CN105187117B - 一种卫星遥测解码系统 - Google Patents

Abstract

一种卫星遥测解码系统，包括基本数据配置模块、配置初始化模块、数据源适配管理模块、遥测预处理管理模块、解码调度管理模块、算法库管理模块和遥测输出模块，数据源适配管理模块内置多种外接数据源转化接口，并支持拓展，可以把任意标准格式数据转化成系统定义遥测帧数据，自动适配与各种卫星地面接收设备对接；预处理管理模块内置多种遥测类型的解码机制，通过卫星基本配置设置可以灵活的支持多种类型的卫星解码；解码调度管理模块内置线程池机制，多线程并发处理遥测解码有效的加大了解码效率；可配置的卫星基本信息和可拓展算法库使得本发明可以直接复制使用，大大的节省了人力、物力资源。

Description

一种卫星遥测解码系统

技术领域

本发明涉及一种解码系统，特别是一种卫星遥测解码系统，属于卫星遥测解码领域。

背景技术

当前我国卫星发射数量逐年增加，卫星种类也日渐丰富，遥测解码作为地面了解和监视卫星功能与运行状态的必要手段，理所当然应该赶上时代步伐在适用上和效率上做出贡献。

由于卫星功能多样性，导致下传遥测格式和遥测参数波道也不尽不同，相应的地面卫星遥测解码也必须适应这种变化。目前遥测解码基本是一颗星或一个系列星采用一套解码方案，解码系统通过固定接口接受外部解码数据源，解码程序依据遥测参数的位置定义依次从数据源提出数据，之后根据遥测参数的计算方法循序执行解出遥测参数值。这种方式是目前普遍使用的方式，它与卫星特征高度耦合，即使遥测参数算法改变都可能需要重新修改代码，此外，现有的解码系统均只支持一种解码方式，无法在帧遥测和包遥测之间进行切换，这种方式不易于解码系统的移植和通用，而且内部逻辑串行处理对解码效率会产生一定影响，由此必然带来卫星的运营成本增加和解码复杂度，亟需一种自动识别卫星遥测格式并且能够高效率的解析遥测参数的方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种卫星遥测解码系统，数据源适配管理模块内置多种外接数据源转化接口，并支持拓展，可以把任意标准格式数据转化成系统定义遥测帧数据，自动适配与各种卫星地面接收设备对接；预处理管理模块内置多种遥测类型的解码机制，通过卫星基本配置设置可以灵活的支持多种类型的卫星解码；解码调度管理模块内置线程池机制，多线程并发处理遥测解码有效的加大了解码效率；可配置的卫星基本信息和可拓展算法库使得本发明可以直接复制使用，大大的节省了人力、物力资源。

本发明的技术解决方案是：一种卫星遥测解码系统，包括基本数据配置模块、配置初始化模块、数据源适配管理模块、遥测预处理管理模块、解码调度管理模块、算法库管理模块和遥测输出模块；

所述基本数据配置模块根据卫星设计文档配置卫星特征信息、遥测块特征信息和遥测参数特征信息；所述卫星特征信息包括卫星平台号、卫星编号、卫星遥测类型、遥测格式、遥测帧长度、遥测帧计数系数、遥测帧计数和数据源类型；遥测块特征信息包括遥测帧编号、块偏移和块长度；遥测参数特征信息包括遥测块标示、遥测参数信息和算法库系数，所述遥测帧计数系数为遥测帧计数在遥测帧中的位置信息，所述数据源类型包括CRT、422、CAN和1553B；所述遥测参数信息为各遥测块的数据所对应的遥测参数；所述遥测帧编号为遥测块在遥测格式所规定一组遥测帧中的帧计数；

所述配置初始化模块在基本数据配置模块完成信息配置后，加载系统运行环境，确定遥测类型和遥测格式，初始化数据源适配管理模块、遥测预处理管理模块、解码调度管理模块、算法库管理模块和遥测输出模块；

