CN112328215B - 航天测控数传综合设备一体化综合运行管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种航天测控数传综合设备一体化综合运行管理架构，包括：自下至上分为硬件环境层、平台支撑层、业务服务层和人机交互层。硬件环境层包括通用服务器、存储资源和网络资源，为业务软件功能实现提供基础的硬件环境支撑；平台支撑层包括容器平台和微服务平台，为上层业务提供统一的服务治理、服务监控、服务编排、负载均衡、弹性伸缩等功能；业务服务层对各种业务应用进行服务化封装，根据功能将系统中的业务划分成不同类型的多类应用服务，为系统提供多类业务支撑；人机交互层通过各类界面插件为各类操作用户提供相应的人机交互接口；接口标准与规范为航天测控数传综合设备提供统一的接口标准和设计规范，便于系统的快速建设及扩展。

Description

航天测控数传综合设备一体化综合运行管理系统

技术领域

本发明是涉及一种主要应用于航天测控数传综合设备一体化综合运行管理系统。

背景技术

航天测控数传系统是航天器与地面联系的生命线和天地信息的传输线，也是航天工程和空间基础设施的重要组成部分。航天测控主要完成火箭和卫星跟踪测量、遥测及遥控等任务，实现火箭飞行状态掌握和安全控制以及在轨卫星的轨道测量与确定、运行状态管理、工作状态控制、载荷数据接收与分发等，为卫星发射回收和在轨应用提供不可或缺的支撑作用。随着航天技术的发展,卫星数量和卫星种类大大增加,卫星任务日益复杂,相互独立的测控系统与数据传输系统已经无法满足卫星对于测控服务与数据传输的需求。

航天测控数传综合设备是各国对卫星、飞船等航天器进行跟踪测量，用以提供测量元素，从而获取航天器轨道位置、速度等信息的主要测量手段。测控与地面数传接收是航天器地面段的两大主要功能，分别实现航天器测控服务和高速效据接收。现阶段，随着站网融合的逐步推进，测控设备与数据接收设备已经整合为航天测控数传综合设备。随着在轨卫星数量的不断增加，航天测控数传综合系统在航天系统工程中的重要性越来越高，有限的地面测控数传资源与航天器数量爆炸式增长的矛盾将会越来越突出。由于满足地面站部署的站点有限，因此航天测控数传综合设备将越来越庞大，单一地面站将包含数十套天线系统，这就给地面站的运行管理提出了很高的要求。而随着航天任务费用降低，也要求尽量简化地面设备，减少管理的复杂性。

航天测控数传综合设备同时具有诸如数传、双向话音通信、电视传输等各种通信功能，成为集测轨、遥控、遥测、通信等功能于一体的航天测控数传综合设备。遥控是对航天器实施内容丰富的各种控制，由航天测控数传综合设备以调制发送遥控指令方式实施控制。遥测是对卫星进行远程参数测量的关键手段。卫星等航天器的温度、压力、发动机推力等内部工程参数，卫星等航天器进行科学探测获得的信息，宇航员的各种生理参数均可以通过传感器转换成电信号，由卫星等航天器遥测发回地面。航天测控数传综合设备接收解调变换还原成对应的信息，完成对航天器工程参数、探测参数、宇航员生理参数的测量。

传统的航天测控数传综合设备由多个分系统组成，包括天伺馈分系统、发射分系统、高频接收分系统、数字化前端分系统、多功能数字基带分系统、监控分系统、数据存储与交互分系统、时频分系统、测试标校分系统和健康管理分系统等。应用软件包括了任务管理软件、系统监控软件、数据交互软件、信息管理软件、测试标校软件、健康管理软件、存储转发软件等7种，各个功能软件运行在独立的计算机系统中，资源无法共享，软件体系架构各异，难以维护。同时由于缺乏统一的接口标准和管理体制，软件运行环境不统一，选用的开发语言也不统一，使系统联试测试时间长、使用困难。航天测控数传综合设备的运行管理系统需要满足地面站长期稳定可靠运行的要求，并且随着地面站的不断演进，软件系统还需要具备可重构能力，能够快速适应设备扩展、业务扩展。地面站需要7*24小时不间断稳定运行，软件系统在软硬件体系架构设计上需要综合考虑，采用硬件热备份、数据定期备份、状态自动监测、故障自动分析处理等措施，满足系统长期稳定运行的要求。航天测控数传综合设备目前支持的任务流程包括标准TTC任务、扩频TTC任务、数传任务等，上述任务流程需要支持多任务并行执行。

