一种基于增量化模型的航天器遥测方法与流程

本发明属于航天器测控领域，涉及一种航天器的遥测方法，适用于航天器的遥测系统设计。
背景技术：
：航天器遥测系统是航天器的重要功能组成部分，包括遥测数据采集、存储、组织、调度、下传等功能。遥测系统在航天器领域有着重要的地位和作用，覆盖了航天器系统功能测试和在轨应用的全过程。因此，高效率、零差错的遥测系统设计方法是确保航天器系统测试和在轨运行安全、可靠的必要前提。“小卫星软件遥测方案及模块化设计方法”(量子电子学报，2004年第21卷第3期)提出基于模块化设计的遥测系统设计方法，在不必改变遥测组帧过程的前提下，通过改变遥测模式、帧长、增减遥测数据等提高遥测软件的可复用性。然而，该设计方案与特定型号的具体需求和结构紧密绑定，无法实现不同型号之间的代码复用，系统设计效率低；同时，遥测功能模块间的耦合度高，需求变化适应能力差，系统健壮性差。“一种基于构件的可重配置通用星载遥测软件设计”(航天器工程，2013年22卷4期)采用构件化方式设计遥测功能模块，设计了数据池构件、空间包构件、元素周期调度构件、虚拟信道构件和同步异步调度构件，可以实现软件构件在不同型号间的代码级复用。然而，上述构件所封装的主要是处理逻辑和算法，并不与具体的用户数据(如遥测参数表、遥测大纲等)绑定，在工程实施过程中，应用程序需要根据型号的具体需求进行修改。此外，目前我国各类航天器遥测信息采集的来源、采集遥测的种类和数量、遥测采集的方式、遥测信息组织下传的方法，都根据航天任务的差异而各有不同。大型复杂航天器的遥测参数多达成千上万个，在型号研制过程中，人工编写遥测参数相关的软件代码时，程序编写、测试验证工作量极大。由于缺乏与星载遥测软件构件设计相容的遥测设计模型，不同领域型号提供遥测系统设计输入的细化程度、方式、格式各有差异，需要设计人员反复沟通、吸收和转化，这些差异使得各个型号的遥测系统都需要专门定制开发，这种方式一方面降低了设计效率，另一方面，由于过程繁琐以及研制人员的疏忽又可能产生各类错误，包括遥测参数内容错误、遥测参数顺序(位置)错误、遥测参数修改不完全等。技术实现要素：本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于增量化模型的航天器遥测方法，实现了遥测系统拓扑设计、遥测包设计、遥测帧设计、遥测参数设计、遥测采集设计、遥测传输设计等解耦，确保了航天器遥测系统设计信息不重复、不遗漏，能够显著提高航天器遥测系统设计的效率和可靠性。本发明的技术解决方案是：一种基于增量化模型的航天器遥测方法，包括：(1)建立航天器增量化遥测设计模型，所述的航天器增量化遥测设计模型进一步包括数据系统体制模型、详细设计模型、系统集成模型；所述的数据系统体制模型包括：航天器拓扑配置子模型：包括终端名称、终端代号、终端地址；遥测传输帧结构子模型：包括同步头、主导头、插入域、数据域、差错控制域的排列方式和长度；遥测包头结构子模型：包括包版本号、包类型、副导头标识、应用过程标识、分组标识、包序列计数、包长度的排列方式和长度；虚拟信道规划子模型：包括虚拟信道名称、代号、数据域类型；数据包规划子模型：包括遥测数据包代号、名称、应用过程标识；所述的详细设计模型包括：硬通道遥测参数子模型：反映航天器单机硬件遥测设计状态，包括航天器单机硬件遥测参数的代号、名称、通道号、参数类型；总线遥测参数子模型：反映航天器分系统软件遥测设计状态，包括航天器各分系统终端通过总线传输的遥测数据包所包含的遥测参数列表，每个遥测参数包括代号、名称、位置、长度；系统级遥测参数子模型：反映航天器星务软件遥测设计状态，包括航天器星务软件遥测参数列表，每个遥测参数包括代号、名称、长度；所述的系统集成模型包括：数据采集协议子模型：每个终端上的遥测数据包传输协议，包括每个终端上的各遥测数据包名称、数据流向、通信地址、通信周期、数据长度；下行遥测数据包子模型：包括各下行遥测数据包所包含的遥测参数列表，包括代号、名称、数据长度；遥测数据包调度子模型：包括各类虚拟信道下的各类遥测模式所包含的遥测数据包代号和传输周期；虚拟信道传输子模型：包括各虚拟信道的传输帧、传输优先级；(2)依次完成数