CN113240946A - 一种应用于gbas地面站的数据记录方法 - Google Patents

一种应用于gbas地面站的数据记录方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种应用于GBAS地面站的数据记录方法，包括以下步骤：S1、数据记录设备的配置模块进行配置参数下发；S2、数据记录设备的通信模块与GBAS地面站建立连接；S3、通信模块接收时统数据，转发到状态监控模块和时间同步模块；S4、状态监控模块判断时钟源是否可信，根据判断结果进行时间源选择并创建记录文件；S5、通信模块接收数据处理机数据，实时写记录文件；S6、状态监控模块实时监测硬盘剩余空间、监测记录文件及文件夹是否存在、本地时间、时统数据，跳S5继续执行。本发明所述的数据记录方法，能够通过数据库或日志实时记录GBAS地面站卫星数据，实时记录告警及用户操作，验证GBAS地面站逻辑处理并进行后处理，时间分辨率可达毫秒级。

Description

一种应用于GBAS地面站的数据记录方法
技术领域
本发明属于定位技术领域，尤其是涉及一种应用于GBAS地面站的数据记录方法。
背景技术
地基增强系统（Ground-based Augmentation Systems，GBAS）是一种用于飞机精密进近引导的定位系统，能够在飞机起飞或着陆阶段为飞机提供精确的定位信息。GBAS由地面站，GNSS卫星，机载三部分组成，地面站能够接收多颗卫星的观测信息计算出差分完好性定位信息，并通过甚高频广播播发给机载，机载进行差分定位解算并完成进近引导。GBAS地面站系统设备众多，包括基准接收机，天线，处理机设备，记录设备，供电设备，发射/接收电台，授时设备等。GBAS地面站系统运行时需要保存各类运行数据，便于维护人员分析数据进行性能升级和问题定位。因此，GBAS地面站的数据记录功能是必不可少的。
由于对GBAS地面站的完好性，服务连续性要求高，所以设备连接的冗余度高，设备产生的数据量大，数据发生频率高（2Hz或以上），这就要求记录设备不仅能够简单的存储数据，还要具备必要的存储状态检测和数据维护功能，具备数据文件分类存储，文件定时分割，高精度时间戳标记功能。然而现有技术中，并未见应用于GBAS地面站满足上述需求的数据记录装置或实现方法，因此，本专利提出了一种应用于GBAS地面站的数据记录方法。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种应用于GBAS地面站的数据记录方法，以解决记录设备能够简单的存储数据，具备必要的存储状态检测和数据维护功能，具备数据文件分类存储，文件定时分割，高精度时间戳标记功能的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种应用于GBAS地面站的数据记录方法，包括以下步骤：
S1、数据记录设备的配置模块读取预先设定的参数，向数据记录设备的其余模块分发配置信息进行配置；
S2、数据记录设备的通信模块与GBAS地面站的数据处理机、时统设备通过串口建立连接；
S3、通信模块接收时统数据，转发到状态监控模块和时间同步模块；
S4、状态监控模块接收到时统数据，解析时钟源状态和UTC时间，校验UTC时间格式，判断时钟源是否可信，根据判断结果选择时钟源，创建数据库/日志文件，进行相应的操作后，进行下一步操作；
S5、通信模块接收数据处理机、时统设备的数据，转发到日志和数据库管理模块，并实时写日志和数据库文件；
S6、状态监控模块监测硬盘剩余空间、监测日志/数据库文件及其上级文件夹是否存在、本地时间、时统数据，进行相应操作，并跳转步骤S5继续执行。
