CN115757427A

CN115757427A - 一种航天器测试数据的存储方法和软件

Info

Publication number: CN115757427A
Application number: CN202211523971.5A
Authority: CN
Inventors: 温新; 金洋; 刘鹤; 宋宏江; 张海祥; 于澎; 方凯
Original assignee: Beijing Institute of Spacecraft System Engineering
Current assignee: Beijing Institute of Spacecraft System Engineering
Priority date: 2022-12-01
Filing date: 2022-12-01
Publication date: 2023-03-07
Anticipated expiration: 2042-12-01
Also published as: CN115757427B

Abstract

本发明公开了一种航天器测试数据的存储方法和软件，涉及航天器测试技术领域。具体包括：构建时序数据库，时序数据库包括数据库层、特征层、参数层、数据层和聚合层；接收待处理数据；其中，待处理数据指示了待处理时间戳；将待处理时间戳修改为目标时间戳格式，得到中间时间戳，并判断中间时间戳与历史存储数据的时间戳是否相同，如果是，对中间时间戳进行扩容处理，确定目标时间戳；对目标存储数据进行拆分，分别提取不同数据位的遥测参数，与目标时间戳组合生成待入库数据；对待入库数据进行聚合处理，确定聚合结果中的特征值；将待入库数据和特征值存储至时序数据库。该实施方式能够提升航天器测试数据的实时存储效率，实现数据有序存储。

Description

一种航天器测试数据的存储方法和软件

技术领域

本发明属于航天器测试技术领域，具体涉及一种航天器测试数据的存储方法和软件。

背景技术

随着国家空间站和深空探测为代表的航天器数量快速增长，各种指令、遥测等测试数据的体量越来越庞大，现有的测试数据存储过程中，通常由航天器下传数据至前端设备，测试后台程序将前端设备分发的数据原封不动地存储至非关系型数据库，在测试和评估过程中，从非关系型数据库中查询目标数据值，判断是否在合理范围内，从而评估航天器的运行状态、进行故障诊断定位以及在轨运行服务决策等。

然而，不同型号航天器的数据格式、数据类型等多种多样。一方面，存储模式陈旧导致硬件要求较高，占用空间过大，无法适应航天器激增背景下的海量数据的高速存储需求；另一方面，传统存储方式未考虑航天器测试数据的特点，如时间强相关性，导致存储效率低，不能满足多航天器海量数据并发存储需求；最后，传统非关系型数据库结构导致在应对海量结构化测试数据时，数据查找过程耗时过长，查询效率低下，进而影响测试效率，使得测试人员无法及时、准确地对航天器进行监控以及分析，进而无法为航天器的改进提供参考。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种航天器测试数据的存储方法和软件，能够实现航天器的海量测试数据的实时高速存储，可以大大提升测试数据的存储效率，降低测试数据存储所需占用的存储空间，数据有序存储，防止数据冲突，提高数据安全性，同时提高了数据查询效率，有效提升了测试效率和成功率，从而可以及时、准确地对航天器进行监控以及分析，判断航天器的状态、进行故障诊断定位以及在轨运行服务决策，为航天器的改进提供参考。

实现本发明的技术方案如下：

一种航天器测试数据的存储方法，包括：

构建时序数据库，所述时序数据库包括数据库层、特征层、参数层、数据层和聚合层；

接收待处理数据；其中，所述待处理数据指示了待处理时间戳；

将所述待处理时间戳修改为目标时间戳格式，得到中间时间戳，并判断所述中间时间戳与历史存储数据的时间戳是否相同，如果是，对所述中间时间戳进行扩容处理，确定目标时间戳；

