某机载遥测原始数据处理软件设计与实现

陈建行，张亚秒，邹 杨

（中国洛阳电子装备试验中心，济源河南459000）

1 引言

某型机载遥测遥控系统主要为机载站与地面指控中心提供上下通信传输链路，实现机载站与地面指控中心的试验数据、调度语音、图像等的上下传输，保障试验任务按计划顺利开展。随着试验任务的不断拓展，现有系统软件存在的功能缺陷逐渐显现。在赴外执行任务时，由于不具备将机载数据实时传输至地面指控中心的条件，则需要将遥测原始数据进行存储，以便事后对所需数据进行解析处理。然而，目前地面指挥部和遥测遥控系统本身不具备将遥测原始数据进行后期处理与解析的能力，导致存储的大量遥测原始数据失去了意义，对试验任务造成难以估量的影响。因此，为进一步拓展遥测遥控系统的功能，有效地提高任务保障能力，有必要设计开发一套机载遥测原始数据事后解析与处理软件，以实现对存储的遥测原始数据的事后解析与处理[1]。

2 遥测存盘文件分析

2.1 遥测系统工作原理概述

遥测系统组成如图1所示，整个遥测系统分为机载部分和地面站两部分。机载部分主要由机载传感器、采编器、S频段上变频器、遥测发射机和遥测天线组成。地面站部分主要由遥测天线、天伺馈分系统、射频耦合网络、S频段下变频器、遥测接收解调终端、监控计算机、GPS/北斗天线、GPS/北斗授时仪和时码器组成。

图1 遥测系统组成图

遥测系统的工作原理是：机上采编器采集各个传感器测量到的物理量并将其编码按照约定的格式打包发送给遥测发射机，转换为射频信号，经遥测天线发射下传。地面站遥测天线接收由机上发射的遥测信号，随后经天伺馈分系统、射频耦合网络，由S频段下变频器将信号变为70MHz的中频信号，再由遥测接收解调终端将从中频信号中解调出的遥测数据通过监控计算机发送给地面指控中心。

时码器接收GPS/北斗授时仪送来的IRIG-B（DC）型时码，解调出时间信息，馈给遥测接收解调终端和监控计算机，提供时间基准信号是。存盘并发送给地面指控中心的遥测数据中的时间均由时码器所提供。

2.2 遥测数据存盘格式

遥测数据处理软件系统主要包括计算机网络系统架构和网络完全防护系统的构建。计算机网络系统主要由监控系统、数据处理服务器、网络交换机等设备组成。其中监控系统计算机采用双网卡接口，一个接口接入地面指挥所交换机，一个接口接入数据处理服务器交换机，不仅实现遥测数据处理显示系统与地面指挥所的间接隔离，而且实现同时将数据传输至地面指挥所与遥测站数据处理服务器。网络完全防护系统主要由硬件防火墙和路由交换机组成，主要实现指挥所系统与遥测站的物理隔离安全防护。遥测数据软件处理系统结构图如图2所示。

图2 遥测数据处理系统

遥测存盘任务由管理主任务启动和停止，完成遥测数据的实时存储功能。存盘任务被启动后，响应来自硬件的中断信号，进行相应的中断处理，并创建中断服务例程，进行存盘处理。同时，检测键盘输入信息，调用不同的功能模块。存盘操作是通过发送信息给存盘任务完成的。主任务可以从网络任务输入缓冲区中读取信息。遥测数据采用双流最高可达2Mbit/s×2的实时存盘，其存盘文件的数据是以子帧为单位连续存放的，存储结构为：首先是文件头格式，然后依次为第一帧、第二帧、第三帧等。每帧前插入3个时码字（6Byte）和一个副帧记数字SFC，子帧同步码组位于数据区域的末端。

2.3 遥测数据帧结构分析

遥测信息的传输要经过空间链路，使遥测系统具有开放性的特征。在国际测控合作中，遥测信息要经过由航天器、射频链路、地面站、地面通信线路和任务控制中心所构成的空间数据系统，借助他国测控资源扩大自身测控范围和能力，但也使遥测信息面临更复杂的环境。信息编码就是给已知信息组按预定规则添加监督码元，以构成码字，通过飞行试验时保存下来的数据，可以再现数据显示和航迹显示。程序首先从存盘数据文件中读取遥测子帧数据，存盘数据即可软件界面上进行显示下传数据处理结果如图3所示。