据系统体制模型、详细设计模型和系统集成模型的相关参数设计；(3)将参数设计后的数据系统体制模型转化为计算机可编译的航天器拓扑配置代码、遥测传输帧结构配置代码、遥测包头结构配置代码、虚拟信道规划配置代码、数据包规划配置代码；将参数设计后的详细设计模型转化为计算机可编译的硬遥测参数配置代码、总线遥测参数配置代码、系统级遥测参数配置代码；将参数设计后的系统集成模型转化为计算机可编译的数据采集协议配置代码、下行遥测数据包配置代码、遥测数据包调度配置代码、虚拟信道传输配置代码；(4)完成配置代码组合，为星载遥测软件构件提供配置代码；其中，航天器拓扑配置代码、数据采集协议配置代码共同形成数据采集配置代码，为数据采集构件提供运行接口数据；硬遥测参数配置代码、总线遥测参数配置代码、系统级遥测参数配置代码共同形成数据池配置代码，为数据池构件提供运行接口数据；数据包规划配置代码、遥测包头结构配置代码、下行遥测数据包配置代码共同形成遥测包配置代码，为遥测组包构件提供运行接口数据；遥测数据包调度配置代码为源包调度构件提供运行接口数据；遥测传输帧结构配置代码、虚拟信道规划配置代码共同形成虚拟信道配置代码，为虚拟信道组帧构件提供运行接口数据；虚拟信道规划配置代码、虚拟信道传输配置代码共同形成虚拟信道调度配置代码，为虚拟信道调度构件提供运行接口数据；遥测传输帧结构配置代码定义的下行遥测传输帧同步头常量，以及下行遥测帧差错控制编码算法枚举变量形成下行同步与校验配置代码，为全帧数据生成与传输构件提供运行接口数据；(5)星载软件的数据采集构件、数据池构件、遥测组包构件、源包调度构件、虚拟信道组帧构件、虚拟信道调度构件、全帧数据生成与传输构件读取相应的配置代码，完成航天器遥测数据采集、存储、检索、组包、调度、组帧、虚拟信道调度、遥测传输帧生成与传输。本发明与现有技术相比的优点在于：(1)本发明方法基于增量化的航天器遥测系统设计模型，将航天器遥测设计模型分解为数据系统体制模型、详细设计模型和系统集成模型，实现了遥测系统拓扑设计、遥测包设计、遥测帧设计、遥测参数设计、遥测采集设计、遥测传输设计的解耦，确保了航天器遥测系统设计信息不重复、不遗漏；(2)本发明方法将数据系统体制模型、详细设计模型和系统集成模型自动转化成星载遥测软件构件的配置代码，高效率、零差错地满足不同型号的使用需求，克服了人工编写成千上万个遥测参数采集、存储、组包、组帧、调度代码费时、费力的不足，并消除了人工编写代码导致的质量事故，显著降低了航天器的研制成本。附图说明图1为本发明方法的原理图；图2为本发明增量化航天器遥测设计模型的组成结构图；图3为本发明航天器遥测系统工作过程流程图。具体实施方式如图1所示，为本发明方法的原理图，主要步骤如下：步骤一，建立航天器增量化遥测设计模型，本发明中将航天器遥测设计模型分解为数据系统体制模型、详细设计模型、系统集成模型三个部分组成，确保航天器遥测系统的设计要素不重复、不遗漏。具体如图2所示。(1)数据系统体制模型包括：航天器拓扑配置子模型：包括终端(RemoteTerminal－RT)名称、终端代号、终端地址；遥测传输帧结构子模型：包括同步头、主导头(含版本号、航天器标识符(SCID)、虚拟信道标识符(VCID)、虚拟信道数据单元(VCDU)计数器、标志域)、插入域、数据域、差错控制域等参数的排列方式和长度；遥测包头结构子模型：包括包版本号、包类型、副导头标识、应用过程标识(APID)、分组标识、包序列计数、包长度等参数的排列方式和长度；虚拟信道规划子模型：包括虚拟信道名称、代号、数据域类型；数据包规划子模型：包括遥测数据包代号、名称、应用过程标识；(2)详细设计模型包括：硬通道遥测参数子模型：反映航天器单机硬件遥测设计状态，包括航天器单机硬件遥测参数的代号、名称、通道号、参数类型；总线遥测参数子模型：反映航天器分系统软件遥测设计状态，包括航天器各分系统终端通过总线传输的遥测数据包所包含的遥测参数列表，每个遥测参数包括代号、名称、位置、长度；系统级遥测参数设计：反映航天器星务软件遥测设计状态，包括航天器星务软件遥测参数列表，每个遥测参数包括代号、名称、长度；(3)系统集成模型包括：数据采集协议子模型：每个终端上的遥测数据包传输协议，包括每个终端上的各遥测数据包名称、数据流向、通信地址、通信周期、数据长度；下行遥测数据包子模型：包括各下行遥测数据包所包含的遥测参数列表，包括代号、名称、数据长度；遥测数据包调度子模型：包括各类虚拟信道下的各类遥测模式所包含的遥测数据包代号和传输周期；虚拟信道传输子模型：包括各虚拟信道的传输帧、传输优先级。