进一步的，步骤S4中判断时钟源是否可信，根据判断结果选择时钟源，创建数据库/日志文件过程如下：判断结果若可信，状态监控模块通知日志管理模块和数据库文管理模块立即以准确的时间信息命名数据库/日志文件，创建日志和数据库文件，通知时间同步模块打开时统授时开关，持续进行时统授时，进行下一步操作；
如果不可信或未收到时统数据，开启步长为1秒的定时器，10分钟内持续执行时钟源状态检测，时钟源可信则立即创建日志/数据库文件，打开时统授时开关，则进行下一步操作；
若10分钟后时钟源状态仍不可信或未收到数据，状态监控模块通知时间同步模块打开NTP授时开关，进行NTP时间，无论时间是否获取成功，状态监控模块均通知日志管理模块和数据库文管理模块新建日志/数据库文件。
进一步的，步骤S5中通信模块接收数据处理机数据，包括：告警/告警取消数据、用户操作/系统状态数据、原始观测量/星历数据和差分电文；
通信模块接收时统设备的数据包括授时时间。
进一步的，步骤S5中日志和数据库管理模块实时写日志和数据库文件的过程如下：日志管理模块和数据库文管理模块若收到告警/告警取消数据，分别写入到alarm文件，并通过时统设备将授时时间添加；若收到用户操作/系统状态数据，分别写入到opera和statues文件，并通过时统设备将授时时间添加；若收到原始观测量/星历数据和差分电文，分别写入到Watch.db和Message.db数据库，并通过时统设备将授时时间添加。
进一步的，步骤S6中状态监控模块监测硬盘剩余空间，预先设定剩余空间限位为10%，若剩余空间低于10%，则删除该模块文件下60天以前的数据。
进一步的，步骤S6中状态监控模块监测日志/数据库文件及其上级文件夹是否存在，若不存在，通知日志管理模块和数据库文管理模块执行新建操作；
进一步的，步骤S6中状态监控模块监测本地时间，若当前时间为设定的时间，通知日志管理模块和数据库文管理模块执行关闭和新建的操作。
进一步的，步骤S6中状态监控模块监测时统数据，若时钟源可信，且时间同步模块开关状态为NTP授时，切换开关状态为时统授时，后续均采用时统数据授时；若1min持续没有接收到时统数据，且时间同步模块开关状态为时统授时，切换开关状态为NTP授时，后续均采用NTP授时。
相对于现有技术，本发明所述的一种应用于GBAS地面站的数据记录方法具有以下有益效果：
（1）本发明所述的一种应用于GBAS地面站的数据记录方法，应用于GBAS地面站的数据记录方法能够实时记录GBAS地面站各类数据，存储的日志文件用于记录GBAS地面站的告警和用户操作，验证GBAS地面站的逻辑处理，时间分辨率可达毫秒级；另外，由于存储的数据库记录标记了高精度的时间戳，开发人员可以将原始观测量和星历加载到算法仿真软件，按时序进行算法仿真和差分电文重建，为验证GBAS地面站的差分与完好性算法提供了数据支撑；
（2）本发明所述的一种应用于GBAS地面站的数据记录方法，应用于GBAS地面站的数据记录方法在GBAS系统内部实现数据主动维护，每日创建日志/数据库文件使硬盘的存储内容有序化，用户可以一天为单位批量导出数据进行分析；另外，该方法增加了对文件丢失和硬盘剩余空间不足的紧急处理，增强了存储数据的可靠性。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的数据记录设备在GBAS系统中的位置示意图；
图2为本发明实施例所述的数据记录设备软件各个模块及连接图示意图；
图3为本发明实施例所述的记录方法流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图3所示，一种应用于GBAS地面站的数据记录方法，包括以下步骤：
S1、数据记录设备的配置模块读取预先设定的参数，向数据记录设备的其余模块分发配置信息进行配置；
S2、数据记录设备的通信模块与GBAS地面站的数据处理机、时统设备通过串口建立连接；
