吳睫，王可，盧逸斌，謝芳

（1.上海航天電子技術(shù)研究所 上?！?01109；2.上海宇航系統(tǒng)工程研究所 上?！?01109）

運載火箭測試數(shù)據(jù)自診斷設(shè)計

吳睫1，王可1，盧逸斌2，謝芳1

（1.上海航天電子技術(shù)研究所 上海201109；2.上海宇航系統(tǒng)工程研究所 上海201109）

基于滿足運載火箭高密度發(fā)射的需要，提高測試效率、精簡測試人員成為今后發(fā)展的必然趨勢。運載火箭測試數(shù)據(jù)是與火箭進行溝通的主要介質(zhì)，它可以看做工程人員與火箭對話的一種語言，通過它既可以得到運載火箭的“身體狀況”、“健康參數(shù)”等重要信息，也可以告訴運載火箭需要執(zhí)行哪些任務、進行哪些工作。而采取技術(shù)手段優(yōu)化測試數(shù)據(jù)的傳輸與判讀方式，提高測試數(shù)據(jù)處理的自動化、智能化水平，則是解決這一問題的重要途徑。

數(shù)據(jù)；智能化；自診斷；PLC；TCP；UDP

運載火箭測試數(shù)據(jù)是與火箭進行溝通的主要介質(zhì)，它可以看做工程人員與火箭對話的一種語言，通過它既可以得到運載火箭的“身體狀況”、“健康參數(shù)”等重要信息，也可以告訴運載火箭需要執(zhí)行哪些任務、進行哪些工作。這些重要的數(shù)據(jù)包括向火箭發(fā)送的各種控制與執(zhí)行命令，也包括火箭發(fā)射前、發(fā)射時及飛行時各系統(tǒng)及單機的重要指標參數(shù)?？刂婆c指揮人員通過數(shù)據(jù)通訊向火箭計算機系統(tǒng)發(fā)送指令，技術(shù)人員通過專用軟件對火箭返回的測試數(shù)據(jù)進行分析判讀，從而對火箭的“健康”狀態(tài)進行實時分析判讀。因此，運載火箭測試數(shù)據(jù)對于火箭發(fā)射任務的成敗起到至關(guān)重要的作用。

1　發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

自2000年以來，地測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與判讀經(jīng)歷了3個階段，每個階段的設(shè)計方式均有所不同，有著各自的特點。

第一階段所采取的方式為“單點傳輸、集中處理、統(tǒng)一判讀”模式。某型運載火箭型號三化設(shè)備階段（2002～2006）即采取此類模式。由地測系統(tǒng)各測試單機點對點地將數(shù)據(jù)匯總至總體網(wǎng)系統(tǒng)，總體網(wǎng)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進行處理，判別，提供給判讀人員使用。此種類型的優(yōu)點在于模型簡單，易于構(gòu)建，但卻具有實時性較差的缺點，而且對中心處理系統(tǒng)（總體網(wǎng)）的依賴性較大，一旦其出現(xiàn)問題，造成的后果難以補救。

第二階段所采取的方式為“主動廣播、分散收集、分散判讀”模式。測試數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)源主動將數(shù)據(jù)進行廣播，各判讀終端分別對需要的數(shù)據(jù)進行收集后，在各自的界面上進行顯示，供數(shù)據(jù)判讀人員使用。某型運載火箭型號一體化測發(fā)控設(shè)備上采用此方法（2005～2012）。此種方式的全局構(gòu)想為總線型通訊模式，靈活性較大，判讀終端可按需啟用，且各類數(shù)據(jù)由不同的采集終端在以太網(wǎng)上以不同的端口進行廣播，互相不會造成影響。