所述数据源适配管理模块接收外部数据源，根据基本数据配置模块配置的数据源类型，对配置类型的数据源进行数据转换后形成格式原码帧，并发送给遥测预处理管理模块；所述格式原码帧是长度为遥测帧长度且低字节在前高字节在后的二进制数据流；

所述遥测预处理管理模块根据卫星特征信息、遥测块特征信息和遥测参数特征信息对数据源适配管理模块传递的格式原码帧数据进行处理，提取遥测帧编号，完成遥测帧的定位和分割，并将分割后的遥测块数据发送给解码调度管理模块；

所述解码调度管理模块接收到遥测预处理管理模块发送的分割后的遥测块数据后进行多线程解码，并将解码后的遥测数据发送给遥测输出模块；

所述算法库管理模块包括动态库形式的原码值算法、校准值算法和工程值算法，所述原码值算法、校准值算法和工程值算法被解码调度管理模块中线程调用，完成遥测数据的解码；

所述遥测输出模块接收解码调度管理模块输出的解码后的遥测数据，并将遥测数据按照预定的格式发送到数据需求端。

所述卫星遥测类型包括帧遥测和包遥测。

所述遥测参数信息包括遥测参数在遥测帧中的位置信息和遥测数据处理信息，其数据结构定义为：遥测参数编号ParamCode；遥测参数名称ParamName；遥测块标示BlockID；遥测分系统SubSystem；字节偏移ByteStart；字节长度ByteLen；比特偏移BitStart；比特长度BitLen；合并系数UnionParam；条件系数Condition；原码系数RawRate；校准系数AdjustRate；工程值系数ExpressRate；原码值Raw；校准值Adjust；工程值Express；所述合并系数UnionParam为遥测参数在遥测帧中的位置不相邻时遥测参数的位置信息；所述条件系数Condition为波道复用时遥测参数的位置信息；所述原码系数RawRate用于提取原码值Raw对遥测数据进行解码；所述校准系数AdjustRate用于提取校准值Adjust对遥测数据进行解码；所述工程值系数ExpressRate用于提取工程值Express对遥测数据进行解码。

所述遥测帧的分割具体为：依据基本数据配置模块配置的块偏移和块长度将定位的遥测帧分割成多个遥测块。

所述解码调度管理模块接收到遥测预处理管理模块发送的分割后的遥测块数据后进行多线程解码，具体为：解码调度管理模块内部的线程池自动分配与遥测块数量相等的执行线程，并发送启动信号量，执行线程收到启动信号量后调用算法库管理模块中的算法完成遥测数据的解码，所有遥测块解码完成后解码调度管理模块发送完成信号量。

所述解码后的遥测数据包括遥测数据的原码值、校准值和工程值。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