S3、通信模块接收时统数据，转发到状态监控模块和时间同步模块；
S4、状态监控模块接收到时统数据，解析时钟源状态和UTC时间，校验UTC时间格式，判断时钟源是否可信，根据判断结果选择时钟源，创建数据库/日志文件，进行相应的操作后，进行下一步操作；
S5、通信模块接收数据处理机、时统设备的数据，转发到日志和数据库管理模块，并实时写日志和数据库文件；
S6、状态监控模块监测硬盘剩余空间、监测日志/数据库文件及其上级文件夹是否存在、本地时间、时统数据，进行相应操作，并跳转步骤S5继续执行。
步骤S4中判断时钟源是否可信，根据判断结果选择时钟源，创建数据库/日志文件过程如下：判断结果若可信，状态监控模块通知日志管理模块和数据库文管理模块立即以准确的时间信息命名数据库/日志文件，创建日志和数据库文件，通知时间同步模块打开时统授时开关，持续进行时统授时，进行下一步操作；
如果不可信或未收到时统数据，开启步长为1秒的定时器，10分钟内持续执行时钟源状态检测，时钟源可信则立即创建日志/数据库文件，打开时统授时开关，则进行下一步操作；
若10分钟后时钟源状态仍不可信或未收到数据，状态监控模块通知时间同步模块打开NTP授时开关，进行NTP时间，无论时间是否获取成功，状态监控模块均通知日志管理模块和数据库文管理模块新建日志/数据库文件。
步骤S5中通信模块接收数据处理机数据，包括：告警/告警取消数据、用户操作/系统状态数据、原始观测量/星历数据和差分电文；
通信模块接收时统设备的数据包括授时时间。
步骤S5中日志和数据库管理模块实时写日志和数据库文件的过程如下：日志管理模块和数据库文管理模块若收到告警/告警取消数据，分别写入到alarm文件，并通过时统设备将授时时间添加；若收到用户操作/系统状态数据，分别写入到opera和statues文件，并通过时统设备将授时时间添加；若收到原始观测量/星历数据和差分电文，分别写入到Watch.db和Message.db数据库，并通过时统设备将授时时间添加。
步骤S6中状态监控模块监测硬盘剩余空间，预先设定剩余空间限位为10%，若剩余空间低于10%，则删除该模块文件下60天以前的数据。
步骤S6中状态监控模块监测日志/数据库文件及其上级文件夹是否存在，若不存在，通知日志管理模块和数据库文管理模块执行新建操作；
步骤S6中状态监控模块监测本地时间，若当前时间为设定的时间，通知日志管理模块和数据库文管理模块执行关闭和新建的操作。
步骤S6中状态监控模块监测时统数据，若时钟源可信，且时间同步模块开关状态为NTP授时，切换开关状态为时统授时，后续均采用时统数据授时；若1min持续没有接收到时统数据，且时间同步模块开关状态为时统授时，切换开关状态为NTP授时，后续均采用NTP授时。
数据记录设备包括通信模块、配置模块、日志管理模块和数据管理模块、状态监控模块、时间同步模块；
配置模块主要功能包括：上电读取存储在操作系统硬盘上的配置文件，检查配置文件内容合法性；将串口或者网口通信的参数发送到通信模块；将日志存储相关参数发送到日志管理模块和数据库管理模块；将定时创建日志/数据库的时间参数发送到状态监控模块。
通信模块主要功能包括：接收配置模块传递的串口/网口通信参数，打开串口和网口；接收来自数据处理机的网口数据，依协议解帧，组帧成完整数据并转发到日志管理模块和数据库管理模块；接收来自时统设备的串口数据，依协议解帧，组帧成完整数据并转发到状态监控模块和时间同步模块。
日志管理模块和数据库管理模块主要功能包括：接收配置模块传递的文件创建规则信息；接收通信模块转发的数据处理机数据，进行分类处理；打开日志文件，写入系统状态信息，告警信息，告警恢复信息，用户操作；打开数据库文件，写入原始观测量信息，星历信息和差分电文信息；关闭日志文件，关闭数据库；接收状态监控模块的控制信息，实现对日志/数据库文件的控制。