对所述目标存储数据进行拆分，分别提取不同数据位的遥测参数，与目标时间戳组合生成待入库数据；

对所述待入库数据进行聚合处理，确定聚合结果中的特征值；

将所述待入库数据和所述特征值存储至时序数据库。

可选地，所述构建时序数据库，包括：

所述数据库层，用于直接接收前端分发的各个所述航天器的原始数据；

所述特征层，包括与所述参数层的各个参数表对应的参数表模板，用于根据所述数据库层的原始数据的数据类型进行分类；

所述参数层，根据所述航天器的参数，采用一个型号的航天器的一个参数对应一张表格的形式，供所述数据层进行数据写入；

所述数据层，用于按照目标时间戳对所述待入库数据进行结构化存储；

所述聚合层，用于根据不同维度对所述待入库数据进行聚合处理，确定聚合结果中的特征值并存储以供查询。

可选地，所述对所述中间时间戳进行扩容处理，包括：

为所述中间时间戳添加附加时间标记；

将所述中间时间戳和所述附加时间标记进行拼接，生成目标时间戳。

可选地，还包括：

编写所述待入库数据和所述特征值的入库指令，将所述入库指令发送给所述时序数据库，使得所述时序数据库对所述待入库数据和所述特征值进行入库。

可选地，在所述编写所述待入库数据和所述特征值的入库指令之前，还包括：

对所述待入库数据和所述特征值进行校验，判断所述待入库数据和所述特征值是否满足所述时序数据库的存储格式要求，如果否，对所述待入库数据和所述特征值进行修正。

可选地，对所述待入库数据进行聚合处理，确定聚合结果中的特征值，将所述特征值存储至时序数据库，包括：

采用“分钟-小时-天”的聚合模式，对所述待入库数据进行聚合处理，确定所述聚合结果中的特征值包括每分钟的最大值、每分钟的最小值、每小时的最大值、每小时的最小值、每天的最大值、每天的最小值，将所述聚合结果的每分钟的最大值、每分钟的最小值、每小时的最大值、每小时的最小值、每天的最大值、每天的最小值存储至所述时序数据库。

可选地，所述待处理数据为实时数据或者回放数据。

一种航天器测试数据的存储软件，包括：

数据库部署模块，用于构建时序数据库，所述时序数据库包括数据库层、特征层、参数层、数据层和聚合层；

数据接收模块，用于接收待处理数据；其中，所述待处理数据指示了待处理时间戳；

数据处理模块，用于将所述待处理时间戳修改为目标时间戳格式，得到中间时间戳，并判断所述中间时间戳与历史存储数据的时间戳是否相同，如果是，对所述中间时间戳进行扩容处理，确定目标时间戳；

数据处理模块，还用于对所述目标存储数据进行拆分，分别提取不同数据位的遥测参数，与目标时间戳组合生成待入库数据；

数据处理模块，还用于对所述待入库数据进行聚合处理，确定聚合结果中的特征值；

数据入库模块，用于将所述待入库数据和所述特征值存储至时序数据库。

可选地，所述构建时序数据库，包括：

可选地，所述数据处理模块，还用于为所述中间时间戳添加附加时间标记；将所述中间时间戳和所述附加时间标记进行拼接，生成目标时间戳。

可选地，所述数据处理模块，还用于采用“分钟-小时-天”的聚合模式，对所述待入库数据进行聚合处理，确定所述聚合结果中的特征值包括每分钟的最大值、每分钟的最小值、每小时的最大值、每小时的最小值、每天的最大值、每天的最小值，将所述聚合结果的每分钟的最大值、每分钟的最小值、每小时的最大值、每小时的最小值、每天的最大值、每天的最小值存储至所述时序数据库。

可选地，所述数据入库模块，还用于编写所述待入库数据和所述特征值的入库指令，将所述入库指令发送给所述时序数据库，使得所述时序数据库对所述待入库数据和所述特征值进行入库。

有益效果：

(1)本发明适用于航天器系统级综合测试，可以满足海量测试数据的有序存储需求。

(2)本发明克服现有航天器测试数据存储模式的不足，解决了现有数据存储模式对硬件要求高、占用空间大，数据存储与查询时间较长、维护困难等问题，利用航天器测试数据存储软件和时序数据库结合，从消息总线获取数据存储到时序数据库，实现海量测试数据高速存储。