步骤二，完成增量化遥测设计模型的实例化，依次完成数据系统体制模型、详细设计模型和系统集成模型的相关参数设计。首先，完成数据系统体制模型所包含的设计变量的实例化，实现航天器遥测顶层设计，包括航天器拓扑配置子模型、遥测传输帧结构子模型、遥测包结构子模型、虚拟信道规划子模型和数据包规划子模型设计参数的实例化；接着，完成详细设计模型所包含的设计变量的实例化，实现航天器遥测详细设计，包括硬通道遥测参数子模型、总线遥测参数子模型、系统级遥测参数子模型设计参数的实例化，每个遥测参数的设计要素包括遥测代号、遥测名称、遥测类型、遥测长度；最后，根据实例化的数据系统体制模型和详细设计模型的约束，完成系统集成模型所包含的设计变量的实例化，实现航天器遥测参数的采集、存储、组包、组帧、调度等，包括数据采集协议子模型、下行遥测数据包子模型、遥测数据包调度子模型、虚拟信道传输子模型设计参数的实例化。综上步骤，采用增量式实例化流程，自上而下地完成航天器遥测设计模型设计参数的实例化。步骤三：完成增量化遥测设计模型所对应的配置代码自主生成。将实例化的数据系统体制模型自动转化为计算机可编译的航天器拓扑配置代码、遥测传输帧结构配置代码、遥测包头结构配置代码、虚拟信道规划配置代码、数据包规划配置代码；将实例化的详细设计模型自动转化为计算机可编译的硬遥测参数配置代码、总线遥测参数配置代码、系统级遥测参数配置代码；将实例化的系统集成模型自动转化为计算机可编译的数据采集协议配置代码、下行遥测数据包配置代码、遥测数据包调度配置代码、虚拟信道传输配置代码。遥测设计模型转化为星载遥测软件构件配置代码的详细过程如下：1.数据系统体制模型(1)航天器拓扑配置子模型航天器拓扑配置子模型包含的设计参数如表1所示，其对应的航天器拓扑配置代码如下：enum{GPS＝0，KWY}；/*终端枚举变量*/intDEVICE_NUMBER＝KWY-GPS+1；/*终端个数变量*/intRT_ADD[]＝{13,17}；/*终端(RT)地址数组*/表1航天器拓扑配置子模型设计参数序号终端名称终端代号终端(RT)地址1导航接收机GPS132智能型控温仪KWY17(2)遥测传输帧结构子模型遥测传输帧结构子模型包含的设计参数如表2所示，其对应的遥测传输帧结构配置代码如下：表2遥测传输帧结构子模型设计参数序号设计参数变量代号设计值变量类型1帧版本号VERSION110进制2航天器标识SCID0x1016进制3传输帧数据域长度FRAME_DATA_LENGTH96210进制4遥测码速率TM_RATE500010进制5传输帧插入域长度INSERTION_LENGTH5010进制6差错控制域长度ERROR_CTRL_LENGTH210进制7帧同步码SYN_CODE0x1ACFFC1D16进制8差错控制域算法ERROR_CTRL_ALGCRC16枚举型(3)遥测包头结构子模型遥测包头结构子模型包含的设计参数如表3所示，其对应的遥测包头结构配置代码如下：表3遥测包头结构子模型设计参数(4)虚拟信道规划虚拟信道规划子模型包含的设计参数如表4所示，其对应的虚拟信道规划配置代码如下：表4虚拟信道规划子模型设计参数序号虚拟信道名称代号数据域类型1常规遥测VC1多路复接数据2延时遥测VC2位流数据3内存读出VC3位流数据4事件数据VC4位流数据5载荷数据VC5位流数据(5)数据包规划子模型数据包规划子模型包含的设计参数如表5所示，其对应的数据包规划配置代码如下：enum{PK01＝0；PK02＝1}；/*遥测数据包枚举变量*/intPK_NUMBER＝PK02-PK01+1；/*遥测数据包个数定义*/intAPID_ARRAY[]＝{17,29}；/*遥测数据包APID编码数组定义*/表5数据包规划子模型设计参数序号数据包代号数据包名称应用过程标识(APID)1PK01导航接收机速变遥测172PK02智能型控温仪遥测292.