彭森露，雷磊，劉偉，袁曉琳

（1.裝備指揮技術學院，北京101416；2.西安衛(wèi)星測控中心三亞站，海南三亞572427）

測控設備在線維護一體化的分析與設計?

彭森露，雷磊，劉偉，袁曉琳

（1.裝備指揮技術學院，北京101416；2.西安衛(wèi)星測控中心三亞站，海南三亞572427）

針對傳統(tǒng)的測控設備維護方法提出了測控設備在線維護一體化的概念，通過故障在線監(jiān)測、故障智能診斷和設備信息管理等多種方式來實現(xiàn)。該方法具有實時檢測性強、處理故障及時、智能化程度高等優(yōu)點，能在很大程度上提高設備監(jiān)測的自動化水平和設備性能，對目前的裝備維護方式是一個很好的改進。

測控設備；在線維護一體化；故障在線監(jiān)測；故障智能診斷；實時檢測

1 引言

現(xiàn)階段，我國航天器逐步由“試驗型”向“應用型”轉(zhuǎn)變，航天測控任務由“單線程串行”模式向“多任務并行”模式［1］轉(zhuǎn)變。隨著試驗任務的日益繁重，測控設備數(shù)量也在急劇增加，一站多點和一站多區(qū)并行執(zhí)行任務已成為常態(tài)化，現(xiàn)有設備的維護管理模式已不能很好地適應當前形勢，迫切需要一種新的裝備維護方式來適應這種需求。

本文提出一種新型的裝備維護管理方式，將單套測控設備的各個分系統(tǒng)通過統(tǒng)一的故障在線監(jiān)測、故障分析診斷、故障維護優(yōu)化來實現(xiàn)測控設備一體化的在線維護，這種維護管理方式相對過去的裝備維護管理方式具有不影響測控計劃實施的優(yōu)點，建立了快速、智能、科學、規(guī)范的維護檢查模式，確保了裝備的穩(wěn)定性、可靠性和良好的技術狀態(tài)。

2 當前測控設備在線維護檢查的模式

在線維護是指在不影響測控計劃實施的情況下，以主動檢查確認和保持裝備性能和技術狀態(tài)為目的，對裝備進行表格化檢查和維護保養(yǎng)的技術保障和管理活動。某設備目前所做的在線維護就是對裝備技術性能進行全面測試檢查，對裝備進行清洗、擦拭、潤滑等必要的維護保養(yǎng)，調(diào)整各項參數(shù)、檢查關鍵備附件，以確保裝備穩(wěn)定性、可靠性和良好技術狀態(tài)。下面進行具體分析。

（1）多功能數(shù)字基帶分系統(tǒng)在線維護

基帶分系統(tǒng)要進行軟件加載正確性檢查，包括檢查軟件啟動、板卡加載、鏈路連接是否正常，軟件界面各類數(shù)據(jù)上報是否正常，這是判斷軟硬件通信和軟件正常工作的必要檢查。

其次，基帶分系統(tǒng)要進行硬件單元檢查，主要是對調(diào)制、接收、遙測、測距、測速、遙控和捕獲單元等模塊單元進行檢查。每隔一段時間，要對備品備件進行測試檢查，在實施任務前，還要對任務相關參數(shù)進行檢查確認。

（2）監(jiān)控分系統(tǒng)在線維護

監(jiān)控分系統(tǒng)首先要對網(wǎng)絡通道進行檢查，保證監(jiān)控網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)連接正常，各方向數(shù)據(jù)收發(fā)正常。其次，要對監(jiān)控性能進行檢查，保證對各個分系統(tǒng)的狀態(tài)能夠進行正常監(jiān)視，參數(shù)能夠進行正常設置。另外，對一些重要的流程控制，如自動校相和距離校零功能，要進行檢查確認。

（3）天伺饋分系統(tǒng)在線維護

天伺饋分系統(tǒng)的在線維護主要分為結(jié)構(gòu)部分檢查、驅(qū)動檢查、ACU檢查和捕獲、跟蹤性能檢查。結(jié)構(gòu)部分是對傳動鏈、潤滑系統(tǒng)、驅(qū)動電機、滑環(huán)和充氣系統(tǒng)進行檢查，驅(qū)動檢查是對驅(qū)動柜的狀態(tài)進行檢查，ACU檢查是對ACU軟件的功能進行檢查，跟蹤性能檢查是對天線的收斂特性、自跟蹤性能、定向靈敏度及交叉耦合進行檢查。

