CN106533527B - 可重配置的卫星遥测在轨监视与量化管理系统及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可重配置的卫星遥测在轨监视与量化管理系统及其实现方法，该系统包括：星务数据接收模块、星务数据查找表记录与存储模块、遥测监视表接收与记录模块、遥测监视表重配置模块、遥测参数监视匹配与更新模块、遥测异常监测模块、遥测参数统计模块、故障事件包自主生成模块、统计事件包自主生成模块、总线传输模块。因此，本发明具有较高的灵活性和在轨可操作性，能够显著提升遥测在轨监视方式标准化程度和在轨自主运行管理效率，解决了在轨遥测监视信息的可重配置问题，并且解决了遥测异常事件和统计事件量化管理的问题，接口明确，可实施性强。
Description
技术领域
本发明涉及可重配置的卫星遥测在轨监视与管理系统及其实现方法，尤其适用于遥感卫星的遥测在轨监视与量化管理。
背景技术
目前，在轨的遥感卫星的可视弧段都较短，大部分运行时间都在非可视弧段。然而，卫星的运行管理离不开地面测控站的支持，需依靠大批专业人员对遥测数据进行分析判断，在发生故障情况下，主要依靠地面专家的决策。
随着卫星数量的大幅增长，这种主要依靠地面运管和专家进行故障诊断和决策的方式所带来的人力、物力和财力成本都将显著增加，给卫星用户、测控方、卫星运行管理和设计人员带来的负担越来越大。在保证卫星可靠运行的前提下，将现有地面运行管理中的卫星遥测监视工作部分的移植到卫星上，让卫星能够自主的进行遥测异常的检测和遥测参数的统计分析，这不但能够减少地面运管系统的工作量，对于提高卫星故障处理的实时性也是非常有帮助的。
然而，对于实际在轨运行的卫星遥测，包括卫星工作状态(例如，设备电压、电流等)、卫星设备温度遥测、卫星工作模式遥测、卫星载荷成像任务遥测等，这些遥测的种类繁多且数量巨大(大型遥感卫星的遥测数量多达数千条)，遥测在轨实时监视与管理系统若对全部的遥测进行监视，将耗费大量的星上宝贵运算资源，因此，可行的办法就是对重点关注的遥测进行分级、分时、分策略的在轨自主监视。
分级在轨自主监视
分级是指根据遥测的对整星重要性级别进行有区分的监视，一般是根据卫星故障模式分析中故障的严重等级所涉及的遥测进行选取。
分时在轨自主监视
分时是指对不同时段关注的遥测进行有区分的监视，例如，成像弧段关注载荷遥测监视信息、数传弧段关注数传分系统遥测监视信息、测控弧段关注测控分系统遥测监视信息。
分策略在轨自主监视
分策略是指根据卫星遥测的属性信息制定不同的监视策略，对于卫星工作状态遥测、卫星载荷任务遥测等具备异常突发特征属性的遥测实施实时监测。数量众多的温度量类遥测具备缓变的典型特征属性，一般均为慢速变化参数，因而没有必要对温度实施实时监控，能够掌握一段时间内的温度统计特性即可满足控温测温需求。
可见，分级、分时、分策略显著降低星上信息资源的交互频率，有效节省了星上存储空间，同时达到了对关注遥测的在轨自主监测的目的。然而，分级、分时、分策略实现的前提是必须解决遥测监视信息根据新需求在轨更新遥测监视参数的一系列问题，做到遥测监视参数的在轨可重配置。
在现有技术中，中国专利CN201310287520.0提供了一种空间飞行器的遥测数据处理方法，按照数据协议将数据量小的一组或多组遥测数据通过一个数据帧发送至地面，空间飞行器按照数据协议将数据量大的一组遥测数据通过多个数据帧发送至地面，并根据有效数据帧的数据包标识查找与该有效数据帧对应的解析规则表。该发明解决了在大数据量和小数据量遥测数据均有的情况下，能够准确地将遥测数据写入对应的数据文件中的问题。
中国专利CN201110407247.1提供了一种卫星遥测数据处理系统以及其实现方法，其中公开了一种卫星遥测数据处理系统以及其实现方法，该系统包括日志模块、指针容器模块、内存管理模块、基础数据管理模块、配置信息管理模块、索引表管理模块、数据预处理模块、处理方法模块、数据解析模块以及数据初始化与管理模块；该方法包括准备配置文件和基础数据，并用动态数组即指针容器创建帧索引表或者包索引表；然后接收遥测数据并进行有效性判断和数据整合；其次再进行参数处理，并对参数结果按照用户定义的方式处理；直至处理完所有遥测数据。该系统解决了遥测数据处理过程中的通用化、扩展性和跨平台性等问题。
另外，中国专利CN200910237621.0提供了一种卫星遥测参数异常变化实时监测系统，包括数据接收模块、数据预处理模块、参数变化检测模块、越范围异常判定模块、幅度变化异常判定模块、长周期性变化异常判定模块、报警过滤模块和数据记录模块。该发明实现了对卫星遥测变化的多种异常情况进行精细化的监视报警，为分析人员提供丰富的现场测试信息，该系统解决了大量遥测参数的实时监视、判定、报警等问题，具有较高的灵敏度和实时性，从而降低了测试人员的工作强度、提高了测试效率。
可见，现有技术均对卫星的遥测参数处理系统的构建和具体方法给予了充分的解释，却都未涉及在轨遥测参数监视的实时修改、更新、异常和统计事件报告的量化管理等问题。因此，急需一种方案，能够解决遥测监视信息在轨可重配置问题，填补遥测异常事件和统计事件自主生成和量化管理方面的技术空白。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种可重配置的卫星遥测在轨实时监视与管理系统及其实现方法，主要包括系统结构设计和实现方法，能够对在轨遥测参数监视进行实时修改、更新、异常和统计事件报告的量化管理。