(3)相较于现有的数据存储现状(无法对海量的航天器数据进行并行高速存储、快速查找、匹配及利用)，可以对业务数据进行有效整合和深层次应用，挖掘数据背后的价值，提高数据采集、监控、分析与应用的效率，从而支持航天器状态判读、故障诊断定位以及在轨运行服务决策，可以提高航天器的质量，改进航天器的任务设计，满足智能化、自主化复杂航天器研制的技术要求，构建快速低成本的航天器生产模式。

(4)本发明针对航天器测试数据特点，设计独特的数据库模型构建方法，采用“数据库层-特征层-参数层-数据层-聚合层”的模型结构，将测试数据存储分层化，有效进行数据隔离，大幅度提高数据并行存储效率；并结合时序数据库特点，将多型号的航天器数据并行入库至同一数据库，采用一个参数一张表格的形式，提高存储效率的同时满足日益复杂的测试需求，便于统一查询。

(5)本发明针对传统航天器测试数据存储方式查询效率低的问题，设计独特的数据聚合处理方式，在对测试数据进行入库处理的同时，解析数据特征值，采用“分钟-小时-天”的计算模式，对最大值最小值等特征进行聚合处理，在测试数据入库的同时完成特征值计算及存储，在不影响测试数据入库效率的同时，大幅度提高数据特征值查询速度。

(6)本发明针对时序数据库和航天器测试数据特点，对测试数据的时间戳进行特殊处理，解决传统时序数据库无法存储相同时间数据的问题，可以保证实时数据和回放数据按照其真实时间成功入库，保障测试效率。

(7)本发明的航天器测试数据的存储方法经过实际测试验证，可以大大提高航天器海量数据的存储效率和查询速度，保证数据存储安全可靠。

附图说明

图1为根据本发明实施例的航天器测试数据的存储方法的主要流程的示意图。

图2为根据本发明实施例的测试数据库模型的示意图。

图3为根据本发明实施例的时间戳的扩容方法的主要流程的示意图。

图4为根据本发明实施例的航天器测试数据的存储软件的主要模块的示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种航天器测试数据的存储方法，可以应用于以空间站为代表的航天器系统，超复杂航天任务的综合测试具有设备组成复杂、任务量大、测试数据的数据流多、并行处理和查询效率高、存储要求高等特点，通过本发明的航天器测试数据的存储方法，对测试数据进行时序化处理，防止数据存储冲突，从而大大地提高了数据安全性，避免数据丢失，数据库稳定易于维护，并降低了测试数据存储所需空间，缩短存储与查询耗时，提高了测试数据的存储效率和查询效率，对硬件要求较低，无需占用过大的存储空间，从而可以实现测试数据的自主可控，大大提高了测试的成功率，保证卫星的智能化高效测试结果以及海量时序数据的高速存储。

步骤S101：构建时序数据库，所述时序数据库包括数据库层、特征层、参数层、数据层和聚合层。

在本发明实施例中，本发明的航天器测试数据的存储方法通过航天器测试数据存储软件执行。

在本发明实施例中，为了满足测试数据的时间强相关性的存储要求，如图2所示，通过航天器测试数据存储软件构建时序数据库，时序数据库采用“数据库层-特征层-参数层-数据层-聚合层”的数据库模型，并通过多台服务器部署数据库集群，以保证数据存储的安全性，同时实现测试数据的数据隔离，避免了现有技术中将各种测试数据全部堆叠在一起的弊端，可以快速查找所需参数，对航天器的状态进行监控。

进一步地，时序数据库的各层特征如下：

(1)数据库层

数据库层用于直接接收前端分发的各个航天器的原始数据，包括全部型号的航天器的原始数据；其中，数据库层也可称为基础层。

在构建数据库层时，部署数据库集群，优化集群配置文件，将多型号的航天器并行部署同一数据库层。

(2)特征层

特征层包括与参数层的各个参数表对应的参数表模板，用于根据数据库层的原始数据的数据类型进行分类，数据类型包括测试数据、消息数据、遥测源码数据、源包数据；其中，航天器下发的原始数据为遥测源码，对其进行编译后，可以拆分成消息数据和测试数据。具体地，特征层的各个参数表格模板包括：

