衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計論文

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1系統(tǒng)總體設(shè)計過程控制

1．1系統(tǒng)應(yīng)用框架設(shè)計過程

基于遙測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需求，必須有一個數(shù)據(jù)系統(tǒng)中心，以數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)的形式保存和處理相關(guān)用戶需求，對外的數(shù)據(jù)用戶主要包括綜合測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)比對用戶、辦公室數(shù)據(jù)分析用戶、技術(shù)實驗室數(shù)據(jù)驗證用戶以及其它現(xiàn)場數(shù)據(jù)用戶，因此，基于虛擬平臺的衛(wèi)星數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)。

1．2虛擬數(shù)據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于上文中虛擬平臺的衛(wèi)星數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用系統(tǒng)框架，本文設(shè)計了基于虛擬平臺的衛(wèi)星數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)共包含7個方面的內(nèi)容，分別為：衛(wèi)星數(shù)據(jù)設(shè)計中心、數(shù)據(jù)管理控制中心、數(shù)據(jù)判讀中心、測試數(shù)據(jù)中心、仿真數(shù)據(jù)中心、遠程數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)應(yīng)用中心。衛(wèi)星數(shù)據(jù)設(shè)計中心基礎(chǔ)應(yīng)用層面進行數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用的配置設(shè)計，為管理中心提供數(shù)據(jù)管理基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)管理中心對全壽命周期數(shù)據(jù)進行管理和存儲，并對外提供數(shù)據(jù)服務(wù)。數(shù)據(jù)判讀中心對衛(wèi)星研制過程中產(chǎn)生的重要數(shù)據(jù)進行實時自動判讀，并提供報警服務(wù)。測試數(shù)據(jù)中心是對衛(wèi)星地面測試時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)提供監(jiān)視、判讀與訂閱服務(wù)的數(shù)據(jù)中心。仿真數(shù)據(jù)中心是衛(wèi)星研制任務(wù)仿真驗證中心驗證的衛(wèi)星任務(wù)、接口以及指標(biāo)相關(guān)的衛(wèi)星驗證數(shù)據(jù)，為衛(wèi)星研制提供數(shù)據(jù)支持。遠程數(shù)據(jù)中心是衛(wèi)星研制過程中外場測試、聯(lián)試以及發(fā)射場等產(chǎn)生的外部數(shù)據(jù)，通過遠程網(wǎng)絡(luò)進行傳輸入庫，保證全壽命周期數(shù)據(jù)的得到存儲。數(shù)據(jù)應(yīng)用中心主要對外部數(shù)據(jù)用戶開發(fā)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)應(yīng)用軟件，包括監(jiān)視、統(tǒng)計以及相關(guān)查詢分析軟件。

2數(shù)據(jù)系統(tǒng)單元設(shè)計控制

2．1衛(wèi)星數(shù)據(jù)設(shè)計中心

衛(wèi)星全壽命周期數(shù)據(jù)程設(shè)計中心，主要是在衛(wèi)星整星論證準(zhǔn)備前期階段，建立衛(wèi)星全壽命周期數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)模型，規(guī)劃全壽命周期數(shù)據(jù)。系統(tǒng)以被設(shè)計衛(wèi)星的功能模型為核心，通過建模工具，建立被設(shè)計衛(wèi)星數(shù)據(jù)模型，通過該數(shù)據(jù)模型能夠用系統(tǒng)性的工具將設(shè)計的數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，進行錄入，自動生成應(yīng)用指令序列，送交設(shè)計執(zhí)行和判讀系統(tǒng)開展工作。系統(tǒng)總的功能結(jié)構(gòu)劃分。衛(wèi)星數(shù)據(jù)設(shè)計中心完成衛(wèi)星研制前期的功能項目設(shè)計與測試設(shè)計流程規(guī)劃，共需研發(fā)3個軟件，分別包括型號狀態(tài)配置工具軟件、系統(tǒng)管理軟件、系統(tǒng)數(shù)據(jù)設(shè)計軟件。