其中，本发明的系统构成包括星务数据接收模块、星务数据查找表记录与存储模块、遥测监视信息接收与记录模块、遥测监视信息重配置模块、遥测参数监视匹配与更新模块、遥测异常监测模块、遥测参数统计模块、故障事件包自主生成模块、统计事件包自主生成模块、总线传输模块。另外，实现方法包括标准化遥测监视上注时序和上注内容设计、可量化故障事件包生成时序和生成内容涉及、可量化统计事件包生成时序和生成内容设计、故障和统计事件包自主生成条件。
本发明的一个方面提供了一种可重配置的卫星遥测在轨监视与量化管理系统，用于对遥感卫星的在轨遥测参数进行实时监视与量化管理，该系统包括：星务数据接收模块，用于接收所述遥感卫星的所有遥测源包；星务数据查找表记录与存储模块，用于对所述所有遥测源包进行记录和存储，并通过建立查找表的方式来检索相应类型的遥测源包；遥测监视信息接收与记录模块，用于接收和记录地面上注的具备标准上注时序和上注内容的遥测监视信息，以构成遥测监视表；遥测监视信息重配置模块，用于实现对原有的所述遥测监视信息进行更新或替换；遥测监视参数匹配与更新模块，用于对更新或替换后的遥测监视信息构成的新遥测监视表与真实的遥测参数进行一一对应与匹配；遥测异常监测模块，用于监视遥测异常，并且在发生异常事件时，触发故障事件包自主生成模块；所述故障事件包自主生成模块，用于在发生所述异常事件而被触发后，生成具备标准化生成时序和生成内容的故障事件包；遥测参数统计模块，用于实现所述遥测参数的统计并在所述统计完成后，依据预设统计条件来触发统计事件包自主生成模块；所述统计事件包自主生成模块，用于在被触发后，生成具备标准化生成时序和生成内容的统计事件包；以及总线传输模块，用于将所述故障事件包和所述统计事件包传送给所述遥感卫星的中央管理单元，并根据预定策略，进行全卫星分系统广播或地面实时下发。
优选地，所述查找表的索引是接收所述遥测源包的时间和包标识符(ApplicationProcess Identification，以下简称为APID)。在所述遥测监视信息接收与记录模块中，存储有接收后的遥测参数表和历史记录的遥测参数信息，其中，地面上注的所述遥测监视表被模块化并且通过地面上注软件添加待更新的遥感参数代号完成更新。所述遥测异常至少包括：超限、超边界和参数趋势异常，所述统计至少包括：所述遥测参数的平均值统计分析、方差值统计、功能曲线比对分析，以及所述预设统计条件至少包括：统计时长和统计遥测参数个数。
另外，本发明还提供了一种可重配置的卫星遥测在轨监视与量化管理实现方法，包括以下步骤：步骤一，基于地面上注的方式，采用标准化的遥测监视信息上注时序和上注内容，通过遥测监视信息重配置模块对遥测监视信息接收与记录模块接收到的待监视的遥测参数进行在轨实时修改和更新，从而实现对在轨的所述遥测监视信息的可重配置；步骤二，通过遥测异常监测模块和遥测参数统计模块，对关注的遥测参数进行实时监测和统计；步骤三，当遥测异常监测模块监测到所述遥测参数发生异常时，故障事件包自主生成模块自主生成关于异常遥测信息的故障事件包，并且通过统计事件包自主生成模块对满足预设统计条件的遥测参数信息自主生成统计事件包；以及步骤四，总线传输模块将所述故障事件包和所述统计事件包自主发送给中央管理单元，以便实时掌握所关注的遥测参数的工作状态，从而实现在轨的所述遥感卫星的遥测参数的量化管理。
所述上注时序和上注内容的排列依次为：表头总长、包标识符、参数数量、参数起始字节序号、参数长度、处理方式、统计分析、编号、上下边界，其中，依据上注内容的排列顺序依次上注并且上注顺序不预留间隔，整个的数据总长被预留1字节并且后面跟随N个源包信息，每个源包信息包含3字节的源包头信息，后面跟随n个参数信息，而每个参数信息包含6字节的参数属性信息，从而每个上注的待监视的遥测参数构成的监视遥测包的属性信息长度为3Byte+(6×n)Byte，所述表头总长表示所述遥测监视表的总长度且长度为1字节，以及对于第一个遥测监视上注的需要监视的遥测源包存在：所述包标识符的长度为2字节，表示第一个需要上注或更新的遥测参数源包的空间数据系统咨询委员会(ConsultativeCommittee for Space Data Systems，以下简称为CCSDS)属性，用于识别具体要监视的遥测源包类型，并被存储在星务数据查找表记录与存储模块中；所述参数数量的长度为1字节，表示对所述包标识符的源包更新或添加监视的参数数量；所述参数起始字节序号的长度为1字节，表示要监视的遥测参数在所述上注源包的具体位置，并且源包内容按字节顺序从0开始排序号，最后一个字节的序号为源包长度信息；所述参数长度的长度为1字节，高1bit-表示所述遥测参数的计算是按字节还是按位，而低7bit在所述高1bit表示按字节时表示所述遥测参数的长度信息且取值为[1，128]；所述处理方式的长度为2bit，用于表示所述遥测参数的处理方式，其中，002-表示双电平量比对，此时上边界与下边界取值相同，且约定所述上边界为小值而所述下边界为大值，这种情况为期望值，012-表示自然数比对，102-表示曲线比对功能停止条件，112-表示按曲线比对时曲线中的点由编号及所述上边界和所述下边界确定，每个序列点间隔为1min，判断的曲线比对启动条件为统计事件包自主生成模块检测到所述112-的情况；所述统计分析的长度为2bit，表示采用统计分析的方式，其中，002-表示不进行统计分析，012-表示保留且根据需求设置为其它统计和异常监测方式，102-表示保留且根据需求设置为其它统计和异常监测方式，112-表示进行数据长期平均值计算；所述编号的长度为12bit，用于表示对遥测参数按曲线比对处理时，上下边界值在曲线的排列序号；以及所述上下边界的长度分别为1Byte，分为所述上边界和所述下边界，对遥测参数进行上下边界比对时的边界基准值，其中，当参数长度多于1个字节，取高8位进行比对；后续重复同一遥测源包中的遥测参数监视属性信息，直至n个遥测参数结束，并且后续重复监视的不同遥测源包属性信息，直至N个源包结束，n和N为自然数。