在所有的分系統(tǒng)檢查到位后，全系統(tǒng)協(xié)同對塔射頻閉環(huán)進行系統(tǒng)校相、校零等功能檢查，進行全系統(tǒng)指標測試，保證整個系統(tǒng)工作正常。

3 在線維護一體化概述

在線維護一體化是指將單套測控設備的各個分系統(tǒng)通過統(tǒng)一的故障在線監(jiān)測、故障分析診斷、故障維護優(yōu)化來實現(xiàn)測控設備一體化的在線維護。

在線維護一體化的目的，一是增強設備在線監(jiān)測手段，及時發(fā)現(xiàn)設備故障，提高設備監(jiān)測的自動化水平；二是建立故障智能診斷系統(tǒng)，縮短故障排除時間，提高設備的可靠性［2］；三是對發(fā)現(xiàn)的故障進行實時動態(tài)維護，保證設備始終處于正常狀態(tài)；四是對設備整體性能進行評估，判斷設備是否具備執(zhí)行長管及任務的能力。具體包括：人員的授權與檢查、設備信息庫的管理（各分系統(tǒng)部件的工作狀態(tài)、故障信息、技術狀態(tài)參數(shù)等，對信息能夠建立和更新）、設備在線監(jiān)測（監(jiān)視設備工作狀態(tài)參數(shù)、命令執(zhí)行情況、系統(tǒng)日志信息、與中心數(shù)據(jù)鏈路狀態(tài)等，對發(fā)現(xiàn)的故障進行告警提示）、智能故障診斷（能夠?qū)收线M行分析、診斷，提出維護方法）、故障維護優(yōu)化（對故障進行處理，優(yōu)化設備運行和維護管理）、系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)恢復與數(shù)據(jù)接收。

依據(jù)現(xiàn)有的設備監(jiān)控網(wǎng)絡模式，系統(tǒng)設計采用客戶機／服務器模式，服務器在網(wǎng)內(nèi)以組內(nèi)廣播方式與本地客戶機通信，接收本地客戶機發(fā)來的前向信息，向本地客戶機發(fā)送反向信息。

4 系統(tǒng)設計

4.1 系統(tǒng)總體設計

測控系統(tǒng)在線維護一體化系統(tǒng)是為了支持測控站測控設備不間斷地安全運行，保證設備正常安全高效運轉(zhuǎn)，對設備進行實時在線監(jiān)測，根據(jù)用戶錄入的設備信息和故障信息，在設備未發(fā)生故障之前就通過設備的各種運行狀態(tài)預測故障可能出現(xiàn)的情況和出現(xiàn)的時間，及時對設備采取必要的維護措施。在故障發(fā)生后能夠依據(jù)故障現(xiàn)象由智能故障診斷模塊診斷分析故障產(chǎn)生部位以及對故障的處理方法。在對設備狀態(tài)監(jiān)測及故障分析的基礎上優(yōu)化設備運行與維護管理，并將設備性能評估的信息反饋給設備維護管理者。其主要完成設備在線監(jiān)測、智能故障診斷、故障維護優(yōu)化、用戶管理、數(shù)據(jù)記錄管理、設備信息管理6個功能。根據(jù)這些功能設計出系統(tǒng)中的6個功能模塊，系統(tǒng)中的各個功能模塊劃分如圖1所示。

圖1 測控設備在線維護一體化系統(tǒng)Fig.1 Onlinemaintenance integration system for TT＆C equipment

4.1.1 用戶管理

為確保系統(tǒng)信息的完全可靠，系統(tǒng)的管理由具有相應權限用戶操作，只有具有相應權限的用戶才能訪問相應內(nèi)容，并完成相應的控制操作。用戶管理用于維護系統(tǒng)中所有的公共信息，系統(tǒng)支持除系統(tǒng)管理員外的兩類身份，分別是管理員和普通用戶，系統(tǒng)管理員擁有全部權限，管理員擁有對系統(tǒng)數(shù)據(jù)資料的維護權限（系統(tǒng)資料的添加、修改和刪除等），普通用戶使用和瀏覽系統(tǒng)資料。

4.1.2 設備在線監(jiān)測

在線監(jiān)測是系統(tǒng)信息庫的基礎，主要完成對設備工作參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)、設備控制命令等信息的監(jiān)測、特征提取、狀態(tài)識別和記錄，為設備智能故障診斷和維護與性能評估系統(tǒng)提供各類數(shù)據(jù)信息，及時發(fā)現(xiàn)設備工作中出現(xiàn)的設備故障情況以及通信鏈路暢通情況。

