CN111191346B - 一种空间飞行器软件在轨运行实例数据还原方法及介质 - Google Patents

Abstract

一种空间飞行器软件在轨运行实例数据还原方法及介质，涉及空间飞行器软件地面仿真方法的研究，特别是针对空间飞行器在轨运行遥测数据还原的需求，实现了对空间飞行器软件在轨可信数据的获取。本发明方法包括：根据空间飞行器遥测的运行数据结合软件运行路径数据，构建地面仿真系统对软件在轨运行状态进行复现，进而通过软件在轨的运行路径数据对地面仿真结果进行筛选并与在轨遥测数据进行合并，得到空间飞行器软件在轨状态完整的遥测数据；将该数据作为可信评估数据进行保存，当对目标空间飞行器软件进行可信评估时，可信证据提取系统将保存的可信数据根据要求的阶段进行合并汇总，得到用于可信评估操作的可信证据。

Description

一种空间飞行器软件在轨运行实例数据还原方法及介质

技术领域

本发明涉及一种空间飞行器软件在轨运行实例数据还原方法及介质，涉及空间飞行器软件地面仿真方法的研究，特别是针对空间飞行器在轨运行遥测数据还原的需求，实现了对空间飞行器软件在轨可信数据的获取。

背景技术

随着当前软件的质量要求及可信度要求的标准越来越高，对软件项目的可信程度的评估也越来越普遍。因此，在软件开发运行过程中如何有效的对软件可信评估所需的数据、证据进行采集汇总，进而实时、有效的对软件的可信程度进行评估也成为了一个亟待解决的问题。

特别是空间飞行器领域，其对软件的可信度要求是特别高的，但该领域有存在开发测试和运行时环境差异大，运行数据只能通过有限的飞行器遥测波道进行传输，其数据更新频率及下传运行数据的丰富度都达不到对空间飞行器软件运行状态进行可信评估的要求。应此对空间飞行器软件后续的升级、演化工作在可信程度的方面都存在限制及不足。

空间飞行器软件在进行地面测试仿真时，由于在轨与地面环境区别较大，软件运行状态不可避免的存在一定的差异，该差异对应于软件内部，则往往是由于软件实际运行的路径区别导致的。因此，通过对软件运行路径的收集比较，便可以有效的对地面仿真数据进行校验与筛选。从而利用地面一致化后的数据代替有限的在轨数据进行软件可信数据、证据的获取、使用。

另一方面，在进行收集软件实际运行产生的可信数据这一工作，当前通行做法都是在进行可信评估工作的时刻，才对软件运行数据进行汇总处理，得到可信评估输入材料。这种工作流程存在两个问题，一是可信评估的实时程度不高，在软件可信评估方法越来越自动化的同时，可信数据证据的采集、整理都需要耗费大量人力，同时该工作流程，不能很好的支撑对软件可信程度的实时度量，对长期运行的空间飞行器软件这一点尤为重要。

空间飞行器软件在轨运行数据由于遥测波道数限制，数据种类有限，更新频率较低，同时地面复现对软件实际运行状态也会存在一定的不一致情况，因此，对空间飞行器软件运行状态的可信评估较难开展。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种空间飞行器软件在轨运行实例数据还原方法及介质，实现对空间飞行器软件的运行数据基于在轨软件实际运行路径检验进行获取筛选，从而在地面有效的还原了在轨软件运行数据，并提供完善的可信证据自动化汇总方法。

本发明的技术解决方案是：一种空间飞行器软件在轨运行实例数据还原方法，包括如下步骤：

S1，对于空间飞行器软件在轨运行实例，通过遥测通道获取软件在轨运行时输出的遥测信息，同时软件保存在轨运行实际运行路径数据并下传；

S2，基于获取的软件在轨运行时输出的遥测信息，搭建空间飞行器软件的地面仿真环境及外部动力学输入，对空间飞行器在轨运行状态进行复现，使得地面仿真时的软件输出的遥测数据与在轨实例运行时的软件输出的遥测数据相匹配，并采集软件地面仿真运行实例的遥测数据、调试数据及运行路径数据；

S3，获取软件保存的在轨运行实际运行路径数据，比较软件在轨运行实例与软件地面仿真运行实例的运行路径数据，识别软件在在轨运行时是否存在异常的运行情况，筛选出运行路径数据一致的软件地面仿真运行实例的数据集；