2．2數(shù)據(jù)管理與控制中心

衛(wèi)星全壽命周期數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫管理編輯軟件作為參數(shù)、指令以及應(yīng)用管理配置的重要的管理軟件，是衛(wèi)星全壽命周期數(shù)據(jù)系統(tǒng)建設(shè)中的重要核心系統(tǒng)。該項目是在現(xiàn)有衛(wèi)星地面測試系統(tǒng)上建立一個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，作為衛(wèi)星數(shù)據(jù)配置信息的統(tǒng)一存儲地。同時開發(fā)出對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫進行管理的系統(tǒng)，以適應(yīng)衛(wèi)星數(shù)據(jù)多用戶、長期、需求的實際情況，逐步實現(xiàn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用流程信息化、設(shè)計過程自動化，充分利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源，提高衛(wèi)星研制的效率和質(zhì)量。

2．3數(shù)據(jù)判讀中心

智能判讀技術(shù)對衛(wèi)星在設(shè)計過程和驗證過程中產(chǎn)生的大量實時、歷史遙測數(shù)據(jù)進行處理，分析衛(wèi)星海量參數(shù)信息的內(nèi)在聯(lián)系、變化規(guī)律，以及這些變化關(guān)系與衛(wèi)星健康狀態(tài)、工作狀態(tài)之間的關(guān)系，從而生成與故障診斷需要的故障模式、故障診斷模型。設(shè)計過程中，故障診斷服務(wù)器接收衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)，根據(jù)衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)、故障模式以及故障診斷模式信息，判斷衛(wèi)星目前所處的狀態(tài)，診斷故障機理，并將診斷結(jié)果、應(yīng)急處理信息發(fā)送給多星數(shù)據(jù)管理中心管理員，給地面分析人員提出指導(dǎo)性建議，盡快將衛(wèi)星從故障狀態(tài)恢復(fù)成正常狀態(tài)。

2．4測試數(shù)據(jù)中心

測試系統(tǒng)的MTP接收控制臺指令發(fā)送請求，并對照配置信息核對后將遙控指令數(shù)據(jù)發(fā)送到遙控前端，由前端再經(jīng)測控分系統(tǒng)將完整的遙控幀數(shù)據(jù)通過無線信道發(fā)送到星上。MTP接收遙測前端的遙測幀數(shù)據(jù)，并進行解析，廣播完整幀數(shù)據(jù)，并接收對外的包數(shù)據(jù)、參數(shù)處理結(jié)果的訂閱服務(wù)，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器接收綜合測試局域網(wǎng)上UDP廣播幀數(shù)據(jù)，解析幀、包、參數(shù)數(shù)據(jù)，并實時入庫，對外提供實時數(shù)據(jù)訂閱監(jiān)視、歷史數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計、曲線顯示功能。

2．5仿真數(shù)據(jù)中心

仿真系統(tǒng)是衛(wèi)星研制過程不可缺少的技術(shù)驗證手段。衛(wèi)星平臺虛擬仿真測試系統(tǒng)具有兩種系統(tǒng)仿真模式：全數(shù)字仿真模式和半物理仿真模式。全數(shù)字仿真環(huán)境作為整個仿真系統(tǒng)任務(wù)配置和調(diào)度的核心，負(fù)責(zé)對仿真任務(wù)的配置和加載與仿真型號對應(yīng)的仿真軟件和星載飛行程序，負(fù)責(zé)仿真場景的設(shè)置、仿真過程的控制及提供仿真數(shù)據(jù)的顯示；半物理仿真環(huán)境下，由星務(wù)主機半物理仿真設(shè)備完成星務(wù)的仿真任務(wù)，仿真系統(tǒng)作為星務(wù)主機的遙測遙控前端，與其他分系統(tǒng)全數(shù)字仿真或半物理仿真系統(tǒng)一起配合運行完成星務(wù)半物理仿真任務(wù)、姿軌控半物理或其他分系統(tǒng)的仿真任務(wù)。