如圖2所示，測控站測控設備已組成站內(nèi)局域網(wǎng)，已具備相對完整的設備監(jiān)控信息。站內(nèi)數(shù)據(jù)與中心數(shù)據(jù)交換采用UDP網(wǎng)絡通信協(xié)議、網(wǎng)絡組地址廣播方式。設備工作參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)、遙測數(shù)據(jù)、設備控制命令等特征信息可直接從局域網(wǎng)內(nèi)獲取。根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方式分析，可以將服務器和客戶機部署在站局域網(wǎng)內(nèi)通過以太網(wǎng)卡連接到交換機上，采用socket網(wǎng)絡編程技術，截取局域網(wǎng)組播數(shù)據(jù)。

圖2 在線監(jiān)測設備連接結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Onlinemonitoring device connected structure

對獲取的信息進行處理后分類存儲到數(shù)據(jù)庫并送相應的模塊進行處理。對從中心發(fā)出的設備控制命令進行跟蹤，并獲取執(zhí)行情況，對未執(zhí)行指令或執(zhí)行指令后設備狀態(tài)不正確的情況以及監(jiān)測到的設備故障現(xiàn)象、鏈路通信狀態(tài)錯誤等問題以語音告警方式提醒設備維護管理人員。

4.1.3 智能故障診斷

智能故障診斷是對設備監(jiān)測所取得的有用信息進行分析、診斷和推理，判斷設備的狀態(tài)是否處于異常狀態(tài)或故障狀態(tài)，當出現(xiàn)故障或異常時，實現(xiàn)故障的快速定位，提出維護方法，便于維護人員及時排除故障；同時提供設備故障離線分析處理，在人為預置故障現(xiàn)象之后，可分析該故障現(xiàn)象的可能位置點以及故障排除方法。

首先用戶針對被診斷對象建立故障診斷模型，運行過程中智能故障診斷在計算機采集到被診斷對象的信息后，綜合運用各種規(guī)則（用戶所設置的專家知識和被測設備的測試數(shù)據(jù)），進行一系列的推理，必要時向用戶索取必要的信息后，進行分析、診斷和推理，實現(xiàn)故障快速定位。

4.1.4 故障維護優(yōu)化

設備維護專家目的是提高設備運行的安全性、可靠性，降低維護成本，實現(xiàn)設備的優(yōu)化運行和依據(jù)設備狀態(tài)安排檢驗與維護，進一步改進維護決策與管理的科學性，實現(xiàn)設備的全壽命過程優(yōu)化管理。在對設備狀態(tài)監(jiān)測及故障分析的基礎上優(yōu)化設備運行與維護管理。通過對設備使用狀態(tài)、老化狀態(tài)和壽命損耗的有效、連續(xù)監(jiān)測，綜合運用各種設備性能評估算法和一系列推理后，對設備系統(tǒng)及各部件進行綜合性能評估，及時準確地將設備狀態(tài)和壽命評估的信息反饋給設備維護管理者［3］。

設備維護專家主要由維護信息數(shù)據(jù)庫、決策系統(tǒng)、人機交互界面3部分構(gòu)成（如圖3所示），完成對設備維護具有智能判斷、決策和維護方法提供的維護系統(tǒng)。

圖3 設備維護專家組成結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure of equipmentmaintenance experts

人機界面解決設計人員、維護和修理人員之間的信息交流問題，包括各種數(shù)據(jù)的管理、更新等；維護信息數(shù)據(jù)庫主要提供維護必要的各種數(shù)據(jù)，主要包括被維護設備的參數(shù)，面對不同技術狀態(tài)需要提供的解決方案；決策系統(tǒng)通過建立必要的知識模型，對非正確狀態(tài)產(chǎn)生的各種原因進行分析，推斷出產(chǎn)生故障的原因，包括原理性的概念和工程技術人員的經(jīng)驗，其中技術人員的經(jīng)驗要占主要部分。

4.1.5 設備信息管理

管理設備及其分系統(tǒng)的技術狀態(tài)和技術狀態(tài)變化，完成對設備的基本信息和使用過程中所產(chǎn)生的相關技術信息的錄入、更新、刪除和查詢，并將其存入數(shù)據(jù)庫，具體包括以下6個方面。

（1）設備狀態(tài)建立

錄入設備名稱、設備標識、設備概況、主要功能、設備技戰(zhàn)術指標、設備構(gòu)成、接口關系、各分系統(tǒng)主要功能、設備技術狀態(tài)和指定設備負責人等信息。