发明内容

为了便于计算资源共建共享、统一运维管理、统一调度、灵活使用、动态扩容，同时能够满足大规模航天测控数传综合设备的运行管理要求，本发明针对现有技术存在不足之处，提供一种资源的利用率高、维护升级成本低、可重构、高扩展性的综合运行管理架构。

本发明的上述目的可通过以下措施来达到。一种航天测控数传综合设备一体化综合运行管理架构，包括：为实现业务功能提供基础硬件环境服务器、存储阵列和网络资源的硬件环境层，为上层业务提供统一的服务治理、服务监控、服务编排、负载均衡和弹性伸缩功能的容器平台和微服务平台的平台支撑层，提供数据访问服务模块、通用服务模块和业务处理服务模块的业务服务层，为各类操作用户提供人机交互接口的人机交互层，以及为航天测控数传综合设备提供统一接口标准和设计规范；其中：硬件环境层通过对服务器资源、存储资源和网络资源进行整合为业务功能提供统一的硬件环境；平台支撑层通过容器平台实现硬件资源的虚拟化，按需动态扩展硬件资源，通过微服务平台实现软件功能服务化，微服务平台通过服务治理功能为上层业务提供统一的服务治理、微服集群平台服务，上接业务服务层提供软件运行框架，下接硬件环境层实现资源的虚拟化、按需分配和弹性扩容；业务服务层的数据访问服务模块通过统一的数据库信息访问接口和文件管理访问接口提供数据访问服务，对各种业务应用进行服务化封装，通用服务模块根据功能将系统中的业务划分成不同类型的多类应用服务，提供日志管理服务、通信传输服务、配置管理服务、用户管理和报表管理服务，业务处理服务模块运行设备监控、任务管理、故障诊断、故障处置、测试标校、健康管理、信息管理和任务运行控制的业务处理服务。

本发明相比于现有技术架构具有如下有益效果：

资源的利用率高。本发明采用自下至上分为的硬件环境层、平台支撑层、业务服务层和人机交互层，硬件环境层通过通用计算资源、存储资源和网络资源构建一体化综合架构，利用硬件环境层为业务软件功能实现提供基础的硬件环境支撑；将航天测控数传综合设备所有的应用软件运行在统一的软硬件架构下，极大的提高了资源的利用率，降低了系统的维护升级成本，通过容器云+微服务平台可保证系统软硬件的高扩展性。

维护升级成本低。本发明在平台支撑层采用容器平台和微服务平台的一体化平台架构技术，为上层业务提供统一的服务治理、服务监控、服务编排、负载均衡、弹性伸缩功能等；为了提高服务的可用性，提供了两个高可用模式：当服务之间需要进行信息同步时采用主备运行模式；当服务之间无信息同步时采用负载均衡模式。利用可视化建模工具来描述硬件，当硬件系统发生变化时，不需要进行代码开发，只需要重新进行建模即可。本系统支持利用可视化设备能力建模工具来描述设备的组成和性能，通过建模工具来描述设备连接关系、连接属性、信号流向、信息流向等内容，采用软件接口定义工具，将具体接口和设备数量与软件实现独立，具体接口和设备采用XML文件定义，在后续扩充设备时，可通过添加、修改XML文件，并进行动态加载，实现对新增设备的扩展和通信接口的定义，降低了维护升级成本。

具有系统可重构能力。本发明业务服务层对各种业务应用进行服务化封装，根据功能将系统中的业务划分成不同类型的3类应用服务：提供统一的数据库信息访问接口和文件管理访问接口；提供日志管理、通信传输、配置管理、用户管理和报表管理服务等通用服务；提供设备监控、任务管理、故障诊断、故障处置、测试标校、健康管理、信息管理和任务运行控制等专用业务处理服务。通过软件描述设备能力、设备组成、设备属性能力、设备连接关系、设备通信接口、设备监控UI等方式，实现硬件系统建模，可随硬件系统动态调整软件。通过软件定义任务类型、任务要求、任务参数、任务流程等内容，实现任务建模，可动态扩展任务类型。根据硬件能力和任务要求动态进行资源调度和分配，完成任务与硬件的匹配，实现包括任务接收、资源分配、参数配置、任务运行控制等内容的任务动态重构及动态扩展。采用任务动态重构的方式来支持任务类型、任务数量的动态扩展功能。