(1)本发明中的系统对解码的数据源做了自适配处理，内置了包括CRT、422、CAN、1553B等格式并支持拓展，灵活实现不同的应用环境需求；

(2)本发明中的系统内置多种遥测类型的解码机制，通过卫星基本配置设置可以灵活的支持多种类型的卫星解码；

(3)本发明中的系统在解码时运用线程池机制，对格式原码帧数据分割成多个遥测块并并行的解码遥测块，成倍提高了解码的执行效率；

(4)本发明中的可配置基本信息和可拓展方法库使得本发明可以直接移植复制使用，有效的节省了人力、物力资源。

附图说明

图1为本发明的系统框图；

图2为本发明的遥测参数定义图；

图3为本发明的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述。

本发明的系统框图如图1所示，包括基本数据配置模块、配置初始化模块、数据源适配管理模块、遥测预处理管理模块、解码调度管理模块、算法库管理模块和遥测输出模块；

所述基本数据配置模块根据卫星设计文档配置卫星特征信息、遥测块特征信息和遥测参数特征信息；所述卫星特征信息包括卫星平台号(小卫星、资源、东三等)、卫星编号、卫星遥测类型(包括帧遥测和包遥测)、遥测格式、遥测帧长度、遥测帧计数系数、遥测帧计数和数据源类型；遥测块特征信息包括遥测帧编号、块偏移和块长度；遥测参数特征信息包括遥测块标示、遥测参数信息和算法库系数，所述遥测帧计数系数为遥测帧计数在遥测帧中的位置信息，所述数据源类型包括CRT、422、CAN和1553B；所述遥测参数信息为各遥测块的数据所对应的遥测参数；所述遥测帧编号为遥测块在遥测格式所规定一组遥测帧中的帧计数；遥测参数信息包括遥测参数在遥测帧中的位置信息和遥测数据处理信息，其数据结构定义为：遥测参数编号ParamCode；遥测参数名称ParamName；遥测块标示BlockID；遥测分系统SubSystem；字节偏移ByteStart；字节长度ByteLen；比特偏移BitStart；比特长度BitLen；合并系数UnionParam；条件系数Condition；原码系数RawRate；校准系数AdjustRate；工程值系数ExpressRate；原码值Raw；校准值Adjust；工程值Express；所述合并系数UnionParam为遥测参数在遥测帧中的位置不相邻时遥测参数的位置信息；所述条件系数Condition为波道复用时遥测参数的位置信息；所述原码系数RawRate用于提取原码值Raw对遥测数据进行解码；所述校准系数AdjustRate用于提取校准值Adjust对遥测数据进行解码；所述工程值系数ExpressRate用于提取工程值Express对遥测数据进行解码。

所述配置初始化模块在基本数据配置模块完成信息配置后，加载系统运行环境，确定遥测类型和遥测格式，初始化数据源适配管理模块、遥测预处理管理模块、解码调度管理模块、算法库管理模块和遥测输出模块；

所述数据源适配管理模块接收外部数据源，根据基本数据配置模块配置的数据源类型，对配置类型的数据源进行数据转换后形成格式原码帧，并发送给遥测预处理管理模块；所述格式原码帧是长度为遥测帧长度且低字节在前高字节在后的二进制数据流；本模块内置多种数据源转换(包括CRT、422、CAN、1553B等)，每个数据源转换封装成dll库，并支持数据源类型拓展。

所述遥测预处理管理模块根据卫星特征信息、遥测块特征信息和遥测参数特征信息对数据源适配管理模块传递的格式原码帧数据进行处理，提取遥测帧编号，完成遥测帧的定位和分割，并将分割后的遥测块数据发送给解码调度管理模块；所述分割依据基本数据配置模块配置的块偏移和块长度将定位的遥测帧分割成多个遥测块，由此数据块并行处理可以成倍加大遥测解码的处理速度。

所述解码调度管理模块是解码速率提升的关键模块，解码调度管理模块接收到遥测预处理管理模块发送的分割后的遥测块数据后进行多线程解码，并将解码后的遥测数据发送给遥测输出模块；具体为：解码调度管理模块内部的线程池自动分配与遥测块数量相等的执行线程，并发送启动信号量，执行线程收到启动信号量后调用算法库管理模块中的算法完成遥测数据的解码，所有遥测块解码完成后解码调度管理模块发送完成信号量。收集所有遥测块完成信号量就完成了一帧格式原码帧数据解码，多线程并行执行成倍提高了遥测解码速率

所述算法库管理模块包括动态库形式的原码值算法、校准值算法和工程值算法，所述原码值算法、校准值算法和工程值算法被解码调度管理模块中线程调用，完成遥测数据的解码；

算法库管理模块，由解码调度管理模块中的执行线程调用，算法库类型包含原码值算法、校准值算法、工程值算法，每种算法都以动态库(dll)形式挂载到系统中，每种库类型都有与其对应的类型库管理单元负责管理其下面的具体算法库(dll)。类型库管理单元在配置初始化模块中被加载，等待对遥测参数的计算；执行线程调用算法库遵循一定的执行循序规范即：先算原码值、再算校准值、最后工程值，如此就逐步运算得到最终的遥测参数物理量(工程值)，最后把遥测参数物理量以及相关中间数据汇总发出就完成整个解码过程。