详细设计模型(1)硬通道遥测参数子模型硬通道遥测参数子模型所包含的设计参数如表6所示，包括硬通道遥测参数的代号、名称、采集该遥测参数的通道号、参数类型，其对应的硬遥测参数配置代码为：表6硬通道遥测参数子模型设计参数遥测参数代号遥测参数名称通道号参数类型TMC001应答机遥控码片锁定A1-AN01BLTMC002应答机载波锁定A1-AN02BLTMC003应答机测距码锁定A1-AN03BLTMC004应答机遥控PCM有效A1-AN04BLTMS020CTU时钟主备状态A1-AN05BLTMS021CTU自主切机状态A1-AN06BLTMS022CTU系统状态A1-AN07BLTMS023CTUPCM遥测状态A1-AN08BL(2)总线遥测参数子模型总线遥测参数子模型所包含的设计参数如表7、表8所示(以导航接收机、智能型控温仪两个分系统为例)，包括各终端通过总线传输的遥测数据包的遥测参数列表(包含代号、名称、位置、长度)，其对应的总线遥测参数配置代码为：表7导航接收机总线遥测设计参数遥测参数代号遥测参数名称长度(byte)TMC005定位数据16TMC006定轨数据16表8智能型控温仪总线遥测设计参数遥测参数代号遥测参数名称长度(byte)TMR001温度量12TMR002温度量22TMR003温度量32TMR004温度量42TMR005温度量52TMR006温度量62TMR007温度量72TMR008温度量82(3)系统级遥测参数子模型系统级遥测参数子模型所包含的设计参数如表9所示，包括系统级遥测参数列表(含遥测参数代号、名称、长度)，其对应的系统级遥测参数配置代码为：表9系统级遥测参数子模型设计参数遥测参数代号遥测参数名称长度(字节)TMS200接收遥控帧计数2TMS201上行遥控包计数2TMS202SMU执行遥控包计数23.系统集成模型(1)数据采集协议子模型数据采集协议子模型所包含的设计参数如表10所示，包括遥测数据包名称、数据流向、通信地址、通信周期、数据长度，其对应的数据采集协议配置代码为：表10数据采集协议子模型设计参数(2)下行遥测数据包子模型下行遥测数据包子模型所包含的设计参数如表11、表12所示(以测控链路状态数据包、智能型控温仪热敏电阻模块温度数据包为例)，包括下行遥测数据包所包含的遥测参数的代号、名称、长度和相对位置，其对应的配置代码为：表11测控链路状态数据包(PK01)设计参数表12智能型控温仪热敏电阻模块温度数据包(PK02)设计参数遥测参数代号遥测参数名称长度(byte)TMR001温度量12TMR002温度量22TMR003温度量32TMR004温度量42TMR005温度量52TMR006温度量62TMR007温度量72TMR008温度量82(3)遥测数据包调度子模型以虚拟信道VC1为例，遥测数据包调度子模型所包含的设计参数如表13所示，包括该虚拟信道传输的遥测数据包名称、代号、以及各个遥测模式下的传输周期，其对应的下行遥测数据包调度配置代码为：表13遥测数据包调度子模型设计参数(4)虚拟信道传输子模型虚拟信道传输子模型所包含的设计参数如表14所示，包括每种虚拟信道的传输数据帧、以及该虚拟信道的传输优先级，其对应的虚拟信道传输配置代码为：表14虚拟信道传输子模型设计参数序号虚拟信道代号传输帧优先级1VC1012VC21,2,343VC31,2,314VC41,2,325VC51,2,33步骤四：完成上述步骤所生成的配置代码组合，为星载遥测软件构件提供配置代码。航天器拓扑配置代码定义航天器终端枚举变量、终端个数变量、以及终端地址数组，数据采集协议配置代码定义航天器各个终端的数据采集协议数组变量，数组变量包括数据流向、通信地址、终端地址、通信周期、数据长度等，两者形成数据采集配置代码，为数据采集构件提供运行接口数据，数据采集构件轮询数据采集协议数组，按照规定的数据流向、终端地址、通信地址、通信周期采集相应长度的遥测数据，形成遥测数据池。