具有高扩展性。本发明人机交互层采用平台+插件的架构实现界面扩展，设备监控插件、任务监控插件、应急处置插件、测试标校插件、健康管理插件和数据管理插件为各类操作用户提供相应的人机交互接口；接口标准与规范为航天测控数传综合设备提供统一的接口标准和设计规范，便于了系统的快速建设及扩展。将航天测控数传综合设备的应用软件划分为任务运行管理服务、任务调度中心、任务运行控制服务、设备监控服务、数据交互服务、信息管理服务、测试标校服务、健康管理服务和存储转发服务。采用软件定义任务能力的模式来描述任务特点、任务属性、任务资源需求卫星代号、卫星点频信息、卫星轨道信息、卫星测控参数、卫星数传参数等内容。利用可视化建模工具来描述任务，当新增任务类型或者修改已有任务时，不需要进行代码开发，只需要重新进行建模即可。通过软件定义航天测控数传综合设备来实现高扩展性，采用脚本定制工具来实现软件定义任务流程，可对任务自动运行控制流程进行建模，利用建模好的流程可实现任务自动控制、异常处置等功能。通过后台应用可通过服务形式进行不停机扩展，人机交互层采用插件的形式进行扩展，同时提供定制化工具，以满足不同场景下的控制需求。

本发明利用软件定义航天测控数传综合设备的方式来提升应用系统的通用性，通过对设备和任务进行建模可适应不同形态的航天测控数传综合设备，采用面向服务的多层软件架构以及软件定义航天测控数传综合设备技术来实现可重构综合运行管理，解决了计算资源共建共享、高扩展性、高可靠性和任务动态重构等方面的难题。

附图说明

图1是本发明航天测控数传综合设备一体化综合运行管理架构示意图。

图2是图1的业务处理服务组成示意图。

图3是图1业务服务层的航天测控数传任务重构运行流程示意图。

图4是图1的监控工作站软件创建任务脚本的流程示意图。

下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的优选实施例中，一种航天测控数传综合设备一体化综合运行管理架构，包括：为实现业务功能提供基础硬件环境服务器、存储阵列和网络资源的硬件环境层，为上层业务提供统一的服务治理、服务监控、服务编排、负载均衡和弹性伸缩功能的容器平台和微服务平台的平台支撑层，提供数据访问服务模块、通用服务模块和业务处理服务模块的业务服务层，为各类操作用户提供人机交互接口的人机交互层，以及为航天测控数传综合设备提供统一接口标准和设计规范。其中：硬件环境层通过对服务器资源、存储资源和网络资源进行整合为业务功能提供统一的硬件环境；平台支撑层通过容器平台实现硬件资源的虚拟化，按需动态扩展硬件资源，通过微服务平台实现软件功能服务化，微服务平台通过服务治理功能为上层业务提供统一的服务治理、微服集群平台服务，上接业务服务层提供软件运行框架，下接硬件环境层实现资源的虚拟化、按需分配和弹性扩容；业务服务层的数据访问服务模块通过统一的数据库信息访问接口和文件管理访问接口提供数据访问服务，对各种业务应用进行服务化封装，通用服务模块根据功能将系统中的业务划分成不同类型的多类应用服务，提供日志管理服务、通信传输服务、配置管理服务、用户管理和报表管理服务，业务处理服务模块运行设备监控、任务管理、故障诊断、故障处置、测试标校、健康管理、信息管理和任务运行控制的业务处理服务；人机交互层由设备监控插件、任务监控插件、应急处置插件、测试标校插件、健康管理插件和数据管理插件组成监控工作站软件，监控工作站软件通过各类界面插件为各类操作用户提供相应的人机交互接口。