S4，将S3中所得到的数据集填充至软件在轨运行时输出的遥测信息中，得到完整的空间飞行器软件实例运行数据，并作为软件可信评估的原始数据进行保存；

S5，当需对空间飞行器软件进行可信评估时，汇总可信评估的可信证据，并传输至后续可信评估系统。

进一步地，所述软件保存在轨运行实际运行路径数据，包括如下步骤：

S1.1，在软件运行过程中记录其运行经过的软件模块单元；

S1.2，在软件一个运行周期结束时，比较软件当前运行周期与上一周期的运行路径数据差异；若对两者路径差异进行编码得到的数据体积大于当前运行周期路径数据的体积，则在保存在轨运行实际运行路径数据结尾处保存的上一周期的运行路径数据替换为当前周期的运行路径信息，完成当前周期的实际运行路径数据保存；否则，转入步骤S1.3；

S1.3，将软件当前运行周期与上一周期的运行路径数据的差异进行编码，并在保存在轨运行实际运行路径数据结尾进行记录，完成当前周期的实际运行路径数据保存。

进一步地，所述进行编码的方法为：保存在轨运行实际运行路径数据结尾添加一组包含对上一周期的运行路径数据进行插入、移除、更改操作的数据块。

进一步地，所述汇总可信评估的可信证据的方法为基于匿名函数的可选证据提取及汇总方法。

进一步地，所述基于匿名函数的可选证据提取及汇总方法包括如下步骤：

S5.1，建立基于匿名函数的可信证据汇总表达式；

S5.2，实时获取空间飞行器软件实例运行数据，从中提取可信评估覆盖范围内的实例可信数据，并使用可信证据汇总表达式进行合并汇总，得到用于可信评估的可信证据。

进一步地，所述可信证据汇总表达式为lambda Ptime_n＝(Ptime_n-1×TimeL×(n-1)+TimeR)/(n×TimeL)；其中，n为当前合并的可信数据条目计数，Ptime_k为统计第k组数据时的时间性能可信证据，TimeL为软件允许最大的运行时间边界，TimeR为当前合并的可信数据中的软件最大运行时间

进一步地，所述可信证据汇总表达式通过一个字符串进行存储。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现所述一种空间飞行器软件在轨运行实例数据还原方法的步骤。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明方法极大的提高了对空间飞行器软件在轨运行状态的获取完整度及可信度，并保障了后续基于软件运行数据的可信评估工作开展的有效性；为目标软件后续的升级、演化工作提供了有力的参考；该方法同时针对现有的可信评估活动提供了更完善的自动化数据输入方案，且能支持实时更新可信证据，一方面有效减少进行可信评估工作的人力成本，同时，使对空间飞行器软件的可信度进行实时度量提供了可能。

附图说明

图1为本发明方法流程图。

具体实施方式

如图1，一种空间飞行器软件在轨运行实例数据还原方法，包含如下步骤：

S1，对空间飞行器软件在轨运行实例利用其遥测通道获取软件在轨运行时输出的遥测信息，同时通过内存下传获取软件保存的实际运行路径数据；

S2，基于获取的软件输出遥测信息，搭建空间飞行器软件的地面仿真环境及外部动力学输入，对空间飞行器在轨运行状态进行复现，确保软件在地面仿真时与在轨实例运行时的遥测数据相匹配，并采集该运行实例的遥测数据、调试数据及运行路径数据；

S3，通过比较软件在轨实例与软件地面实例的运行路径信息，识别软件在在轨运行时是否存在异常的运行情况，筛选出运行路径一致的地面仿真实例运行数据集；

S4，通过将S3中所得到的数据集填充至软件在轨实例实际遥测得到的数据中，得到完整的空间飞行器软件实例运行数据，并作为软件可信评估的原始数据作为软件可信评估数据，进行保存；

S5，当需对空间飞行器软件进行可信评估时，系统将汇总可信评估考察阶段的可选证据，并通过接口传输至可信评估系统。

软件保存其实际运行路径数据，包含如下步骤：

S1.1，在软件运行过程中记录其运行经过的软件主要模块单元；

S1.2，在软件一个运行周期结束时，比较软件当前运行周期与上一周期的运行路径差异，若差异过大，则软件直接在软件保持路径数据段结尾插入当前周期完整的运行路径信息，并结束该周期路径数据记录，否则，转入步骤S1.3；