图3 遥测数据处理界面

遥测数据帧结构确定了由信息元到监督元的规则，由于所有码字都按统一规则确定，因此这种编码方法也称为一致监督编码。

遥测数据的存储情况可简略地按图4来说明。图中每一行存放一个遥测子帧，副帧长XX表示一个完整的副帧包含XX个子帧。帧码组代表一个完整子帧数据的结束。副帧计数字共计计数XX次，以后循环出现。

图4 遥测数据存储结构图

3 遥测数据处理

3.1 关于时码字的解析

传送帧数据分布在传送帧主导头或传送帧副导头之后。传送帧数据包含下行链路信道传输数据，并由整数个字节组成，数据长度由整个传送帧的长度所限。在没有足够的数据包来填充传送帧数据的情况下，将传输一个只含有空闲数据的时码字，时码字指明指令控制的内容，比如第一个子帧的时码字为：22 11 48 03 C8 8C。一个完整的时码字共6字节，存储方式为两个字节一组，低位在前高位在后。比如字节号分别为 2、1、4、3、6、5，则时码字分别为 22、11、48、03、C8、8C。时码字的第 1、2 字节1122H 转换为二进制0001 0001 0010 0010。具体运算为：1×100 ms+1×10 ms+2×1 ms+2×0.1ms=221.2ms。时码字的第3、4字节0348H 转换为二进制 0000 0011 0100 1000。具体运算为：0×10min+3×1min=3min;4×10s+8×1s=48s。时码字的第 5、6 字节8CC8H转换为二进制1000 1100 1100 1000 1000 1100 1100 1000。具体运算为：2×100d+3×10d+3×1d=233d（意即2000年8月21日是2000年的第 233天）；0×10h+8×1h=8h。所以这个时码字代表的时间为第233天8时3分48秒221.2毫秒。

3.2 遥测数据解析方法

遥测数据指令、数据的格式一般由前导、地址同步字、指令码、数据和结束字等组成。遥测指令设计一定要适应传输要求，其帧序列和同步字是传输信道所必须的信息。遥测指令的发送通常采用突发形式，所以，遥测流程一般是先发载波，使接收端有足够的载波捕获时间，然后再发指令。遥测数据处理的计算公式取决于各参数的取值，处理曲线为Y=X+ab，Y表示被测参数物理量数值，X表示遥测分层值。

以某机载平台燃油给定流量与总压比(V)为例说明计算方法。遥测值为7E（十六进制）转换为十进制为126，即X=126。通过查表可知处理系数a=-0.05，b=6.5。因此根据处理曲线公式Y=X+ab，计算燃油给定流量与总压比的遥测值为0.2V。其它参数计算方法依次类推。

4 处理软件的设计与实现

在试验任务的执行过程中，地面站首先存储机载遥测原始数据。由用户选取打开遥测存盘数据文件，并设置T0（开始时刻）。拖动滑动条来选取遥测数据的处理开始时刻，点击开始处理按钮来进行处理[2-6]。程序首先从数据文件中读取遥测子帧数据至数据缓冲区，同时启动定时器（定时读取、处理存盘数据），然后程序读取在Access数据库中的处理曲线系数并计算各遥测参数值，将计算结果存盘在软件界面上进行显示[7-8]。处理程序的运行界面如图5、图6所示。

图5 数据处理流程

图6 软件工作界面

处理软件转换结果的输出格式为CSV格式，存盘数据包含时间（时：分：秒）、经度（度）、纬度（度）、高度（米）、速度（米/秒）、方位角（度）、俯仰角（度）、斜距离（米）、大地坐标系（X、Y、Z）等信息。系统工作时的重要参数采用内存文件方式存储，系统退出时采用二进制文件方式存储。根据软件测试说明文档，对应用软件进行模拟测试和真实环境测试，软件的每一项功能均采用菜单或快捷键调用且对应一个窗口完成，软件操作简单易用，同时具备接口收发数据显示功能。

5 结束语

从任务实际需求出发，研究分析了机载遥测原始数据的帧结构，设计开发了一套机载遥测原始数据事后解析与处理软件，以实现对存储的机载遥测原始数据事后解析与处理，进一步拓展了遥测遥控系统地面站的功能。软件设计交互操作画面提供转换进度显示，支持暂停、中止等控制，并具有较强的易操作性和可移植性。目前，该软件设计已初步完成，并在模拟训练任务中验证了功能模块划分和处理流程的合理性。其在更复杂环境下的工作表现还有待在实际任务保障训练中做更进一步的验证[9-10]。