所述故障事件包为可量化的并且当遥测异常监测模块监测到遥测异常时通过可量化的故障事件报告格式被输出，所述故障事件包的生成时序和生成内容排列依次为：包标识符号、参数数量、参数起始字节序号、参数长度、上次检查状态、当前检查状态、预留、时间码、原值、后续参数信息，其中，依据所述生成时序，具体的生成内容包含3字节的源包头信息，后面跟随n个参数信息，每个参数信息包含8字节的参数属性信息，从而每个故障事件包的长度为3Byte+(8×n)Byte，所述包标识符号的长度为2字节，表示所述遥测参数源包的CCSDS属性，用于识别具体要监视的遥测源包类型且被存储在星务数据查找表记录与存储模块中，所述参数数量的长度为1字节，表示对所述包标识符号的源包需要更新或添加监视的参数数量，所述参数起始字节序号的长度为1字节，用于表示要监视的遥测参数在所述源包的具体位置，源包内容按字节顺序从0开始排序号，最后一个字节的序号为源包长度信息，所述参数长度的长度为1字节，高1bit-表示所述遥测参数的计算是按字节还是按位，而低7bit在按字节时表示所述遥测参数的长度信息，取值为[1，128]，对于所述故障事件包中的第一个遥测参数的故障属性信息为：所述上次检查状态的长度为2bit，其中，002-表示原值超上边界，012-表示原值超下边界，102-表示保留，112-表示原值回到正常范围；所述当前检查状态的长度为2bit，其中，002-表示原值超上边界，012-表示原值超下边界，102-表示保留，112-表示原值回到正常范围；所述时间码的长度为4字节，用于表示所述遥感卫星的当前时间，并且只保留四字节的秒时间；以及所述原值的长度为1字节，表示当前遥测参数的原码，其中，若参数长度多于1个字节，取高8位，后续重复同一遥测源包中的故障遥测参数监视属性信息，直至n个异常遥测参数结束，而当遥测参数状态发生变化时，通过方式码申请总线控制器读取所述故障事件包，当一个源包中多个参数发生状态变化时，进行组包发送，每个故障事件包最多发送7个遥测参数的信息。
所述统计事件包为可量化的且当所述遥测统计分析模块统计条件成立时通过可量化的统计事件报告格式被输出，每个统计事件包的源包信息生成时序和生成内容排列依次为：包标识符号、参数数量、参数起始字节序号、参数长度、预留内容、统计分析、预留内容、平均值、后续参数信息，其中，依据所述生成时序，具体的生成内容包含3字节的源包头信息，后面跟随n个参数信息，而每个参数信息包含8字节的参数属性信息，从而每个统计事件包长度为3Byte+(8×n)Byte，所述包标识符号的长度为2字节，表示所述遥测参数的源包的CCSDS属性，用于识别具体要监视的遥测源包的类型且被存储在星务数据查找表记录与存储模块中，所述参数数量的长度为1字节，表示对所述包标识符号的源包需要更新或添加统计的参数数量，所述参数起始字节序号的长度为1字节，表示要统计的遥测参数在所述源包的具体位置，其中，源包内容按字节顺序从0开始排序号，最后一个字节的序号为源包长度信息，所述参数长度的长度为1字节，高1bit-表示所述遥测参数的计算是按字节还是按位，低7bit在按字节时表示所述遥测参数的长度信息，取值为[1，128]，对于统计事件包中的第一个遥测参数的统计属性信息为：所述预留位的长度为2bit，用于使用方对统计方式的扩展使用；所述统计分析的长度为2bit，表示统计分析的方式，其中，002-表示不进行统计分析，012-表示保留自定义，102-表示保留自定义，112-表示进行数据长期平均值计算；所述平均值的长度为1字节，表示平均值计算结果，其中，若所述遥测参数的长度多于1个字节，则取高8位，后续重复同一遥测源包中的故障遥测参数监视属性信息，直至n个异常遥测参数结束，而当上注不进行统计分析统计遥测监测表、上注功能曲线比对停止遥测监视表、功能曲线比对功能完成、系统可预测复位前生成统计包，并通过方式码申请总线控制器读取统计包。
在所述步骤三中执行：通过所述遥测异常监测模块监测所述遥测参数从正常到异常或者从异常到正常，并且当所述遥测参数一直处于正常状态或异常状态，则所述故障事件包自主生成模块不产生所述故障事件包；以及通过统计分析位112-进行数据长期平均值计算，停止统计时需上注遥测监视表，并且将统计分析位设置为002-以不进行统计分析。
额外地，在所述步骤三中还执行：在功能曲线比对开始时刻，所述统计事件包自主生成模块检测到上注遥测监视表的处理方式位为11；当所述上注的功能曲线比对停止遥测监视表时，遥测监视表的处理方式位为10，或者所述功能曲线比对完成会生成曲线比对时间内的统计结果，其中，在所述功能曲线比对过程中，有超限情况发生，则在超限时刻生成所述故障事件包。
因此，与现有技术相比，采用本发明可以实现以下的有益效果：
1)针对现有技术中在轨未有根据卫星遥测监视需求，在轨实时更新需要监测的遥测参数的现状，本发明的遥测监视系统解决了一次性地面批量上注关注的遥测监视信息、一次性在轨实时批量修改遥测监视信息、被监视遥测的异常信息和统计信息自主且量化生成等问题，具有较高的灵活性和在轨可操作性，能够显著提升遥测在轨监视方式标准化程度和在轨自主运行管理效率；