硬遥测参数配置代码、总线遥测参数配置代码、系统级遥测参数配置代码定义航天器单机硬件遥测、航天器分系统软件遥测、航天器星务软件遥测所对应的索引枚举变量，以及该遥测参数的长度变量，三者形成数据池配置代码，为数据池构件提供运行接口数据，数据池构件据此实现航天器遥测参数的检索和提取。数据包规划配置代码定义遥测数据包个数、遥测数据包枚举变量、遥测数据包APID编码数组变量；遥测包头结构配置代码定义遥测包头数据结构和遥测包头常量，并完成遥测包头数据结构的初始化；下行遥测数据包配置代码定义遥测参数位对齐枚举变量，并依次定义遥测数据包的遥测参数组包配置数组，该数组包括遥测参数的枚举索引变量及遥测参数位对齐枚举变量，用于标识遥测数据包所包含的遥测参数在数据池中的起始位置和长度，三者形成遥测包配置代码，为遥测组包构件提供运行接口数据，遥测组包构件据此实现遥测包所含遥测参数提取、包头组织、计算包长度等功能，最终形成航天器各个遥测数据包。遥测数据包调度配置代码定义航天器遥测模式枚举变量、遥测模式个数、各遥测模式下的遥测数据包多路周期数组，并对各遥测模式下的遥测数据包多路周期数组变量初始化，源包调度构件据此实现各个遥测模式下的遥测源包调度。虚拟信道规划配置代码定义虚拟信道枚举变量、虚拟信道个数变量、虚拟信道数据域类型枚举变量、各虚拟信道数据域类型数组变量等，并完成各虚拟信道数据域类型数组变量初始化；遥测传输帧结构配置代码定义遥测帧头数据结构和遥测传输帧同步头常量，并完成遥测帧头数据结构初始化，两者形成虚拟信道配置代码，为虚拟信道组帧构件提供运行接口数据，虚拟信道组帧构件据此完成虚拟信道除数据域外的其他参数的编排。虚拟信道规划配置代码定义虚拟信道个数、虚拟信道枚举变量；虚拟信道传输配置代码根据虚拟信道个数定义虚拟信道传输状态数组，以虚拟信道枚举变量为索引，定义每个虚拟信道的传输帧信息和传输优先级，两者形成虚拟信道调度配置代码，为虚拟信道调度构件提供运行接口数据，虚拟信道调度构件据此完成虚拟信道传输调度。遥测传输帧结构配置代码定义下行遥测传输帧同步头常量，以及下行遥测帧差错控制编码算法枚举变量，两者形成下行同步与校验配置代码，为全帧数据生成与传输构件提供运行数据接口，全帧数据生成与传输构件据此为遥测数据帧增加下行同步码字，并生成遥测数据帧的差错控制码字，实现遥测传输帧可靠传输。自动生成配置代码组合后，为数据采集构件、数据池构件、遥测组包构件、源包调度构件、虚拟信道组帧构件、虚拟信道调度构件、全帧数据生成与传输构件提供运行参数，高效率、零差错地满足不同型号的使用需求。步骤五：星载软件遥测构件读取配置代码，完成航天器遥测数据采集、存储、检索、组包、调度、组帧、虚拟信道调度、全帧数据生成与传输。如图3所示为航天器遥测系统工作过程，星载遥测软件构件读取本方法自动生成的配置代码，完成航天器遥测数据采集、检索、组包、源包调度、虚拟信道组帧、虚拟信道调度、全帧数据生成与传输等，工作过程如下：(1)遥测数据采集数据采集构件读取数据采集配置代码，按照规定的采集频率从各个总线终端的子地址采集相应长度的遥测数据，形成遥测数据池。(2)遥测数据存储、检索和提取数据池构件根据数据池配置代码，对包括硬通道遥测参数、总线遥测参数、系统级遥测参数在内的所有遥测参数实现统一存储、检索和更新。(3)遥测源包提取遥测组包构件读取遥测包配置代码，实现遥测包所含遥测参数提取、包头组织、计算包长度等功能，生成各类遥测数据源包。(4)遥测源包调度源包调度构件读取遥测数据包调度配置代码，完成各类虚拟信道在当前遥测模式下的遥测源包调度，最终形成遥测虚拟信道的有效数据。(5)虚拟信道组帧虚拟信道组帧构件读取虚拟信道配置代码，形成航天器遥测数据帧，并将源包调度构件形成的虚拟信道有效数据填入到虚拟信道数据区中，形成虚拟信道数据帧。(6)虚拟信道调度虚拟信道调度构件读取虚拟信道调度配置代码，根据虚拟信道传输帧和传输优先级挑选下一个遥测传输帧，实现遥测数据的虚拟信道调度。(7)全帧数据生成与传输全帧数据生成与传输构件读取下行同步与校验配置代码，读取下行同步与校验配置代码，计算并生成插错控制代码，在遥测传输帧前、后分别增加帧同步头和差错控制码，实现遥测数据帧可靠传输。本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。当前第1页1 2 3