（2）設備指標管理

用于記錄管理設備各類技術指標的定義、測試方法以及裝備維護過程中各項技術指標測試值等信息。

（3）設備部件管理

用于記錄設備各組成部件以及備品備件的基本信息、技術狀態(tài)、數(shù)量等信息。

（4）故障信息管理

用于記錄設備在故障處理過程中產(chǎn)生的各種信息，包括故障產(chǎn)生的時間、發(fā)生的位置、故障的現(xiàn)象、故障的機理分析、故障的解決措施，主要以設備各個分系統(tǒng)的故障歸零報告為主。

（5）查詢功能

用戶通過選擇一定的查詢條件，如分系統(tǒng)的名稱等信息，系統(tǒng)顯示相應的結(jié)果。

（6）數(shù)據(jù)記錄管理

該模塊用于記錄和查詢用戶對整個系統(tǒng)的操作記錄、各分系統(tǒng)上報工作狀態(tài)參數(shù)、收到中心指令、設備維護管理內(nèi)容以及出現(xiàn)的設備故障等功能。

4.1.6 系統(tǒng)架構(gòu)設計

本系統(tǒng)采用多層應用系統(tǒng)架構(gòu)模式：數(shù)據(jù)庫—數(shù)據(jù)庫訪問層—業(yè)務邏輯層—頁面表示層［4］，如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)架構(gòu)設計圖Fig.4 System structure design

（1）數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫是應用軟件系統(tǒng)的基礎，它用于存儲系統(tǒng)中需要的所有數(shù)據(jù)，由各種數(shù)據(jù)信息表組成。

（2）數(shù)據(jù)訪問層

數(shù)據(jù)訪問層用于封裝對數(shù)據(jù)庫的操作，如創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫連接、打開數(shù)據(jù)庫連接、執(zhí)行存儲過程、視圖訪問和關閉數(shù)據(jù)庫連接等。

（3）業(yè)務邏輯層

與應用系統(tǒng)的上層業(yè)務邏輯相關聯(lián)，它調(diào)用數(shù)據(jù)訪問層，同時也為上層頁面表示層服務。業(yè)務邏輯層通過數(shù)據(jù)訪問層實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的操作，如選擇、查詢、添加、修改和刪除操作等，同時為應用系統(tǒng)的頁面表示層提供訪問數(shù)據(jù)庫的接口和函數(shù)等。

（4）人機界面

實現(xiàn)應用系統(tǒng)的具體頁面，由人機界面和控件組成，是人機交互的窗口。

4.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計

秉承數(shù)據(jù)和程序分離的原則，所有的數(shù)據(jù)信息都要保存在數(shù)據(jù)庫中。由于測控系統(tǒng)在線維護一體化系統(tǒng)是一個大型的分布式系統(tǒng)，各個分系統(tǒng)之間又有著大量錯綜復雜的各種屬性，因此數(shù)據(jù)庫的設計是本系統(tǒng)中最為重要的部分，其性能好壞直接決定了整個系統(tǒng)的性能。

測控系統(tǒng)在線維護一體化系統(tǒng)需要存儲大量的數(shù)據(jù)信息，包括用戶數(shù)據(jù)、權限數(shù)據(jù)、設備故障分析處理過程產(chǎn)生的各類信息、用于故障分析診斷的各類信息數(shù)據(jù)、設備的各類技戰(zhàn)術指標測量數(shù)據(jù)、設備及其分系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)、監(jiān)控設備工作的狀態(tài)信息、收到和發(fā)往中心的各類數(shù)據(jù)、設備及其部件維護管理內(nèi)容數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)等。為了維護數(shù)據(jù)的安全性和完備性考慮，綜合采用了表、視圖和存儲過程等來完成整個數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)［5］。

5 結(jié)束語

本文在研究測控站測控設備維護現(xiàn)狀的基礎之上，提出建立測控系統(tǒng)在線維護一體化設計方案，并從用戶管理、設備狀態(tài)在線監(jiān)測、智能故障診斷、設備信息管理、故障信息管理、設備維護與性能評估以及數(shù)據(jù)記錄管理等6個方面進行了設計分析。將該系統(tǒng)應用于測控設備的維護管理中，能在很大程度上提高設備監(jiān)測的自動化水平，增強人員對設備的維護保障能力和試驗任務的能力。

［1］谷學敏.航天無線電測控技術［M］.長沙：國防科技大學出版社，1984：105-108. GU Xue-min.Space Tracking，Radio，Telemetering and Command System［M］.Changsha：National University of Defense Technology Press，1984：105-108.（in Chinese）