2)本发明提出了一种标准格式的遥测监视上注时序和上注内容，能够批量上注需要更新的遥测参数，能够实时或延时(在规定时刻)批量修改、替换和更新在轨已有的遥测监视信息，能够灵活设置和修改任意遥测参数的监视类型和监视条件(统计分析、边界值检查、趋势分析、曲线比对等)，解决了在轨遥测监视信息的可重配置问题；
3)在轨批量化自主生成被监视遥测参数的故障事件报告，在同一时刻输出多个异常遥测参数属性信息，并且在轨批量化自主生成被监视遥测参数的统计事件报告，依据设置的统计条件，在同一时刻输出多个遥测参数统计结果，本发明的故障事件报告和统计事件报告生成时序和生成内容标准通用，解决了遥测异常事件和统计事件量化管理的问题，接口明确，可实施性强。
附图说明
图1为本发明的遥测在轨实时监视与量化管理系统的结构框图；以及
图2为本发明的统计分析中的功能曲线比对的示意图。
具体实施方式
应了解，本发明的系统构成包括星务数据接收模块、星务数据查找表记录与存储模块、遥测监视信息接收与记录模块、遥测监视信息重配置模块、遥测参数监视匹配与更新模块，遥测异常监测模块、遥测参数统计模块、故障事件包自主生成模块、统计事件包自主生成模块、总线传输模块。
其中，星务数据接收模块接收卫星所有的遥测源包。星务数据查找表记录与存储模块实现卫星所有遥测源包的记录与存储，通过建立查找表方式检索相应类型的遥测源包。遥测监视信息接收与记录模块接收和记录具备标准上注时序和上注内容的遥测监视信息。遥测监视信息重配置模块实现对原有遥测监视信息的更新或替换功能。遥测监视参数匹配与更新模块实现更新后的遥测监视信息与真实的遥测参数一一对应与匹配。遥测异常检测模块实现遥测异常的监视，包括超限、超边界、参数趋势异常等，一旦异常事件发生，将及时触发故障事件包自主生成模块生成具备标准化生成时序和生成内容的故障事件包。遥测参数统计模块实现遥测参数的平均值统计分析、方差值统计、功能曲线比对分析等统计功能，统计完成后触发统计事件包自主生成模块，生成具备标准化生成时序和生成内容的统计事件包。故障事件包和统计事件包均通过总线传输模块，传送给卫星的中央管理单元，根据事先约定的策略，进行全卫星分系统广播或地面实时下发。
对于标准化遥测监视上注时序和上注内容设计，遥测监视上注内容为数据总长(预留1字节)，后面跟随N个源包信息；每个源包信息包含3Byte的源包头信息，后面跟随n个参数信息；每个参数信息包含6Byte的参数属性信息，因此每个监视遥测包的属性信息长度为3Byte+(6×n)Byte。
上注时序和上注的具体内容依次为：
1)总长：表示遥测监视表总长度，长度1Byte；
对于第一个遥测监视表的需要监视的遥测源包：
2)APID：长度2Byte，表示第一个需要上注或更新的遥测参数源包的CCSDS属性，通过该属性识别具体要监视的遥测源包类型，存储于星务数据查找表记录与存储模块；
3)参数数量n：长度1Byte，对该APID的源包需要更新或添加监视的参数数量；
4)参数起始字节序号：长度1Byte，表示要监视的遥测参数在该源包的具体位置，源包内容按字节顺序从0开始排序号，最后一个字节的序号为源包长度信息；
5)参数长度：长度1Byte，高1bit-表示该参数的计算是按字节还是按位，低7bit：按字节时表示该参数的长度信息，取值为[1，128]；
6)处理方式：长度2bit，表示该参数的处理方式：
002-双电平量比对，此时上边界与下边界取值相同(约定上边界为小值，下边界为大值)，为期望值；
012-自然数比对；
102-曲线比对功能停止条件；
112-按曲线比对，此时曲线中的点由编号及上下边界确定，每个序列点间隔1min。判断的曲线比对启动条件即为统计事件包自主生成模块检测到该“11”。
7)统计分析：长度2bit，表示采用统计分析的方式：
002-不进行统计分析；
012-保留(根据需求设置为其它统计)；
102-保留(根据需求设置为其它统计)；
112-进行数据长期平均值计算。
8)编号：长度12bit，对遥测参数按曲线比对处理时，上下边界值在曲线的排列序号；
9)上下边界：长度分别为1Byte，分为上边界和下边界，对遥测参数进行上下边界比对时的边界基准值，若参数长度多于1个字节，取高8位进行比对；
10)后续重复同一遥测源包中的遥测参数监视属性信息，直至n个遥测参数结束；
11)后续重复监视的不同遥测源包属性信息，直至n个源包结束。
对于可量化故障事件包生成时序和生成内容设计，当遥测异常检测模块监测到遥测异常时，通过设计可量化的故障事件报告格式输出故障事件包。每个源包信息生成内容包含3Byte的源包头信息，后面跟随n个参数信息；每个参数信息包含8Byte的参数属性信息，因此每个故障事件包长度为3Byte+(8×n)Byte。
故障事件包生成时序和生成内容依次为：
1)APID：长度2Byte，表示遥测参数源包的CCSDS属性，通过该属性识别具体要监视的遥测源包类型，存储于星务数据查找表记录与存储模块；
2)参数数量n：长度1Byte，对该APID的源包需要更新或添加监视的参数数量；
3)参数起始字节序号：长度1Byte，表示要监视的遥测参数在该源包的具体位置，源包内容按字节顺序从0开始排序号，最后一个字节的序号为源包长度信息；
4)参数长度：长度1Byte，高1bit-表示该参数的计算是按字节还是按位，低7bit：按字节时表示该参数的长度信息，取值为[1，128]；
对于故障事件包中的第一个遥测参数的故障属性信息为：
5)上次检查状态，长度2bit：
002-原值超上边界；
012-原值超下边界；
102-保留；
112-原值回到正常范围。
6)当前检查状态，长度2bit：