所述遥测输出模块接收解码调度管理模块输出的解码后的遥测数据(包括遥测数据的原码值、校准值和工程值)，并将遥测数据按照预定的格式(参数代号：原码值：校准值：工程值|参数代号：原码值：校准值：工程值)发送到数据需求端。

如图2所示，遥测参数解码过程分为三步(原码计算、校准计算、工程值计算)完成。

第一步：调用原码算法处理单元，其包括加载原码系数、执行条件系数和执行合并系数三个小步骤。

其中原码系数是从基本配置模块中查询遥测参数信息填充参数定义数据结构，根据参数定义的波道信息[ByteStart|ByteLen|BitStart，BitLen]，从格式原码帧缓存拷贝到遥测参数值到解码逻辑单元[ParamParser]的参数定义结构；

执行条件系数依据参数定义的条件信息[Condition]来执行条件算法计算，判断本参数是否有条件系数(一般在波道复用情况下使用，首先判断是否有条件，没有条件执行其它原码计算(即执行合并系数)，否则执行条件判读，方法如：参数C001条件为C002＝1，此时轮询所有的参数集合，查找C002工程值是否为1，成立继续其它原码计算，否则重置ParamParser中C001初值并退出解码)；

执行合并系数判断本参数是否有合并，一般在某遥测参数有跨帧或跨波道情况下使用，判断是否有合并系数，成立则执行，否则转到校准计算(如：参数C001的合并参数是C002，轮询所有的参数集合，查找C002占用多少bit和工程值，假如占用12bit，则C001左移12bit加上C002的物理值，结果就是最终的原码值，把原码值更新到ParamParser的参数定义结构中)

执行完成以上三步骤遥测参数原码值解析完成；

第二步：调用校准算法模块，根据校准系数对遥测参数原码值进行校准处理(内置同源、异源等多种算法)，结果值存入遥测参数校准值，到此遥测参数校准值解析完成；

第三步：调用工程值算法模块，根据工程值系数对遥测参数校准值进行处理(内置线性、线性内插、补码、偏移量、查表等多种算法)，结果值存入遥测参数工程值，到此遥测参数工程值解析完成。

本发明的流程如图3所示，从图3可知，基于本发明中系统的解码过程具体为：

(1)首先必须完成基本数据配置模块，其实际是对卫星遥测解码的建模过程，操作人员结合卫星设计的相关遥测文件，对遥测参数信息进行分类整理，整理数据包括卫星特征信息、遥测块定义、遥测参数定义，并把整理数据存入相关数据库。

(2)配置初始化，系统启动后加载开始初始化，读取数据库中卫星基本配置建立遥测解码的模型，包括定位卫星特征信息、遥测类型、遥测块分割、遥测参数加载、算法加载。

卫星特征信息作为公用信息直接缓存到框架全局公用属性(帧计数为常变量，在预处理管理模块从格式原码帧中提取)；

遥测类型包含两种可能性，帧遥测或包遥测；这意味着框架存在两种解码机制，两者差异性主要体现在遥测块分割原则上，具体查看遥测块定义；

遥测块分割包含两种方式即帧遥测和包遥测，它们分割数据原则各不相同，其中帧遥测分割原则为波道相邻或类型相近(如：相邻的多波道复用，同类型分系统和同特征的块、缓变遥测)；包遥测分割原则是以遥测包作为遥测块分割单位，每个遥测包即是一个遥测块。

遥测参数加载主要是把已入库遥测参数定义数据(原码块号、波道号、算法号、计算值域等)加载到解码逻辑单元[ParamParser]，填充遥测参数定义结构，并根据原码块、波道号分组缓存；执行解码逻辑时调用该结构执行计算并把结构存入计算值域。

