基于Ajax的VHF数据综合显示系统设计与实现

2013-06-13徐玉锋

无线电工程 2013年4期

钱良，徐玉锋

(中国卫星海上测控部，江苏江阴214431)

0 引言

船载天地超短波通信系统在设计时就加入了对主要设备的监控功能，并将监控数据记录到数据库中。监控数据包括设备状态和外部数据两部分，前者记录了设备各分系统的电压、频率和状态指示等数据;后者记录了外部引导数据和监控中心指令等数据［1］。但是系统的操作软件在查询相关数据时只以简单的表格形式显示，由于数据量巨大(单项数据每个圈次大约150条记录)，使用者根据监控数据难以迅速地判断出设备的工作状态，同时，监控所记录的数据为设备的原始数据，缺乏对数据的进一步处理，使用者必须自行对数据进行分析判断，效率低下，对使用者的工作经验也提出了较高的要求;另一方面，由于监控数据记录在VHF通信系统的监控计算机上，查询时也只能在该计算机上执行，查询时较为不便。

1 改造思路

目前VHF系统监控功能的不足，使其无法发挥出数据监控应有的作用，因此，需要加强数据查询功能，增加对数据的处理功能，有必要建立一套能够有效利用设备监控数据的系统，帮助岗位人员了解设备状态，做出正确的判断。

项目主要需要实现以下几个目标:①实现设备相关监控数据的网络化查询;②依据指标监视设备参数状态，出现异常则发出告警;③ 实现监控数据的图形化显示;④为日后接入试验任务IP网，预留通信接口;⑤具有较强的通用性，易于扩展，方便移植;⑥有效地利用网络带宽。

该系统的建立将有效地帮助岗位人员全面地掌握设备情况，迅速判断出VHF通信系统所处状态，并且能够实现对天地超短波通信系统设备状态的远程监视，便于技术专家远程监视设备状态，发现安全隐患，并根据状态参数做出诊断。系统所预留的通信接口也为其日后接入基地试验任务IP网打下了基础。

2 实现方案

2.1 系统连接关系

VHF数据综合显示系统主要用于对VHF天地超短波通信系统的伺服参数、设备状态数据等的远程监视。VHF天地超短波通信系统将监控数据发送到综合显示系统。综合显示系统对接收到的监控数据进行选择、处理，将其转化为XML数据，同时将实际数据与相应的指标进行对比，判断设备状态是否正常，若异常则发出告警。远程监控终端通过局域网访问综合显示系统，从而在其浏览器上通过柱状图、饼图、线图来监视VHF设备的状态。从而实现了对VHF天地超短波通信系统进行远程监视，提高了对设备的远程监视和诊断的能力，具体连接关系如图1所示。

图1 系统连接关系

2.2 系统结构组成

VHF数据综合显示系统分为数据源、中间层和显示层3个层次。数据源包含了VHF通信系统监控分系统所记录的设备监控数据;中间层主要完成对所需数据的选择和处理，生成符合规范的XML数据，其中的通信接口负责与外界进行通信［2，3］(如上报重要设备信息等);显示层包含了2个部分:用户界面和图形化显示，其中，图形化显示是本系统的重点和难点。系统层次结构如图2所示。

图2 系统层次关系

2.2.1 数据源

数据源层包括:伺服、发射机、接收机、保密机、复分接器和设备频率的监控数据，这些数据反映了VHF天地超短波通信系统的工作状态。各状态具体意义如下:

①伺服状态:伺服在各时间点的方位角、俯仰角、伺服操作方式(程序引导、数字引导、模拟引导、手动跟踪)和设备自检状态。

②发射机状态:发射机在各时间点的发射功率、反射功率、基带电平状态。

③接收机状态:接收机在各时间点的解扩锁定状态、解调锁定状态、中频放大电压值。

④保密机状态:保密机在各时间点的明话/密话状态、同步状态、主备用情况。

⑤复分接器状态:复分接器在各时间点的同步状态、飞船同步状态、主备用情况，一机和二机的工作状态。

⑥频率:各时间点的发射频率和本振频率。

数据源层负责根据用户的需求将相关的数据从数据库中提取出来。系统在实际使用中通过不同的参数进行数据的选择，主要参数包括:需要检查的设备、检查的项目和圈次。系统由这些参数生成对应的数据库查询语句，数据库查询语句在数据库执行后即返回对应的数据。