002-原值超上边界；
012-原值超下边界；
102-保留；
112-原值回到正常范围。
7)时间码：长度4Byte，当前卫星时间，只保留四字节秒时间；
8)原值：长度1yte，当前遥测参数原码，若参数长度多于1个字节，取高8位；
9)后续重复同一遥测源包中的故障遥测参数监视属性信息，直至n个异常遥测参数结束；
10)当遥测参数状态发生变化时，通过方式码申请总线控制器读取事件包。当一个源包中多个参数发生状态变化时，进行组包发送，每个事件包最多发送7个遥测参数的信息。
对于可量化统计事件包生成时序和生成内容设计，当遥测统计分析模块统计条件成立时，通过设计可量化的统计事件报告格式输出统计事件包。每个源包生成内容包含3Byte的源包头信息，后面跟随n个参数信息；每个参数信息包含8Byte的参数属性信息，因此每个统计事件包长度为3Byte+(8×n)Byte。
统计事件包具体生成时序和生成内容依次为：
1)APID：长度2Byte，表示遥测参数源包的CCSDS属性，通过该属性识别具体要监视的遥测源包类型，存储于星务数据查找表记录与存储模块；
2)参数数量n：长度1Byte，对该APID的源包需要更新或添加监视的参数数量；
3)参数起始字节序号：长度1Byte，表示要监视的遥测参数在该源包的具体位置，源包内容按字节顺序从0开始排序号，最后一个字节的序号为源包长度信息；
4)参数长度：长度1Byte，高1bit-表示该参数的计算是按字节还是按位，低7bit：按字节时表示该参数的长度信息，取值为[1，128]；
5)对于统计事件包中的第一个遥测参数的统计属性信息为：
6)预留位：长度2bit，用于使用方对统计方式的扩展使用。
7)统计分析：长度2bit，表示统计分析的方式：
002-不进行统计分析；
012-保留；
102-保留；
112-进行数据长期平均值计算。
8)平均值：长度1Byte，平均值计算结果，若参数长度多于1个字节，取高8位；
9)后续重复同一遥测源包中的统计参数监视属性信息，直至n个统计参数结束；
10)当上注不进行统计分析统计遥测监测表、上注功能曲线比对停止遥测监视表、功能曲线比对功能完成、系统可预测复位前生成统计包，并通过方式码申请总线控制器读取统计包。
故障事件包自主生成模块和统计事件包自主生成模块自主生成事件报告的条件为：
1)故障事件自主生成条件
故障包产生的条件：监测的遥测：正常-＞异常，或者异常-＞正常，如果一直处于正常态或异常态则不会产生。
2)统计事件包自主生成条件
统计包产生的条件：统计分析位112-进行数据长期平均值计算，停止统计时需上注遥测监视表，统计分析位设置为002-不进行统计分析。统计分析功能曲线比对自主生成条件为功能曲线比对开始时刻，统计事件包自主生成模块检测到上注遥测监视表的处理方式位为“11”。功能曲线比对的结束条件：上注功能曲线比对停止遥测监视表(遥测监视表的处理方式位为“10”)或功能曲线比对功能完成会生产曲线比对时间内的统计结果，如果功能曲线比对过程中有超限发生，则在超限时刻生成故障包。
下面结合附图1和附图2及具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明的可重配置的卫星遥测在轨实时监视与量化管理系统包括星务数据接收模块1、星务数据查找表记录与存储模块2、遥测监视信息接收与记录模块3、遥测监视信息重配置模块4、遥测参数监视匹配与更新模块5、遥测异常监测模块6、遥测参数统计模块7、故障事件包自主生成模块8、统计事件包自主生成模块9、总线传输模块10。
星务数据接收模块1接收卫星所有的遥测源包，如按照CCSDS协议推荐使用的标准源包，源包的识别是依据包标识符(APID)。星务数据查找表记录与存储模块2实现卫星所有遥测源包的记录与存储，该模块建立遥测数据查找表，查找表的索引是接收遥测源包的时间和APID，通过查找表即可检索到相应类型的遥测源包。遥测监视信息接收与记录模块3接收地面上注的新的遥测监视表，遥测监视信息具备标准上注时序和上注内容，使得每次地面上注均可以模板化，地面上注软件只需要添加需要更新的遥测参数代号即可。接收后的遥测参数表和历史记录的遥测参数信息均通过该模块进行存储。遥测监视信息重配置模块4实现对原有遥测监视信息的更新或替换功能，该模块的替换与更新仅是对遥测监视信息的维护，真实的遥测监视信息存储于星务数据查找表记录和存储模块2。将遥测监视信息重配置模块4的更新后的遥测监视信息中的参数代号及监视的具体位置，与真实的遥测参数一一对应与匹配，即是遥测监视参数匹配与更新模块5所实现的功能，匹配的结果即是本次地面上注需要在线实时更新与监视的遥测参数。遥测异常检测模块6实现遥测异常的监视，包括超限、超边界、参数趋势异常等，一旦异常事件发生，将及时触发故障事件包自主生成模块7生成具备标准化生成时序和生成内容的故障事件包，进一步通过总线传输模块10，传送给中央管理单元，根据事先约定的策略，进行全卫星分系统广播或地面实时下发。遥测参数统计模块8实现遥测参数的平均值统计分析、方差值统计、功能曲线比对分析等统计功能，依据设定的统计条件(如统计时长、统计遥测参数个数等)触发统计事件包自主生成模块9，统计事件包自主生成模块9生成具备标准化生成时序和生成内容的统计事件包，进一步通过总线传输模块10，传送给中央管理单元，根据事先约定的策略，进行全卫星分系统广播或地面实时下发。
以下将给出本发明的可重配置的卫星遥测在轨实时监视与量化管理实现方法中，关于地面上注的遥测监视信息标准上注时序和上注内容的具体实施方式。
总长：表示这个终端发送的数据总字节数；