［2］盧明銀，徐人平.系統(tǒng)可靠性［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2008：56-67. LUMing-yin，XU Ren-ping.System Reliability［M］.Beijing：China Machine Press，2008：56-67.（in Chinese）

［3］花興來，劉慶華.裝備管理工程［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2002：87-98. HUA Xing-lai，LIU Qing-hua.Equipment Management Engineering［M］.Beijing：National Defense Industry Press，2002：87-98.（in Chinese）

［4］Ryan K Stephens，Ronald R Plew.數(shù)據(jù)庫設計［M］.何玉潔，武欣，鄧一凡，譯.北京：機械工業(yè)出版社，2001：105-108. Ryan K Stephens，Ronald R Plew.Database Design［M］. Translated by HE Yu-jie，WU Xin，DENG Yi-fan.Beijing：China Machine Press，2001：105-108.（in Chinese）

［5］陳志泊，王春玲.數(shù)據(jù)庫原理及應用教程［M］.北京：人民郵電出版社，2008：66-68. CHEN Zhi-bo，WANG Chun-ling.Database Theory and Application of Tutorial［M］.Beijing：People′s Posts and Telecommunications Press，2008：66-68.（in Chinese）

PENGSen-lu was born in Nanyang，Henan Province，in 1986. She received theM.S.degree in 2009.She isnow a teaching assistant. Her research direction ismanagement science and engineering.

Email：nudtll＠126.com

雷磊（1984—），男，陜西合陽人，2006年獲雙學士學位，現(xiàn)為工程師，主要研究方向為航天測控技術；

LEILeiwasborn in Heyang，ShaanxiProvince，in 1984.He received the dual B.S.degrees in 2006.He is now an engineer.His research direction is space TT＆C technology.

劉偉（1987—），男，湖南婁底人，2009年獲學士學位，現(xiàn)為助理工程師，主要研究方向為航天測控技術；

LIUWeiwas born in Loudi，Hunan Province，in 1987.She received the B.S.degree in 2009.He is now an assistant engineer. His research direction is space TT＆C technology.

袁曉琳（1989—），女，河南太康人，2009年獲學士學位，現(xiàn)為助理工程師，主要研究方向為航天測控技術。

YUAN Xiao-lin was born in Taikang，Henan Province，in 1989.She received the B.S.degree in 2009.She is now assistant engineer.Her research direction is space TT＆C technology.

《電訊技術》征稿的新要求

為了促進本刊的國際化進程，進一步擴大影響力，為廣大科技人員搭建更高層次的學術研究和技術交流平臺，現(xiàn)對來稿作如下幾點新的要求：

（1）來稿中的圖題、表題應給出對應的英文翻譯；

（2）中文參考文獻采用雙語著錄；

（3）屬于基金項目的來稿應給出項目的英文翻譯；

（4）提供作者簡介的英文翻譯，其中應包括作者的出生年、籍貫、何時獲得已有學位、研究方向等內(nèi)容，可參見IEEE系列刊物作者簡介的翻譯；

（5）歡迎作者將具有原創(chuàng)性的研究成果直接以全英文論文投稿，應注意語言流暢，專業(yè)術語準確，符合科技英語表達習慣，并附上中文標題、單位、摘要和關鍵詞，以及中文作者簡介；

（6）為了保證出版的及時性，作者不得在自校階段對稿件作大幅修改，否則，將按新投稿件處理，編輯部保留追究由此造成的一切損失的權利。

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《電訊技術》編輯部

Analysis and Design of TT＆C Equipment Online M aintenance Integration

PENG Sen-lu，LEILei，LIUWei，YUAN Xiao-lin
（1.The Academy of Equipment Command＆Technology，Beijing 101416，China；2.Sanya Station，Xi′an Satellite Control Center，Sanya 572427，China）

For traditional TT＆C equipmentmaintenance the TT＆C equipment online maintenance integration concept is presented and realized through such way as the fault onlinemonitoring，intelligent trouble diagnosis and equipment fault informationmanagement.Featured by realtime detection，in-time fault treatmentand high intellectualized level，thismethod can improve the automation level ofequipmentmonitoring and the performance of equipment，and it is a great improvement for the current TT＆C equipment onlinemaintenance.

TT＆C equipment；onlinemaintenance integration；faultonlinemonitoring；intelligent trouble diagnosis；realtime detection

V11

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2011.09.003

彭森露（1986—），女，河南南陽人，2009年獲碩士學位，現(xiàn)為助教，主要研究方向為管理科學與工程；

1001-893X（2011）09-0010-05

2011-04-11；

2011-06-07