S1.3，软件将与前一周期路径数据的差异进行编码，编码为一组包含插入、移除、更改步骤的数据块，在软件保持路径数据段结尾进行记录，并完成当前周期的运行路径数据保存工作。

建立基于匿名函数的可选证据提取及汇总方法，包含如下步骤：

S5.1，为目标空间飞行器软件的实时运行过程添加可信数据监控项目，并建立基于匿名函数的可信证据汇总表达式；

S5.2，对可信评估覆盖范围内的实例可信数据，利用其可信证据汇总表达式进行合并汇总，得到软件用于可信评估的可信证据；

基于匿名函数的项目可信数据汇总表达式，该表达式通过一个字符串进行存储，利用了匿名函数作为汇总方法的表达，该匿名函数参数包含被合并的可信数据，数据合并计数及同时采集的其他可信数据。

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，空间飞行器中常见单机星敏感器的主软件，对本发明做进一步阐述。

本发明针对空间飞行器在轨运行状态难以完整获取的问题，设计了一种空间飞行器软件在轨运行实例数据还原方法，流程如图1所示，主要步骤如下：

S1，接收星敏感器在轨产生的遥测数据，并通过内存下传方式将星敏软件缓存的运行路径数据进行下传。其中，真实接收得到的遥测数据往往仅能占所有软件遥测数据的1/16到1/8；

S2，根据星敏感器的遥测数据，拟合出此时星敏感器实际的指向天区轨迹，将该轨迹作为高精度星模拟器的输入，在地面搭建目标星敏感器的仿真平台，进行模拟在轨星敏感器的指向方位及指令交互，得到与在轨遥测状态一致的星敏运行过程。

S3，从S2步骤中地面仿真的空间飞行器软件获取完整的遥测数据及软件运行路径数据，通过对地面仿真和在轨运行这两种状态的运行路径数据进行比较，识别软件地面与在轨运行差异的情况，进行分析，并进一步筛选得到运行路径与在轨一致的软件地面仿真遥测数据。

S4，基于将S3步骤中得到的完整地面数据，可信数据提取系统可以对完整的软件遥测数据进行采集，并通过星敏感器的调试端口对软件运行的功能、性能数据进行采集，这些数据作为软件可信评估的输入材料进行保存。

S5，当对星敏感器软件进行可信时，星敏感器作为常用单机，同一款星敏感器软件在轨往往有复数的软件实例在同时运行，甚至，同一颗卫星上也存在多台软件状态一致的星敏感器在同时运行。因此，在对星敏感器软件进行可信评估时，存在评估覆盖范围的要求，相应的，本发明系统，能将目标范围内的可信数据进行合并、汇总。如可将可信评估限定在该卫星在轨一段时间内的所有星敏感器软件的运行状态，通过计算得到一组可信证据指标，进而交由相应的可信评估方法或系统对软件的可信程度进行度量。

在具体实施例中，上述的步骤S1包含：

S1.1，在星敏软件运行过程中记录其运行经过的软件主要模块单元；

S1.2，在软件一个运行周期结束时，比较软件当前运行周期与上一周期的运行路径差异，若差异过大，则软件直接在软件保持路径数据段结尾插入当前周期完整的运行路径信息，并结束该周期路径数据记录，否则，转入步骤S1.3；

S1.3，软件将与前一周期路径数据的差异进行编码，编码为一组包含插入、移除、更改步骤的数据块，在软件保持路径数据段结尾进行记录，并完成当前周期的运行路径数据保存工作。

在具体实施例中，上述的步骤S5包含：

S5.1，对星敏感器软件可信评估所需要的可信证据进行设定，确定每一组可信证据所依赖可信数据范围，并建立基于匿名函数的可信证据汇总表达式，如对于常见可信评估项目中时间性能一项便依赖软件运行时间这一可信数据，其汇总表达式可以为下式：

lambda Ptime_n＝(Ptime_n-1×TimeL×(n-1)+TimeR)/(n×TimeL)