APID：0000000000000001(二级制)，表示第一个遥测源包；
参数数量n：00000001(二级制)，表示监视一个参数；
参数起始字节序号：00000111(二级制)，表示该监视的遥测参数在源包的第7个字节；
参数长度：高1bit：0(二级制)，表示按字节监视，低7bit：0000001(二级制)，表示参数长度为1个字节；
处理方式：01(二级制)，表示该参数的监视处理方式为自然数比对；
统计分析：11(二级制)，表示对该参数进行数据长期平均值计算；
编号：由于未进行功能曲线比对，可空缺；
上边界：00000101(二级制)，表示对遥测参数进行上边界比对时的边界基准值；
下边界：00000010(二级制)，表示对遥测参数进行下边界比对时的边界基准值。
该监视表上注后，将在轨更新星上监视的遥测信息，对新增遥测开始监视。
如图2所示，本发明的可重配置的卫星遥测在轨实时监视与量化管理实现方法中，统计分析的功能曲线比对的具体实施步骤如下描述。
首先，将统计方式设置为11表示启动曲线比对功能。启动曲线比对功能时，各个源包中的参数起始字节序号相同即表示对同一参数的曲线上注，用各个源包中的编号表征采样点的变化，从而可以上注表示该参数变化趋势的曲线。然后，将曲线中的第一个点为起始比对点，起始点的时刻为接收到遥测监视表统计分析位为“11”。编号定义了每个采样点上下边界值的排列顺序，000000000001为初始排列编号。N个源包对应同一个参数的曲线比对，编号n代表该参数的第n个采样点，上下边界值确定了该采样点的取值范围。监视系统根据上注的编号最大值确定曲线绘制的点数，曲线绘制点数的间隔为1min。统计时间完成后，统计事件包自主生成模块9返回统计事件包，如超限则返回故障事件包。
接下来，对本发明的可重配置的卫星遥测在轨实时监视与量化管理实现方法中关于自主生成的故障事件包生成时序和生成内容的具体实施方式进行详细说明。
总长：表示这个终端发送的数据总字节数；
APID：0000000000000001(二级制)，表示第一个遥测源包；
参数数量n：00000001(二级制)，表示监视一个参数；
参数起始字节序号：00000111(二级制)，表示该监视的遥测参数在源包的第7个字节；
参数长度：高1bit：0(二级制)，表示按字节监视，低7bit：0000001(二级制)，表示参数长度为1个字节；
若遥测异常监测模块6监测到异常发生(超上边界)，故障事件包自主生成模块7则自主生成的故障事件包的第一个遥测参数的故障属性信息为：
上次检查状态：112-原值回到正常范围。
当前检查状态：002-原值超上边界；
时间码：长度4Byte，当前卫星时间，只保留四字节秒时间；
原值：00010000(二级制)，与上边界00000101(二级制)相比，超限。
将对本发明的可重配置的卫星遥测在轨实时监视与量化管理实现方法中关于自主生成的统计事件包标准生成时序和生成内容的具体实施方式进行详细说明。
总长：表示这个终端发送的数据总字节数；
APID：0000000000000001(二级制)，表示第一个遥测源包；
参数数量n：00000001(二级制)，表示监视一个参数；
参数起始字节序号：00000111(二级制)，表示该监视的遥测参数在源包的第7个字节；
参数长度：高1bit：0(二级制)，表示按字节监视，低7bit：0000001(二级制)，表示参数长度为1个字节；
若遥测参数统计模块8监测到上注统计分析标识，统计事件包自主生成模块9则自主生成的统计事件包的第一个遥测参数的统计信息为：
预留位：长度2bit，用于使用方对统计方式的扩展使用，可空缺。
统计分析：112，表示进行数据长期平均值计算。
平均值：00000100，表示该段时间内平均值计算结果，若参数长度多于1个字节，取高8位。
综上所述，本发明通过地面上注的形式在轨实时修改和更新需要监视的遥测参数，修改的方式采用标准化的遥测监视信息上注时序和上注内容，实现了在轨遥测监视信息的可重配置。
本发明对关注的遥测参数进行实时的监测和统计，对监测参数异常的遥测信息自主生成故障事件包，对满足统计条件的遥测参数信息自主生成统计事件包，且故障事件包和统计事件包均是可量化的，具备标准的生成时序和生成内容，生成的故障包和统计包能够自主发送给卫星中央管理单元，中央管理单元能够实时掌握关注遥测参数的工作状态，实现了在轨卫星遥测参数的量化管理。
本发明解决了一次性地面批量上注关注的遥测监视信息、一次性在轨实时批量修改与重配置遥测监视信息、被监视遥测的异常信息和统计信息自主且量化生成等问题，具有较高的灵活性和在轨可操作性，从而显著提升了遥测在轨监视方式标准化程度和在轨自主运行管理效率。
可见，本发明具有较高的灵活性和在轨可操作性，能够显著提升遥测在轨监视方式标准化程度和在轨自主运行管理效率，解决了在轨遥测监视信息的可重配置问题，并且解决了遥测异常事件和统计事件量化管理的问题，接口明确，可实施性强。
本发明的遥测监视上注时序、故障事件包生成时序、统计事件包生成时序以本实施方式进行了举例说明，通过适当的改变，均可以通用于其它类型的遥测监视上注、故障事件包生成、统计事件包生成。本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。
Claims (10)
1.一种可重配置的卫星遥测在轨监视与量化管理系统，用于对遥感卫星的在轨遥测参数进行实时监视与量化管理，其特征在于，包括：
星务数据接收模块，用于接收所述遥感卫星的所有遥测源包；
