初始化函数和初始化进程私有数据信息。然后，执行运行函数plug_run，包括循环接收消息、解释消息和调用相应的接收处理消息，直到运行状态为stop。之后调用进程析构函数plug-clear，包括调用私有数据析构函数释放私有数据信息，设置进程运行状态为stop。

由上述可知，整个数据处理被设计成由多个进程相互协作，每一个进程对应遥测数据和试验载荷数据中的一个数据流，每一个处理过程都以一个进程的形式存在。如此，一方面可以保证同时服务多模态数据的解析处理，另一方面当某一个处理进程发生异常时，并不会影响其他处理进程(地面测试系统功能)。此外，为了提高系统并行运行能力并降低系统的资源使用，在每一个进程内还可以派生出多个线程。

图5是示意性表示根据发明的数据订阅分发的流程图。

如图5所示，数据订阅服务器为各个载荷用户的每一个订阅请求建立一个独立的网络连接，并保持直到载荷用户断开网络连接为止。具体地，用户设备与订阅服务器120之间进行信息交互的流程如下：首先，用户设备调用tcp/ip的connect接口函数申请建立网络连接；在连接建立完成后，用户设备向订阅服务器120立即发送订阅请求，如果订阅服务器120在设定时间内(例如，1s)未接收到订阅请求，将会自动断开与用户设备的连接；如果订阅服务器120在设定时间内接收到用户设备的订阅请求，则根据用户设备的数据订阅类型，在该网络连接上连续不断地按照信息包格式向用户设备传输符合用户订阅要求的遥测数据和试验载荷数据，在传输过程中，网络连接一直处于连接状态；当用户设备不需要该数据订阅时，调用tcp/ip的close接口函数断开与订阅服务器120的网络连接。若用户设备需要再次数据订阅，则需要和订阅服务器120重新建立连接申请，并重复执行以上过程。

综上所述，在本发明的数据处理系统及方法中，整个数据处理是由多个处理进程并行进行的，其中每一个进程对应遥测数据和试验载荷数据中的一个数据流，每一个进程还可以派生出多个线程。如此，可以保证同时服务多模态数据的解析处理，提高处理速率。另外，当某一个处理进程发生异常时，并不会影响其他处理进程，规避了数据处理单点风险。

此外，通过预先设计与各种数据格式相对应的预定配置，并根据预定配置来处理遥测数据和试验载荷数据，实现了无需修改数据处理方案即可满足新增数据流和处理方式需求的目的，自适应多模态数据处理和参试试验载荷数量变化。

此外，多用户设备可以根据各自需要从订阅服务器上订阅相应遥测数据和试验载荷数据，如此提供订阅分发服务，为试验载荷用户提供数据判读解决方案。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。