2.2.2 中间层

中间层负责将从数据源获得的数据进行处理，并按照制定好的格式填写到XML文件中，完成之后发往终端用户［4－6］。中间层使用了 Ajax技术，Ajax全称为“Asynchronous JavaScript and XML”(异步JavaScript和XML)，是一种创建交互式网页应用的网页开发技术［7］，是传统WEB应用程序的一个转变，Ajax应用可以仅向服务器发送并取回必需的数据，使得在服务器和浏览器之间交换的数据大量减少，结果就能使响应更加迅速，从而能够有效地节约网络带宽，在系统的数据传输过程中，所传内容主要是参数和XML数据，在获取数据之后，页面也仅对需要更新的部分进行更新，确保了数据交互的高效率。

中间层主要分为数据选择模块、数据处理模块、XML转换模块和通信接口模块。

①数据选择模块依据用户要求查看的设备，将相应的监控数据从数据源中选出，传递给数据处理模块。

②数据处理模块从数据选择模块接收相应的数据，并对数据进行处理，使其符合系统的要求，处理完毕后进行XML转换;数据处理模块还负责将实际监控数据与设备指标进行比对，以判断设备工作是否正常。

③XML转换模块。将处理后的数据依照事先制定的XML文档格式进行组织，使其符合XML文档的标准结构，处理完毕的XML数据即可在网络上正常传递。

④通信接口模块。通信接口用于本系统与外界进行通信，同样采用XML形式收发信息，信息可以根据需要进行定义，例如在设备参数发生异常时上报、接收文字消息等。

2.2.3 显示层

显示层用于完成通过Javascript代码按照XML文档内的设置将文档内的数据进行图形渲染，生成最终用户所需的PNG图像［8］。Javascript代码首先读取XML文档的选项部分，对图表初始化，之后依照数据部分的监控数据将图表内的点逐个在图表上描出，再将所有各点连接成曲线，形成最终的图像。

显示层包括用户界面模块和数据显示模块。

①用户界面模块是连接用户与系统的纽带，用于根据用户需求向上层功能模块发出相应的指令，例如查看某一设备状态。

②数据显示模块是本系统的开发重点，负责读取从中间层传递来的XML数据，并以图形的方式将其中的数据显示出来;数据显示模块还负责显示告警信息，以文字形式显示。

本系统采用B/S模式，图形编程在浏览器上通过Javascript来实现。Javascript代码通过操作＜canvas＞对象实现图形渲染，＜canvas＞是一个新的HTML元素，已经在HTML5.0标准中获得确认，主要用于矢量图绘制［9］。该对象可以渲染四边形、扇形和任意的多边形，因此显示层所做的就是将所要呈现的图像分解成以上这3种基本的图形。显示层需要显示3种图形:柱状图、饼图和线图。柱状图可分解为四边形，饼图分解为扇形，而线图实际为多边形，由此实现监控数据的图形化显示［10］。

2.3 系统实现过程

系统工作流程如图3所示。用户通过点击对应的按钮选择需要显示的设备监控数据，显示层的用户界面部分将相应的参数发往综合显示系统。综合显示系统将收到的参数进行处理，形成数据库查询语句，发往数据库。数据库将相应的数据返回给综合显示系统，并对这些数据进行处理。综合显示系统将处理完毕的数据按照事先编写的XML文档格式填写到XML文件中。将XML文件发送到用户计算机，交由浏览器解析。浏览器通过Javascript代码按照文档内的设置将XML文档内的数据进行图形渲染，生成最终用户所需的PNG图像。

图3 系统工作流程

3 系统使用结果分析

图4显示了伺服系统方位角、俯仰角的实际变化情况，以及数据引导方位角、俯仰角的变化情况，可以看到伺服的实际工作情况与引导数据之间仅存在微小差别，说明伺服系统工作正常。

图4 方位角、俯仰角曲线图

由伺服曲线图可知，伺服在开始跟踪和结束跟踪时角度变化缓慢，而在最高仰角时角度变化最为迅速，而仅通过表格形式是很难迅速做出这样的判断的。中放电压是体现接收机工作状态的一项重要指标，图5(a)显示了中放的电压值，图5(b)显示了对应时间中放电压以2 V为基准的电压值。在实战任务中，中放电压存在短时间的突跳，但持续时间很短，不影响系统的正常工作。若持续时间过长，则应对设备进行检修。