状态监控模块主要功能包括：接收配置模块传递的监测阈值参数；监测系统硬盘剩余空间并进行处理；监测日志/数据库文件状态并进行处理，监测系统时间并进行处理；向日志管理模块和数据库文管理模块发送控制指令，指示文件创建与关闭；向时间同步模块发送控制指令，指示系统授时方式。
时间同步模块主要功能包括：接收通信模块转发的时统数据；接收状态监控模块发送的控制指令；开启或关闭时统授时；开启或关闭NTP授时。
本发明的工作原理如下：
1.系统上电启动：配置模块加载配置文件，读取配置参数，向其他模块转发相应配置参数；
2.通信链路建立：通信模块根据配置参数打开串口和网口，为数据传输做准备；
3.文件创建：状态监控模块开始检测时统设备状态，若时钟源可信则控制日志管理模块和数据库文管理模块创建文件，通知时间同步模块将时统设备的锁定时间实时同步到系统时间；若时统设备一直未锁定，通知时间同步模块将外部NTP时间同步到系统时间再控制日志管理模块和数据库文管理模块创建文件；
4.文件实时写：通信模块持续接收数据处理机数据，转发到日志管理模块和数据库文管理模块进行文件写操作，写文件时会将精确到毫秒的本地时间写入到日志/数据库记录。其中告警/告警恢复日志每条记录内容包括：告警原因，告警/恢复时间，告警等级；用户操作日志每条记录内容包括：登录用户名，操作时间，操作内容；系统状态日志每条记录内容包括：关键度，发生时间，事件内容；观测量数据库每条记录内容包括：ID，接收时间，接收内容；电文数据库每条记录内容包括：电文类型，接收时间，接收内容；
5.状态监测：状态监控模块实时监测系统剩余硬盘空间，若超限则删除指定规则存储文件；实时监测日志/数据库文件的存在状态，若丢失则重新创建；实时监测系统时间，若到达指定时间，重新创建存储文件；实时监测当前时钟源有效性，切换授时方式为时统授时或者NTP授时。
本发明设计的应用于GBAS地面站的数据记录方法能够通过软件管理时钟源，自动切换授时源为时统设备或者外部NTP时间（优先采用时统设备作为时钟源，精度微秒级），保证GBAS地面站数据记录设备的本地时间和卫星时间同步，为日志/数据库记录标注精确到毫秒甚至微秒的高精度时间戳；
本发明设计的应用于GBAS地面站的数据记录方法能够对各类数据进行分类存储，维护人员打开记录文件即可识别设备告警，查询用户操作和系统运行状态，方便维护人员回溯时间线，定位故障，提升维护效率。所记录日志/数据库文件共五类：
1.GBAS地面站告警/告警恢复日志：记录告警/告警恢复发生原因和告警等级；
2.GBAS地面站用户操作日志：记录多用户操作，系统状态日志；
3.GBAS地面站系统状态：记录GBAS系统完好性状态；
4.原始观测量和星历数据库：记录接收的卫星信息；
5.差分电文数据库：记录接收的差分电文信息。
本发明设计的应用于GBAS地面站的数据记录方法能够实时监测硬盘剩余空间，自动清除过期冗余数据，实现对数据文件的自动维护。具体规则如下：
1.每日定时关闭和创建GBAS地面站日志/数据库文件（定时时间为本地时间，时间可配置，精确到秒）；
2.每分钟检查硬盘剩余空间，若低于P%，删除X1天之前的指定GBAS地面站日志/数据库文件或者删除文件大于Y1MB的指定GBAS地面站日志/数据库文件（参数P，X1和Y1用户可设置）；
3.每秒监测GBAS地面站日志/数据库文件丢失的异常状态，若丢失则重新创建日志/数据库文件，为创建的文件补打时间戳；
4.指定每日创建日志/数据库文件回滚的最大记录条数Max，若超过Max则依次覆写最开始的数据记录，即从记录1开始覆写。
具体实施例：