①测试数据表模板：包含时间戳、工程值(即具体的遥测参数的数值)、对应源码等；

②消息数据表模板：包含时间戳、消息类型、消息目的、消息来源、消息值等；

③遥测源码数据表模板：包含时间戳、数据源码(即原始的进位制数据，用以在航天器的状态判断异常时，对遥测源码进行重新编译，以排查是否是编译错误导致的判断失误)等；

④源包数据表模板：包含时间戳、源包号、源包内容等。

(3)参数层

参数层根据航天器的参数，采用一个型号的航天器的一个参数对应一张表格的形式，将一个航天器的一个参数存储为一张表格。参数表的命名方式如下：

①测试数据表：型号_遥测参数类型_参数代号；其中，遥测参数类型与航天器的下行频段相对应，不同频段/链路的下行速度、遥测参数类型可能各不相同，参数代号为其中任意一个遥测参数的代号，比如，C001-ABC-A100中的C001为航天器的型号，ABC为遥测参数的遥测参数类型，A100为电压代号；

②消息数据表：型号_命令代号_消息类型；其中，命令代号表示测试命令的代号，比如，C001-XYZ-A100中的XYZ为转向指令，消息类型为指令发送消息或者指令响应消息；

③遥测源码数据表：型号_源码代号_源码类型；

④源包数据表：型号_源包代号_信息类型。

(4)数据层

数据层用于对各个参数的时间戳进行扩容处理，确定待入库数据，按照目标时间戳对待入库数据进行结构化存储。

(5)聚合层

聚合层用于存储对入库数据进行聚合处理后的聚合结果，聚合维度可以是数据内容、时间维度等，以供查询。比如，A100每分钟的最大值、每小时的最大值、每天的最大值等。

步骤S102：接收待处理数据；其中，所述待处理数据指示了待处理时间戳。

在本发明实施例中，待处理数据可以是实时数据或者回放数据，实时数据是指待处理时间戳为当前时间的测试数据；回放数据是指待处理时间戳为当前时间以前的测试数据，航天器测试数据存储软件可以对实时数据和回放数据进行存储，防止数据丢失。

待处理数据包括待处理时间戳、与待处理时间戳对应的目标存储数据。比如，ABC00001型号航天器的待处理时间戳和电压、电流等数据。

待处理数据可以是字符源码形式，航天器测试数据存储软件对其进行编译后，即可获得对应的待处理时间戳和目标存储数据。

在本发明实施例中，航天器测试数据存储软件与消息总线通信，接收消息总线发布的实时或者回放的待处理数据。

进一步地，航天器测试数据存储软件根据需要，事先订阅指定类型的数据(比如，测试数据、消息数据等)，从而后续消息总线可以根据航天器测试数据存储软件的订阅需求向其分发对应数据。

在本发明实施例中，航天器测试数据存储软件还可以对待处理数据进行格式转换，将待处理数据的待处理时间戳提取出来，以便于后续的时间戳处理。

在本发明实施例中，在接收待处理数据之前，航天器测试数据存储软件对数据接收规范、数据处理规范和数据存储规范进行配置，包括接收来源(比如，Redis总线地址、端口)、航天器标识、接收数据标准(比如，数据流格式)、数据处理方式(比如，统一时间戳格式)、数据入库方式(比如，编写入库指令)等，根据时序数据库的数据存储特点对相关配置进行调整，保证数据存储效率和成功率，实现数据查询效率的优化。

步骤S103：将所述待处理时间戳修改为目标时间戳格式，得到中间时间戳，并判断所述中间时间戳与历史存储数据的时间戳是否相同，如果是，对所述中间时间戳进行扩容处理，确定目标时间戳。

在本发明实施例中，由于不同前端在消息总线上分发的数据待处理时间戳可能形式各异，因此，航天器测试数据存储软件需要根据协议，对不同形式的待处理时间戳进行统一，修改为目标时间戳格式，得到修改后的中间时间戳；比如，中间时间戳的格式为年-月-日时：分：秒.毫秒格式，比如，2022-08-0211：13：01.756。