参阅图2。业务处理服务是航天测控数传综合设备综合运行管理架构的核心内容，是对图1中业务处理服务的主要功能进行详细的阐述。任务运行管理服务主要接收管理中心下发的任务要求，根据任务要求完成任务管理、任务调度和任务资源分配等内容。任务运行控制服务根据设备工作计划和任务调度和任务资源分配结果完成测控数传任务的自动化运行控制功能。设备监控服务完成设备状态监视、运行控制功能。数据交互服务完成遥测、遥测、测量数据与测控中心之间的交互。信息管理服务完成对各类信息、数据的汇总、存储和管理，完成信息的统计分析及展示。测试标校服务统一管理系统各类测试标校，提供仪器访问服务，完成对标校测试结果的接收及存储。健康管理服务主要完成设备故障诊断、健康评估、健康预测等功能。存储转发服务完成数传数据存储、分发、数据质量检测。故障诊断服务按照一定的故障分析逻辑，将多个设备状态监测点的状态结合判决，得出最终的故障位置。故障处置服务预先定义好一组故障处置预案，当监测到设备异常时，自动调用故障处置预案，完成故障处理。

参阅图3。航天测控数传任务重构运行流程主要由地面站网管理中心、任务运行管理服务、容器平台、任务运行控制服务和任务脚本库配合完成。①地面站网管理中心下达任务，任务信息包括任务类型、任务执行时间、任务所需资源类型和数量；②任务运行管理服务根据任务要求完成的航天测控数传综合设备的任务重构规划，生成任务调度及资源分配结果；根据任务调度情况形成任务运行控制服务需求并通过容器平台控制任务运行控制服务的运行：如果需要终止任务，则删除该任务对应的服务；如果需要新增任务，则启动新的任务运行控制服务。③任务运行管理服务向任务运行控制服务下发任务类型信息，任务运行控制服务根据任务类型从任务脚本库中加载对应的任务脚本，任务运行控制服务根据任务脚本内容加载对应任务脚本，任务脚本根据任务要求提前进行编辑保存，支持的脚本类型包括标准模式、扩频模式、数传模式。支持脚本的动态扩展。

参阅图4，对图3中任务脚本的编辑流程进行了描述。监控工作站软件针对不同的任务类型确定工作模式及收发通道数，编辑任务参数，并根据任务参数生成任务设备列表，完成任务设备列表中所有设备参数的编辑，生成设备参数宏，并储存到数据库中；根据编辑生成的任务流程，编辑业务节点参数，生成并储存任务脚本，将各任务控制流程分解为若干个业务节点，各业务节点可以顺序执行一项或多项具体的设备操作；每个业务节点针对不同的任务，将业务节点分为必备和可选两类，对可选业务节点和所有业务节点参数进行编辑，定制任务控制工作流程；操监控工作站软件根据需要编辑任务控制流程中的各业务节点参数和用户的输入参数自动生成任务脚本，根据需要可进行任务脚本的本地验证和任务脚本修改，以检查任务脚本各类编辑信息及控制时序的正确性。

以上所述为本发明较佳实施例，应该注意的是上述实施例对本发明进行说明，然而本发明并不局限于此，并且本领域技术人员在脱离所附权利要求的范围情况下可设计出替换实施例。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种航天测控数传综合设备一体化综合运行管理系统，包括：为实现业务功能提供服务器、存储阵列和网络资源的硬件环境层，为上层业务提供统一的服务治理、服务监控、服务编排、负载均衡和弹性伸缩功能的容器平台和微服务平台的平台支撑层，提供数据访问服务模块、通用服务模块和业务处理服务模块的业务服务层，为各类操作用户提供人机交互接口的人机交互层，以及为航天测控数传综合设备提供统一接口标准和设计规范；其中：硬件环境层通过对服务器资源、存储资源和网络资源进行整合为业务功能提供统一的硬件环境；平台支撑层通过容器平台实现硬件资源的虚拟化，按需动态扩展硬件资源，通过微服务平台实现软件功能服务化，微服务平台通过服务治理功能为上层业务提供统一的服务治理、微服集群平台服务，上接业务服务层提供软件运行框架，下接硬件环境层实现资源的虚拟化、按需分配和弹性扩容；业务服务层的数据访问服务模块通过统一的数据库信息访问接口和文件管理访问接口提供数据访问服务，对各种业务应用进行服务化封装，通用服务模块根据功能将系统中的业务划分成不同类型的多类应用服务，提供日志管理服务、通信传输服务、配置管理服务、用户管理和报表管理服务，业务处理服务模块运行设备监控、数据交互、存储转发、任务运行管理、故障诊断、故障处置、测试标校、健康管理、信息管理和任务运行控制的业务处理服务。