星务数据查找表记录与存储模块，用于对所述所有遥测源包进行记录和存储，并通过建立查找表的方式来检索相应类型的遥测源包；
遥测监视信息接收与记录模块，用于接收和记录地面上注的具备标准上注时序和上注内容的遥测监视信息，以构成遥测监视表；
遥测监视信息重配置模块，用于实现对原有的所述遥测监视信息进行更新或替换；
遥测监视参数匹配与更新模块，用于对更新或替换后的遥测监视信息构成的新遥测监视表与真实的遥测参数进行一一对应与匹配；
遥测异常监测模块，用于监视遥测异常，并且在发生异常事件时，触发故障事件包自主生成模块；
所述故障事件包自主生成模块，用于在发生所述异常事件而被触发后，生成具备标准化生成时序和生成内容的故障事件包；
遥测参数统计模块，用于实现所述遥测参数的统计并在所述统计完成后，依据预设统计条件来触发统计事件包自主生成模块；
所述统计事件包自主生成模块，用于在被触发后，生成具备标准化生成时序和生成内容的统计事件包；以及
总线传输模块，用于将所述故障事件包和所述统计事件包传送给所述遥感卫星的中央管理单元，并根据预定策略，进行全卫星分系统广播或地面实时下发。
2.根据权利要求1所述的可重配置的卫星遥测在轨监视与量化管理系统，其特征在于，所述查找表的索引是接收所述遥测源包的时间和包标识符。
3.根据权利要求1所述的可重配置的卫星遥测在轨监视与量化管理系统，其特征在于，在所述遥测监视信息接收与记录模块中，存储有接收后的遥测参数表和历史记录的遥测参数信息，
其中，地面上注的所述遥测监视表被模块化并且通过地面上注软件添加待更新的遥感参数代号完成更新。
4.根据权利要求1所述的可重配置的卫星遥测在轨监视与量化管理系统，其特征在于，
所述遥测异常至少包括：超限、超边界和参数趋势异常，
所述统计至少包括：所述遥测参数的平均值统计分析、方差值统计、功能曲线比对分析，以及
所述预设统计条件至少包括：统计时长和统计遥测参数个数。
5.一种可重配置的卫星遥测在轨监视与量化管理实现方法，用于采用上述任一项所述的可重配置的卫星遥测在轨监视与量化管理系统对遥感卫星的在轨遥测参数进行实时监视与量化管理，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，基于地面上注的方式，采用模块化的遥测监视信息上注时序和上注内容，通过遥测监视信息重配置模块对遥测监视信息接收与记录模块接收到的待监视的遥测参数进行在轨实时修改和更新，从而实现对在轨的所述遥测监视信息的可重配置；
步骤二，通过遥测异常监测模块和遥测参数统计模块，对关注的遥测参数进行实时监测和统计；
步骤三，当遥测异常监测模块监测到所述遥测参数发生异常时，故障事件包自主生成模块自主生成关于异常遥测信息的故障事件包，并且通过统计事件包自主生成模块对满足预设统计条件的遥测参数信息自主生成统计事件包；以及
步骤四，总线传输模块将所述故障事件包和所述统计事件包自主发送给中央管理单元，以便实时掌握所关注的遥测参数的工作状态，从而实现在轨的所述遥感卫星的遥测参数的量化管理。
6.根据权利要求5所述的可重配置的卫星遥测在轨监视与量化管理实现方法，其特征在于，所述上注时序和上注内容的排列依次为：
表头总长、包标识符、参数数量、参数起始字节序号、参数长度、处理方式、统计分析、编号、上下边界，
其中，
依据上注内容的排列顺序依次上注并且上注顺序不预留间隔，
整个的数据总长被预留1字节并且后面跟随N个源包信息，每个源包信息包含3字节的源包头信息，后面跟随n个参数信息，而每个参数信息包含6字节的参数属性信息，从而每个上注的待监视的遥测参数构成的监视遥测包的属性信息长度为3Byte+(6×n)Byte，
所述表头总长表示所述遥测监视表的总长度且长度为1字节，以及
对于第一个遥测监视上注的需要监视的遥测源包存在：
所述包标识符的长度为2字节，表示第一个需要上注或更新的遥测参数源包的CCSDS属性，用于识别具体要监视的遥测源包类型，并被存储在星务数据查找表记录与存储模块中；
所述参数数量的长度为1字节，表示对所述包标识符的源包更新或添加监视的参数数量；
所述参数起始字节序号的长度为1字节，表示要监视的遥测参数在所述上注源包的具体位置，并且源包内容按字节顺序从0开始排序号，最后一个字节的序号为源包长度信息；
所述参数长度的长度为1字节，高1bit-表示所述遥测参数的计算是按字节还是按位，而低7bit在所述高1bit表示按字节时表示所述遥测参数的长度信息且取值为[1，128]；
所述处理方式的长度为2bit，用于表示所述遥测参数的处理方式，其中，002-表示双电平量比对，此时上边界与下边界取值相同，且约定所述上边界为小值而所述下边界为大值，这种情况为期望值，012-表示自然数比对，102-表示曲线比对功能停止条件，112-表示按曲线比对对曲线中的点由编号及所述上边界和所述下边界确定，每个序列点间隔为1min，判断的曲线比对启动条件为统计事件包自主生成模块检测到所述112-的情况；
所述统计分析的长度为2bit，表示采用统计分析的方式，其中，002-表示不进行统计分析，012-表示保留且根据需求设置为其它统计和异常监测方式，102-表示保留且根据需求设置为其它统计和异常监测方式，112-表示进行数据长期平均值计算；
所述编号的长度为12bit，用于表示对遥测参数按曲线比对处理时，上下边界值在曲线的排列序号；以及
所述上下边界的长度分别为1Byte，分为所述上边界和所述下边界，对遥测参数进行上下边界比对时的边界基准值，其中，当参数长度多于1个字节，取高8位进行比对；后续重复同一遥测源包中的遥测参数监视属性信息，直至n个遥测参数结束，并且后续重复监视的不同遥测源包属性信息，直至N个源包结束，