进一步地，在修改之前，航天器测试数据存储软件根据待处理数据的数据类型，对待处理数据进行分类，划入不同的数据池以便于后续处理及存储。

更进一步地，航天器测试数据存储软件可以定义缓存空间，用于缓存每种数据类型最新入库的时间戳。

在本发明实施例中，向时序数据库存储时，由于时序数据库不支持相同时间戳的数据存在，因此，在向时序数据库存储之前，航天器测试数据存储软件对相同的中间时间戳进行扩容处理，将相同的中间时间戳进行区分，保证测试数据的成功存储。

或者，在中间时间戳与历史存储数据的时间戳不同的情况下，确定中间时间戳为目标时间戳。

在本发明实施例中，如图3所示，本发明的时间戳的扩容方法包括如下步骤：

步骤S301，为所述中间时间戳添加附加时间标记。

在本发明实施例中，附加时间标记可以是预设位数的多个数字，航天器测试数据存储软件根据待处理数据的接收顺序依次分配附加时间标记。比如，附加时间标记为3位数字，或者，附加时间标记为000-999之间的任意整数，航天器测试数据存储软件根据相同时间戳待处理数据的接收顺序依次递增时间戳后三位。

进一步地，预设位数可以根据需要进行选择性设置，比如，4位、5位或者N位等，根据测试数据的数据量进行确定即可。

更进一步地，或者，在中间时间戳与历史存储数据的时间戳不同的情况下，可以确定中间时间戳的附加时间标记为预设位数的多个0。

步骤S302，将所述中间时间戳和所述附加时间标记进行拼接，生成目标时间戳。

在本发明实施例中，航天器测试数据存储软件将中间时间戳和附加时间标记进行拼接，生成目标时间戳。比如，附加时间标记为3位数字，目标时间戳的格式为年-月-日时：分：秒.毫秒格式附加时间标记，也即，2022-08-02 11：13：01.756254。

进一步地，在中间时间戳与历史存储数据的时间戳不同的情况下，将中间时间戳和预设位数的多个0拼接，生成目标时间戳。比如，附加时间标记为3位数字，目标时间戳为2022-08-02 11：13：01.756000。

步骤S104，对所述目标存储数据进行拆分，分别提取不同数据位的遥测参数，与目标时间戳组合生成待入库数据。

在本发明实施例中，航天器测试数据存储软件将目标时间戳、与目标时间戳对应的目标存储数据进行组合，得到待入库数据；其中，目标存储数据可以包括多个遥测参数的参数值。

在本发明实施例中，航天器测试数据存储软件还可以根据数据类型，对目标存储数据进行拆分，分别提取不同数据位的遥测参数。

步骤S105：对所述待入库数据进行聚合处理，确定聚合结果中的特征值。

在本发明实施例中，航天器测试数据存储软件对待入库数据进行聚合处理，确定聚合结果包括的特征值，并将聚合结果中的特征值存储至时序数据库的聚合层。比如，采用“分钟-小时-天”的聚合模式，聚合“分钟-小时-天”下的A001的工程值的最大值、最小值等特征值，并将A001的每分钟的最大值、每小时的最大值、每天的最大值存储至时序数据库的聚合层。

步骤S106：将所述待入库数据和所述特征值存储至时序数据库。

在本发明实施例中，在入库之前，航天器测试数据存储软件对待入库数据和特征值进行校验，判断每项待入库数据和特征值是否满足时序数据库的存储格式要求，根据判断结果对待入库数据和特征值进行修正，以保证入库数据的正确存储。

进一步地，航天器测试数据存储软件编写待入库数据和特征值的入库指令，与时序数据库通信，将入库指令发送给时序数据库，实现待入库数据和特征值的并行、正确入库。航天器测试数据存储软件还可以设置标签，对待入库数据的型号和数据类型进行标记。