本实施例提供一种应用于GBAS地面站的数据记录方法，其特征在于：所述方法由数据记录软件实现，该软件运行在安装CentOS操作系统的数据记录设备。数据记录设备挂载大容量存储硬盘，该设备具备RS422串口和RJ45自适应速率网口，能够和GBAS地面站时统设备以及数据处理机通信。实现所述方法的数据记录软件能够读取配置文件，加载配置参数；根据时统数据实时校正系统时间（或切换为NTP授时校正系统时间）；实时分类写日志/数据库文件；监测新建文件时间点，定时新建文件；监测数据文件存在状态，补建丢失文件；监测硬盘剩余空间，删除过期冗余文件。
使用前准备工作：
1、将数据记录设备按照图1连接至GBAS地面站中；
2、打开数据记录设备，进行通信链路参数设置：预先获取串口Index，波特率，数据位，校验/停止位；网口IP和端口，写入数据记录设备的配置文件；
3、进行存储参数设置：编辑配置文件，设置每日00:00:00新建日志/数据库文件；日志/数据库文件存储路径为/data；硬盘剩余空间限制为10%，低于10%则删除60天之前的所有的数据库文件；
4、GBAS地面站其他设备依次上电并工作正常。基准 接收机开始接收卫星信号并开始生成观测量与星历等信息，数据处理机计算生成差分与完好性增强报文，时统设备跟踪卫星信号并输出时钟信号到各设备，最后运行数据记录软件。
工作流程：
1）、数据记录设备上电，数据记录软件各模块开始工作；
2）、配置模块读取准备工作中的步骤2和步骤3中设定的参数，向通信模块，日志管理模块和数据库文管理模块，状态监控模块分发配置信息，各个模块读取配置信息并生效配置；
3）、通信模块与数据处理机通过SOCKET建立连接，与时统通过串口建立连接；
4）、通信模块接收时统数据，转发到状态监控模块和时间同步模块；
5）、日志和数据库文件创建：状态监控模块接收时统的串口数据，解析时钟源状态和UTC时间，校验UTC时间格式；判断时钟源是否可信，如果可信，状态监控模块通知日志管理模块和数据库文管理模块立即创建日志和数据库文件，通知时间同步模块打开时统授时开关，持续进行时统授时，执行步骤6）；如果不可信或未收到时统数据，开启步长为1秒的定时器，10分钟内持续执行时钟源状态检测，时钟源可信则立即创建日志/数据库文件，打开时统授时开关，执行步骤6）；若10分钟后时钟源状态仍不可信或未收到数据，状态监控模块通知时间同步模块打开NTP授时开关，进行NTP时间，无论时间是否获取成功，状态监控模块均通知日志管理模块和数据库文管理模块新建日志/数据库文件；
6）、通信模块接收数据处理机数据，转发到日志和数据库管理模块实时写日志和数据库文件：通信模块接收时统数据，转发到状态监控模块和时间同步模块； 日志管理模块和数据库文管理模块若收到告警/告警取消数据，分别写入到alarm文件；若收到用户操作/系统状态数据，分别写入到opera和statues文件；若收到原始观测量/星历数据和差分电文，分别写入到Watch.db和Message.db数据库；
7）、状态监控模块监测硬盘剩余空间，若剩余空间低于10%，删除/data目录下60天以前的数据；
8）、状态监控模块监测日志/数据库文件及其上级文件夹是否存在，若不存在，通知日志管理模块和数据库文管理模块执行新建操作；
9）、状态监控模块监测本地时间，若当前时间为00:00:00，通知日志管理模块和数据库文管理模块执行关闭和新建的操作；
10）、状态监控模块监测时统数据，若时钟源可信，且时间同步模块开关状态为NTP授时，切换开关状态为时统授时，后续均采用时统数据授时；若1min持续没有接收到时统数据，且时间同步模块开关状态为时统授时，切换开关状态为NTP授时，后续均采用NTP授时；
11）、跳转到步骤6）继续执行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种应用于GBAS地面站的数据记录方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、数据记录设备的配置模块读取预先设定的参数，向数据记录设备的其余模块分发配置信息进行配置；