2.如权利要求1所述的航天测控数传综合设备一体化综合运行管理系统，其特征在于：人机交互层由设备监控插件、任务监控插件、应急处置插件、测试标校插件、健康管理插件和数据管理插件组成监控工作站软件，监控工作站软件通过各类界面插件为各类操作用户提供相应的人机交互接口。

3.如权利要求1所述的航天测控数传综合设备一体化综合运行管理系统，其特征在于：任务运行管理服务接收管理中心下发的任务要求，根据任务要求完成任务管理、任务调度和任务资源分配内容，任务运行控制服务根据设备工作计划和任务调度和任务资源分配结果完成测控数传任务的自动化运行控制功能。

4.如权利要求1所述的航天测控数传综合设备一体化综合运行管理系统，其特征在于：设备监控服务完成设备状态监视、运行控制功能；数据交互服务完成遥测、测量数据与测控中心之间的交互；信息管理服务完成对各类信息、数据的汇总、存储和管理，完成信息的统计分析及展示；测试标校服务统一管理系统各类测试标校，提供仪器访问服务，完成对标校测试结果的接收及存储；健康管理服务完成设备故障诊断、健康评估和健康预测；存储转发服务完成数传数据存储、分发、数据质量检测。

5.如权利要求1所述的航天测控数传综合设备一体化综合运行管理系统，其特征在于：故障诊断服务按照故障分析逻辑，将多个设备状态监测点的状态结合判决，得出最终的故障位置；故障处置服务预先定义好一组故障处置预案，当监测到设备异常时，自动调用故障处置预案，完成故障处理。

6.如权利要求1所述的航天测控数传综合设备一体化综合运行管理系统，其特征在于：航天测控数传任务重构运行流程由地面站网管理中心、任务运行管理服务、容器平台、任务运行控制服务和任务脚本库配合完成。

7.如权利要求6所述的航天测控数传综合设备一体化综合运行管理系统，其特征在于：地面站网管理中心下达任务类型、任务执行时间、任务所需资源类型和数量的任务信息任务；任务运行管理服务根据任务要求完成的航天测控数传综合设备的任务重构规划，生成任务调度及资源分配结果；并根据任务调度情况形成任务运行控制服务需求，通过容器平台控制任务运行控制服务的运行：如果需要终止任务，则删除该任务对应的服务；如果需要新增任务，则启动新的任务运行控制服务。

8.如权利要求7所述的航天测控数传综合设备一体化综合运行管理系统，其特征在于：任务运行管理服务向任务运行控制服务下发任务类型信息，根据任务类型从任务脚本库中加载对应的任务脚本，实现任务运行流程的自动运行控制。

9.如权利要求7所述的航天测控数传综合设备一体化综合运行管理系统，其特征在于：任务运行控制服务根据任务脚本内容加载对应任务脚本，任务脚本根据任务要求提前进行编辑保存，支持的脚本类型包括标准模式、扩频模式、数传模式，支持脚本的动态扩展。

10.如权利要求1所述的航天测控数传综合设备一体化综合运行管理系统，其特征在于：监控工作站软件针对不同的任务类型确定工作模式及收发通道数，编辑任务参数，并根据任务参数生成任务设备列表，完成任务设备列表中所有设备参数的编辑，生成设备参数宏，并储存到数据库中；根据编辑生成的任务流程，编辑业务节点参数，生成并储存任务脚本，将各任务控制流程分解为若干个业务节点，各业务节点能够顺序执行一项或多项具体的设备操作；每个业务节点针对不同的任务，将业务节点分为必备和可选两类，对可选业务节点和所有业务节点参数进行编辑，定制任务控制工作流程。