2．6遠程數(shù)據(jù)中心

衛(wèi)星遠程數(shù)據(jù)中心實時接收處理發(fā)射場區(qū)、在軌等外場區(qū)衛(wèi)星數(shù)據(jù)、調(diào)度信息、視頻等信息，對衛(wèi)星狀態(tài)進行實時監(jiān)視分析。建立以遠程數(shù)據(jù)控制為主、北京遠程支持為輔的遠程數(shù)據(jù)共享與監(jiān)視模式，將外場現(xiàn)場下行遙測數(shù)據(jù)源碼、遙控指令執(zhí)行信息和視頻采集數(shù)據(jù)實時傳回北京，支持專家和型號設(shè)計師、測試人員實時進行數(shù)據(jù)判讀，遠程監(jiān)視外場的技術(shù)進展，遠程支持、參與外場的技術(shù)狀態(tài)分析、異常問題分析以及故障處理，提高設(shè)計師和測試人員的并行工作效率。

3通訊協(xié)議設(shè)計控制

3．1以太網(wǎng)通信接

該接口負(fù)責(zé)按照接口協(xié)議進行整個遙測管理與應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。此通信協(xié)議是一個廣域網(wǎng)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)協(xié)議，適用此系統(tǒng)內(nèi)部7個系統(tǒng)模塊內(nèi)部的通信，還適用系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的協(xié)議，也適用仿真測試系統(tǒng)全數(shù)字仿真部分。

3．2CAN通信接口

此協(xié)議適用于半物理仿真部分的半物理設(shè)備間的協(xié)議。在小衛(wèi)星的半物理仿真方式下，各仿真分系統(tǒng)與星務(wù)主機的通訊通過接口轉(zhuǎn)換計算機采用小衛(wèi)星CAN總線通訊協(xié)議進行信。接口轉(zhuǎn)換計算機采用標(biāo)準(zhǔn)19英寸4U機箱1臺，機箱內(nèi)安裝1塊電源控制板卡、4塊下位機仿真板卡和1塊星務(wù)主機仿真板卡。

4設(shè)計過程基線控制

4．1設(shè)計基線確立過程控制

基線在配置管理計劃中規(guī)劃，在指定里程碑處創(chuàng)建，并與項目中的里程碑保持同步，每個基線都將接受配置管理的嚴(yán)格控制。設(shè)計基線是軟件開發(fā)過程中的一些關(guān)鍵時間節(jié)點，便于檢查和確認(rèn)設(shè)計階段的開發(fā)成果，同時也有利于變更控制，設(shè)計基線的確定過程如圖5所示?；€是下一步開發(fā)和修改的基準(zhǔn)和出發(fā)點。有了設(shè)計基線的規(guī)定后，就可以禁止跨越里程碑去修改設(shè)計階段“已凍結(jié)”的工作成果。作為設(shè)計階段的產(chǎn)品線應(yīng)是穩(wěn)定的，設(shè)計基線的規(guī)格說明應(yīng)該是通過評審的，對基線的修改將嚴(yán)格按照變更控制要求進行。

4．2設(shè)計基線變更過程控制

設(shè)計變更控制是通過創(chuàng)建產(chǎn)品基線，在整個軟件生命周期中對軟件變化進行控制。變更控制的主要目的是創(chuàng)建一套控制軟件修改的機制，保證生產(chǎn)符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的軟件，同時保證在同一版本中的各元素可以正常工作，以確定在變更控制過程中控制什么、如何控制、誰控制變更、何時接受變更、批準(zhǔn)和測試。

5結(jié)論

衛(wèi)星全壽命周期數(shù)據(jù)應(yīng)用已經(jīng)被越來越多的專家重視。本文在全壽命周期數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計過程中應(yīng)用軟件的開發(fā)過程控制管理，旨在提高軟件的開發(fā)效率。研究了航天衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計過程的基本框架，本文以模塊化化設(shè)計的理念，分析了衛(wèi)星數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的系統(tǒng)框架、模塊和功能結(jié)構(gòu)，為保證設(shè)計過程有序，最后對系統(tǒng)設(shè)計過程的基線確定和基線變更給出了分析。

作者：劉海芳 單位：中國空間技術(shù)研究院