S2、数据记录设备的通信模块与GBAS地面站的数据处理机、时统设备通过串口建立连接；
S3、通信模块接收时统数据，转发到状态监控模块和时间同步模块；
S4、状态监控模块接收到时统数据，解析时钟源状态和UTC时间，校验UTC时间格式，判断时钟源是否可信，根据判断结果选择时钟源，创建数据库/日志文件，进行相应的操作后，进行下一步操作；
S5、通信模块接收数据处理机、时统设备的数据，转发到日志和数据库管理模块，并实时写日志和数据库文件；
S6、状态监控模块监测硬盘剩余空间、监测日志/数据库文件及其上级文件夹是否存在、本地时间、时统数据，进行相应操作，并跳转步骤S5继续执行。
2.根据权利要求1所述的一种应用于GBAS地面站的数据记录方法，其特征在于：步骤S4中判断时钟源是否可信，根据判断结果选择时钟源，创建数据库/日志文件过程如下：判断结果若可信，状态监控模块通知日志管理模块和数据库文管理模块立即以准确的时间信息命名数据库/日志文件，创建日志和数据库文件，通知时间同步模块打开时统授时开关，持续进行时统授时，进行下一步操作；
如果不可信或未收到时统数据，开启步长为1秒的定时器，10分钟内持续执行时钟源状态检测，时钟源可信则立即创建日志/数据库文件，打开时统授时开关，则进行下一步操作；
若10分钟后时钟源状态仍不可信或未收到数据，状态监控模块通知时间同步模块打开NTP授时开关，进行NTP时间，无论时间是否获取成功，状态监控模块均通知日志管理模块和数据库文管理模块新建日志/数据库文件。
3.根据权利要求1所述的一种应用于GBAS地面站的数据记录方法，其特征在于：步骤S5中通信模块接收数据处理机数据，包括：告警/告警取消数据、用户操作/系统状态数据、原始观测量/星历数据和差分电文；
通信模块接收时统设备的数据包括授时时间。
4.根据权利要求1所述的一种应用于GBAS地面站的数据记录方法，其特征在于：步骤S5中日志和数据库管理模块实时写日志和数据库文件的过程如下：日志管理模块和数据库文管理模块若收到告警/告警取消数据，分别写入到alarm文件，并通过时统设备将授时时间添加；若收到用户操作/系统状态数据，分别写入到opera和statues文件，并通过时统设备将授时时间添加；若收到原始观测量/星历数据和差分电文，分别写入到Watch.db和Message.db数据库，并通过时统设备将授时时间添加。
5.根据权利要求1所述的一种应用于GBAS地面站的数据记录方法，其特征在于：步骤S6中状态监控模块监测硬盘剩余空间，预先设定剩余空间限位为10%，若剩余空间低于10%，则删除该模块文件下60天以前的数据。
6.根据权利要求1所述的一种应用于GBAS地面站的数据记录方法，其特征在于：步骤S6中状态监控模块监测日志/数据库文件及其上级文件夹是否存在，若不存在，通知日志管理模块和数据库文管理模块执行新建操作。
7.根据权利要求1所述的一种应用于GBAS地面站的数据记录方法，其特征在于：步骤S6中状态监控模块监测本地时间，若当前时间为设定的时间，通知日志管理模块和数据库文管理模块执行关闭和新建的操作。
8.根据权利要求1所述的一种应用于GBAS地面站的数据记录方法，其特征在于：步骤S6中状态监控模块监测时统数据，若时钟源可信，且时间同步模块开关状态为NTP授时，切换开关状态为时统授时，后续均采用时统数据授时；若1min持续没有接收到时统数据，且时间同步模块开关状态为时统授时，切换开关状态为NTP授时，后续均采用NTP授时。
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