其中n为当前合并的可信数据条目计数，Ptime_k为统计第k组数据时的时间性能可信证据，TimeL为软件允许最大的运行时间边界，TimeR为当前合并的可信数据中的软件最大运行时间；

S5.2，在进行可信证据的生成时，遍历可信评估覆盖范围内的实例可信数据，利用其可信证据汇总表达式进行合并汇总，同时也可以对于实时数据进行评估，将更新的数据带入表达式计算，则可以得到实时更新的软件可信证据。如将覆盖范围内的所有软件最大运行时间带入S5.1中所列的lambda表达式中，当遍历计算结束，即可得到覆盖范围内作为可信证据的软件时间性能；

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种空间飞行器软件在轨运行实例数据还原方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，对于空间飞行器软件在轨运行实例，通过遥测通道获取软件在轨运行时输出的遥测信息，同时软件保存在轨运行实际运行路径数据并下传；

S2，基于获取的软件在轨运行时输出的遥测信息，搭建空间飞行器软件的地面仿真环境及外部动力学输入，对空间飞行器在轨运行状态进行复现，使得地面仿真时的软件输出的遥测数据与在轨实例运行时的软件输出的遥测数据相匹配，并采集软件地面仿真运行实例的遥测数据、调试数据及运行路径数据；

S3，获取软件保存的在轨运行实际运行路径数据，比较软件在轨运行实例与软件地面仿真运行实例的运行路径数据，识别软件在在轨运行时是否存在异常的运行情况，筛选出运行路径数据一致的软件地面仿真运行实例的数据集；

S4，将S3中所得到的数据集填充至软件在轨运行时输出的遥测信息中，得到完整的空间飞行器软件实例运行数据，并作为软件可信评估的原始数据进行保存；

S5，当需对空间飞行器软件进行可信评估时，汇总可信评估的可信证据，并传输至后续可信评估系统；

所述汇总可信评估的可信证据的方法为基于匿名函数的可选证据提取及汇总方法。

2.根据权利要求1所述的一种空间飞行器软件在轨运行实例数据还原方法，其特征在于，所述软件保存在轨运行实际运行路径数据，包括如下步骤：

S1.1，在软件运行过程中记录其运行经过的软件模块单元；

S1.2，在软件一个运行周期结束时，比较软件当前运行周期与上一周期的运行路径数据差异；若对两者路径差异进行编码得到的数据体积大于当前运行周期路径数据的体积，则在保存在轨运行实际运行路径数据结尾处保存的上一周期的运行路径数据替换为当前周期的运行路径信息，完成当前周期的实际运行路径数据保存；否则，转入步骤S1.3；

S1.3，将软件当前运行周期与上一周期的运行路径数据的差异进行编码，并在保存在轨运行实际运行路径数据结尾进行记录，完成当前周期的实际运行路径数据保存。

3.根据权利要求2所述的一种空间飞行器软件在轨运行实例数据还原方法，其特征在于，所述进行编码的方法为：保存在轨运行实际运行路径数据结尾添加一组包含对上一周期的运行路径数据进行插入、移除、更改操作的数据块。

4.根据权利要求1所述的一种空间飞行器软件在轨运行实例数据还原方法，其特征在于，所述基于匿名函数的可选证据提取及汇总方法包括如下步骤：

S5.1，建立基于匿名函数的可信证据汇总表达式；

S5.2，实时获取空间飞行器软件实例运行数据，从中提取可信评估覆盖范围内的实例可信数据，并使用可信证据汇总表达式进行合并汇总，得到用于可信评估的可信证据。

5.根据权利要求4所述的一种空间飞行器软件在轨运行实例数据还原方法，其特征在于：所述可信证据汇总表达式为lambda Ptime_n＝(Ptime_n-1×TimeL×(n-1)+TimeR)/(n×TimeL)；其中，n为当前合并的可信数据条目计数，Ptime_k为统计第k组数据时的时间性能可信证据，TimeL为软件允许最大的运行时间边界，TimeR为当前合并的可信数据中的软件最大运行时间。

6.根据权利要求4所述的一种空间飞行器软件在轨运行实例数据还原方法，其特征在于：所述可信证据汇总表达式通过一个字符串进行存储。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1～6之一所述方法的步骤。