图4是根据本发明实施例的航天器测试数据的存储软件的主要模块的示意图，如图4所示，本发明的航天器测试数据的存储软件包括：

数据库部署模块，用于构建时序数据库，所述时序数据库包括数据库层、特征层、参数层、数据层和聚合层。

数据接收模块，用于接收待处理数据；其中，所述待处理数据指示了待处理时间戳。

在本发明实施例中，数据接收模块负责接收消息发送的实时数据和回放数据，包括与消息总线通信、数据订阅、数据格式转换等操作，格式转换后发送给数据处理模块。

数据处理模块，还用于将所述待处理时间戳修改为目标时间戳格式，得到中间时间戳，并判断所述中间时间戳与历史存储数据的时间戳是否相同，如果是，对所述中间时间戳进行扩容处理，确定目标时间戳。

在本发明实施例中，数据处理模块为中间时间戳添加附加时间标记，将中间时间戳和附加时间标记进行拼接，生成目标时间戳；如果否，确定中间时间戳为目标时间戳。

在本发明实施例中，数据处理模块负责对收到的数据进行实时处理，包括数据分类、时间戳格式统一、数据相同时间戳数据处理、关键信息拆分提取、数据格式检查、入库模型对应、特征值聚合计算等操作，实现入库数据的数据格式统一并满足入库需求，再将处理好的数据发送给数据入库模块。

数据处理模块，还用于对所述目标存储数据进行拆分，分别提取不同数据位的遥测参数，与目标时间戳组合生成待入库数据。

数据处理模块，还用于对所述待入库数据进行聚合处理，确定聚合结果中的特征值。

在本发明实施例中，数据入库模块编写待入库数据和特征值的入库指令，将入库指令发送给时序数据库，使得时序数据库将待入库数据和特征值并行入库。

进一步地，数据入库模块可以设置标签，对待入库数据的型号和数据类型进行标记。

本发明的航天器测试数据的存储方法包括航天器测试数据入库软件和时序数据库。航天器测试数据入库软件包括数据库部署模块、数据接收模块、数据处理模块、聚合模块和数据入库模块。时序数据库负责存储海量航天器测试数据。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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

1.一种航天器测试数据的存储方法，其特征在于，包括：

将所述待入库数据和所述特征值存储至时序数据库。

2.如权利要求1所述的存储方法，其特征在于，所述构建时序数据库，包括：

3.如权利要求1所述的存储方法，其特征在于，所述对所述中间时间戳进行扩容处理，包括：

为所述中间时间戳添加附加时间标记；

4.如权利要求1所述的存储方法，其特征在于，还包括：

5.如权利要求4所述的存储方法，其特征在于，在所述编写所述待入库数据和所述特征值的入库指令之前，还包括：

6.如权利要求1所述的存储方法，其特征在于，对所述待入库数据进行聚合处理，确定聚合结果中的特征值，将所述特征值存储至时序数据库，包括：

7.如权利要求1至6中任一项所述的存储方法，其特征在于，所述待处理数据为实时数据或者回放数据。

8.一种航天器测试数据的存储软件，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的存储软件，其特征在于，所述构建时序数据库，包括：

10.如权利要求8所述的存储软件，其特征在于，所述数据处理模块，还用于为所述中间时间戳添加附加时间标记；将所述中间时间戳和所述附加时间标记进行拼接，生成目标时间戳。

11.如权利要求9所述的存储软件，其特征在于，所述数据处理模块，还用于采用“分钟-小时-天”的聚合模式，对所述待入库数据进行聚合处理，确定所述聚合结果中的特征值包括每分钟的最大值、每分钟的最小值、每小时的最大值、每小时的最小值、每天的最大值、每天的最小值，将所述聚合结果的每分钟的最大值、每分钟的最小值、每小时的最大值、每小时的最小值、每天的最大值、每天的最小值存储至所述时序数据库。

12.如权利要求8所述的存储软件，其特征在于，所述数据入库模块，还用于编写所述待入库数据和所述特征值的入库指令，将所述入库指令发送给所述时序数据库，使得所述时序数据库对所述待入库数据和所述特征值进行入库。