算法加载主要是把计算算法库(dll)加载到解码逻辑单元[ParamParser]，执行解码时调用遥测参数结构的算法号结合算法库(dll)方法进行计算；算法号与算法系数(包括算法号、算法名称、系数)关联，算法名称可以定位到算法库(dll)方法，并包系数传递过去执行计算。

以上两步都是在框架中建立解码环境，为解码提供数据和方法依据。

(3)数据源适配管理模块是解码开始端，接受框架外部传输过来的数据即数据源；本模块在配置初始化时通过查询全局数据源类型属性确定数据源处理方式，当数据到达时，进入数据源处理方法(可能CRT、422、CAN、1553B等)，把外部数据源转化成框架识别的格式原码帧(二进制数据流)，格式原码帧直接传递到遥测预处理管理模块。

(4)遥测预处理管理模块，主要依据卫星特征中的遥测块标示、遥测帧计数和遥测格式等信息来处理数据源适配管理模块传递的格式原码帧数据，主要包括遥测解码帧定位和遥测块拆分。

遥测解码帧定位，一般卫星遥测数据在以一定的周期(假定16帧)重复下传，周期内帧内遥测参数定义是固定的；遥测解码帧通过实时的遥测帧计数％遥测格式(格式周期的帧数)计算而来；遥测解码帧结合遥测块定义就能唯一定位遥测块在格式遥测帧中的位置。

遥测块拆分，结合遥测解码帧和遥测块定义快速分割格式原码帧。

遥测预处理管理模块接受到原码格式帧，根据帧计数系数定义(帧计数偏移量)从格式原码帧提出数据缓存在全局属性帧计数中；再结合全局属性遥测格式计算出遥测解码帧；然后根据遥测解码帧查询遥测块(遥测解码帧＝遥测块的遥测帧)，获取遥测块集合；最后根据遥测块的偏移和长度信息分割格式原码帧，添加到解码调度管理模块的执行队列中准备解码。

(5)解码调度管理模块，它是解码速率提升的关键模块，其内置线程池机制，内部执行队列记录线程执行的遥测块信息，遥测预处理管理模块完成格式原码帧数据拆分后，Push到执行队列，线程池等到遥测块都到达执行队列后，自动分配与遥测块等额的执行线程数量并Release启动信号量(StartSemaphore)，执行线程收到信号量调用算法库完成遥测参数级别的解码，遥测块所有参数解码完成后Relese完成信号(FinishSemaphoore)，收集所有遥测块完成信号就完成了一帧格式原码帧数据解码。

(6)算法模块由执行线程调用，包含原码值算法、校准值算法、工程值算法；每种算法都有与其对应的管理单元，司职管理该算法的子算法集，子算法采用动态库的形式存在，在初始化时由方法管理单元加载(执行算法集扩展，只要遵循dll库执行入口协议，入口定义：int EXPRESS_FUN(参数结构&reRes，算法结构*pCaculInfo))；算法管理单元内部内置基本算法(如：原码值算法包含高低字节调换、高低比特调换、条件系数、合并系数等；校准算法包含同源校准、异源校准、特殊校准；工程值算法包括线程、补码、偏移量、查表、线性内插等)；执行线程自动调用算法模块逐步运算得到最终的遥测参数物理量(工程值)；算法执行循序为先算原码值、再算校准值、最后工程值；。

(7)遥测输出模块，整帧数据处理完毕后按既定的格式(参数代号：原码值：校准值：工程值|参数代号：原码值：校准值：工程值)发送到数据需求端；

本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (6)

1.一种卫星遥测解码系统，其特征在于：包括基本数据配置模块、配置初始化模块、数据源适配管理模块、遥测预处理管理模块、解码调度管理模块、算法库管理模块和遥测输出模块；