n和N为自然数。
7.根据权利要求5所述的可重配置的卫星遥测在轨监视与量化管理实现方法，其特征在于，所述故障事件包为可量化的并且当遥测异常监测模块监测到遥测异常时通过可量化的故障事件报告格式被输出，所述故障事件包的生成时序和生成内容排列依次为：
包标识符号、参数数量、参数起始字节序号、参数长度、上次检查状态、当前检查状态、预留、时间码、原值、后续参数信息，
其中，
依据所述生成时序，具体的生成内容包含3字节的源包头信息，后面跟随n个参数信息，每个参数信息包含8字节的参数属性信息，从而每个故障事件包的长度为3Byte+(8×n)Byte，
所述包标识符号的长度为2字节，表示所述遥测参数源包的CCSDS属性，用于识别具体要监视的遥测源包类型且被存储在星务数据查找表记录与存储模块中，
所述参数数量的长度为1字节，表示对所述包标识符号的源包需要更新或添加监视的参数数量，
所述参数起始字节序号的长度为1字节，用于表示要监视的遥测参数在所述源包的具体位置，源包内容按字节顺序从0开始排序号，最后一个字节的序号为源包长度信息，
所述参数长度的长度为1字节，高1bit-表示所述遥测参数的计算是按字节还是按位，而低7bit在按字节时表示所述遥测参数的长度信息，取值为[1，128]，
对于所述故障事件包中的第一个遥测参数的故障属性信息为：
所述上次检查状态的长度为2bit，其中，002-表示原值超上边界，012-表示原值超下边界，102-表示保留，112-表示原值回到正常范围；
所述当前检查状态的长度为2bit，其中，002-表示原值超上边界，012-表示原值超下边界，102-表示保留，112-表示原值回到正常范围；
所述时间码的长度为4字节，用于表示所述遥感卫星的当前时间，并且只保留四字节的秒时间；以及
所述原值的长度为1字节，表示当前遥测参数的原码，其中，若参数长度多于1个字节，取高8位，后续重复同一遥测源包中的故障遥测参数监视属性信息，直至n个异常遥测参数结束，而当遥测参数状态发生变化时，通过方式码申请总线控制器读取所述故障事件包，当一个源包中多个参数发生状态变化时，进行组包发送，每个故障事件包最多发送7个遥测参数的信息。
8.根据权利要求5所述的可重配置的卫星遥测在轨监视与量化管理实现方法，其特征在于，所述统计事件包为可量化的且当所述遥测统计分析模块统计条件成立时通过可量化的统计事件报告格式被输出，每个统计事件包的源包信息生成时序和生成内容排列依次为：
包标识符号、参数数量、参数起始字节序号、参数长度、预留内容、统计分析、预留内容、平均值、后续参数信息，
其中，
依据所述生成时序，具体的生成内容包含3字节的源包头信息，后面跟随n个参数信息，而每个参数信息包含8字节的参数属性信息，从而每个统计事件包长度为3Byte+(8×n)Byte，
所述包标识符号的长度为2字节，表示所述遥测参数的源包的CCSDS属性，用于识别具体要监视的遥测源包的类型且被存储在星务数据查找表记录与存储模块中，
所述参数数量的长度为1字节，表示对所述包标识符号的源包需要更新或添加统计的参数数量，
所述参数起始字节序号的长度为1字节，表示要统计的遥测参数在所述源包的具体位置，其中，源包内容按字节顺序从0开始排序号，最后一个字节的序号为源包长度信息，所述参数长度的长度为1字节，高1bit-表示所述遥测参数的计算是按字节还是按位，低7bit在按字节时表示所述遥测参数的长度信息，取值为[1，128]，
对于统计事件包中的第一个遥测参数的统计属性信息为：
所述预留内容的长度为2bit，用于使用方对统计方式的扩展使用；
所述统计分析的长度为2bit，表示统计分析的方式，其中，002-表示不进行统计分析，012-表示保留自定义，102-表示保留自定义，112-表示进行数据长期平均值计算；
所述平均值的长度为1字节，表示平均值计算结果，其中，若所述遥测参数的长度多于1个字节，则取高8位，后续重复同一遥测源包中的故障遥测参数监视属性信息，直至n个异常遥测参数结束，而当上注不进行统计分析统计遥测监测表、上注功能曲线比对停止遥测监视表、功能曲线比对功能完成、系统可预测复位前生成统计包，并通过方式码申请总线控制器读取统计包。
9.根据权利要求8所述的可重配置的卫星遥测在轨监视与量化管理实现方法，其特征在于，在所述步骤三中执行：
通过所述遥测异常监测模块监测所述遥测参数从正常到异常或者从异常到正常，并且当所述遥测参数一直处于正常状态或异常状态，则所述故障事件包自主生成模块不产生所述故障事件包；以及
通过统计分析位112-进行数据长期平均值计算，停止统计时需上注遥测监视表，并且将统计分析位设置为002-以不进行统计分析。
10.根据权利要求9所述的可重配置的卫星遥测在轨监视与量化管理实现方法，其特征在于，在所述步骤三中还执行：
在功能曲线比对开始时刻，所述统计事件包自主生成模块检测到上注遥测监视表的处理方式位为11；
当所述上注的功能曲线比对停止遥测监视表时，遥测监视表的处理方式位为10，或者所述功能曲线比对完成会生成曲线比对时间内的统计结果，
其中，在所述功能曲线比对过程中，有超限情况发生，则在超限时刻生成所述故障事件包。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 一种基于构件的可重配置通用星载遥测软件设计;张亚航;《航天器工程》;20130815;全文 * |
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