所述基本数据配置模块根据卫星设计文档配置卫星特征信息、遥测块特征信息和遥测参数特征信息；所述卫星特征信息包括卫星平台号、卫星编号、卫星遥测类型、遥测格式、遥测帧长度、遥测帧计数系数、遥测帧计数和数据源类型；遥测块特征信息包括遥测帧编号、块偏移和块长度；遥测参数特征信息包括遥测块标示、遥测参数信息和算法库系数，所述遥测帧计数系数为遥测帧计数在遥测帧中的位置信息，所述数据源类型包括CRT、422、CAN和1553B；所述遥测参数信息为各遥测块的数据所对应的遥测参数；所述遥测帧编号为遥测块在遥测格式所规定一组遥测帧中的帧计数；

所述配置初始化模块在基本数据配置模块完成信息配置后，加载系统运行环境，确定遥测类型和遥测格式，初始化数据源适配管理模块、遥测预处理管理模块、解码调度管理模块、算法库管理模块和遥测输出模块；

所述数据源适配管理模块接收外部数据源，根据基本数据配置模块配置的数据源类型，对配置类型的数据源进行数据转换后形成格式原码帧，并发送给遥测预处理管理模块；所述格式原码帧是长度为遥测帧长度且低字节在前高字节在后的二进制数据流；

所述遥测预处理管理模块根据卫星特征信息、遥测块特征信息和遥测参数特征信息对数据源适配管理模块传递的格式原码帧数据进行处理，提取遥测帧编号，完成遥测帧的定位和分割，所述分割依据基本数据配置模块配置的块偏移和块长度将定位的遥测帧分割成多个遥测块，并将分割后的遥测块数据发送给解码调度管理模块；

所述解码调度管理模块接收到遥测预处理管理模块发送的分割后的遥测块数据后进行多线程解码，并将解码后的遥测数据发送给遥测输出模块；

所述算法库管理模块包括动态库形式的原码值算法、校准值算法和工程值算法，所述原码值算法、校准值算法和工程值算法被解码调度管理模块中线程调用，完成遥测数据的解码；

所述遥测输出模块接收解码调度管理模块输出的解码后的遥测数据，并将遥测数据按照预定的格式发送到数据需求端。

2.根据权利要求1所述的一种卫星遥测解码系统，其特征在于：所述卫星遥测类型包括帧遥测和包遥测。

3.根据权利要求1所述的一种卫星遥测解码系统，其特征在于：所述遥测参数信息包括遥测参数在遥测帧中的位置信息和遥测数据处理信息，其数据结构定义为：遥测参数编号ParamCode；遥测参数名称ParamName；遥测块标示BlockID；遥测分系统SubSystem；字节偏移ByteStart；字节长度ByteLen；比特偏移BitStart；比特长度BitLen；合并系数UnionParam；条件系数Condition；原码系数RawRate；校准系数AdjustRate；工程值系数ExpressRate；原码值Raw；校准值Adjust；工程值Express；所述合并系数UnionParam为遥测参数在遥测帧中的位置不相邻时遥测参数的位置信息；所述条件系数Condition为波道复用时遥测参数的位置信息；所述原码系数RawRate用于提取原码值Raw对遥测数据进行解码；所述校准系数AdjustRate用于提取校准值Adjust对遥测数据进行解码；所述工程值系数ExpressRate用于提取工程值Express对遥测数据进行解码。

4.根据权利要求1所述的一种卫星遥测解码系统，其特征在于：所述遥测帧的分割具体为：依据基本数据配置模块配置的块偏移和块长度将定位的遥测帧分割成多个遥测块。

5.根据权利要求1所述的一种卫星遥测解码系统，其特征在于：所述解码调度管理模块接收到遥测预处理管理模块发送的分割后的遥测块数据后进行多线程解码，具体为：解码调度管理模块内部的线程池自动分配与遥测块数量相等的执行线程，并发送启动信号量，执行线程收到启动信号量后调用算法库管理模块中的算法完成遥测数据的解码，所有遥测块解码完成后解码调度管理模块发送完成信号量。

6.根据权利要求1所述的一种卫星遥测解码系统，其特征在于：所述解码后的遥测数据包括遥测数据的原码值、校准值和工程值。