第三階段所采取的方式為“主動廣播、分散判讀、實時診斷”，模式。在上述第二階段的方式上，增加了數(shù)據(jù)實時診斷與監(jiān)測功能，智能化與自動化程度較高。某型運載火箭地面一體化測發(fā)控系統(tǒng)即采用此種方法（2010～至今）。在測試系統(tǒng)中增加了開發(fā)數(shù)據(jù)實時診斷軟件與監(jiān)測軟件。實時診斷軟件可在測試的同時，被動接收各種類型的數(shù)據(jù)，同時對接收到的數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則進行實時判讀。一旦發(fā)生數(shù)據(jù)超差，則會通過通訊，自動介入測試流程，向測試人員發(fā)出警告信息。監(jiān)測軟件則實時顯示當前硬件與設(shè)備狀態(tài)，通過實時探測，對發(fā)生的故障自動進行顯示。

隨著社會的進步與科技的發(fā)展，國內(nèi)外眾多行業(yè)對通訊與實驗衛(wèi)星的需求逐年增多，以某型運載火箭型號為例，已由10年前的每年1～2次發(fā)射任務逐漸增加至5～6次，任務量增加了數(shù)倍。在此背景之下，為滿足運載火箭高密度發(fā)射的需要，提高測試效率、精簡測試人員成為今后發(fā)展的必然趨勢。而采取技術(shù)手段、優(yōu)化測試數(shù)據(jù)的傳輸與判讀方式，提高測試數(shù)據(jù)處理的自動化、智能化水平，則是解決這一問題的重要途徑。

2　設(shè)計方案

數(shù)據(jù)處理是指終端對通訊通路上的電信號進行解析、判斷、顯示的工作，一般也通過計算機技術(shù)進行處理。下文對其分別進行論述。

實時診斷技術(shù)方案

實時診斷技術(shù)設(shè)計包括3個方面：數(shù)據(jù)實時采集技術(shù)、智能化數(shù)據(jù)實時診斷技術(shù)與面向測試與操作人員的數(shù)據(jù)顯示技術(shù)。

2.1數(shù)據(jù)實時采集技術(shù)

數(shù)據(jù)實時采集是指從待測設(shè)備的模擬和數(shù)字被測單元中實時地采集非電量或者電量信號，送到上位機中進行分析和處理。數(shù)據(jù)實時采集的目的是為了即時得到測量電壓、電流、溫度、壓力或聲音等物理現(xiàn)象的變化情況。本設(shè)計的數(shù)據(jù)實時采集部分采用三菱公司的 Q系列 PLC（Programmable Logic Controller），每個PLC模塊具有32路模擬量采樣能力。使用3個模塊作為一組，使其共有96路采樣能力，并具有可擴展性［1］。再組合同系列的以太網(wǎng)模塊用于網(wǎng)絡通訊。

對96路采樣數(shù)據(jù)進行循環(huán)檢測，讀取采集的數(shù)值。3個PLC模塊同時遍歷并將結(jié)果寫入內(nèi)存。數(shù)據(jù)發(fā)送方面，PLC的以太網(wǎng)模塊支持TCP（Transmission Control Protocol）或UDP （User Datagram Protocol）協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸［2］。考慮到今后的可擴展性與數(shù)據(jù)的可容錯性，采用UDP方式，以間隔100毫秒的周期組播采樣數(shù)據(jù)。

PLC一旦加電，即按照程序設(shè)計循環(huán)采集數(shù)據(jù)，并以UDP的方式向測試網(wǎng)絡中發(fā)送。

2.2智能化實時診斷

智能化實時診斷的關(guān)鍵技術(shù)是從網(wǎng)絡獲取的大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是各種類型的原始數(shù)據(jù)，必須應用不同算法的進行判斷。因此制定針對各種類型數(shù)據(jù)的最優(yōu)算法是診斷技術(shù)的關(guān)鍵，利用經(jīng)驗數(shù)據(jù)，調(diào)用專家知識庫，制定合理的數(shù)據(jù)門限也是診斷技術(shù)的關(guān)鍵。在復雜的算法基礎(chǔ)上，系統(tǒng)使用了微軟MSchart控件作為采集波形的診斷顯示。在程序中設(shè)置波形閾值，當數(shù)值超過閾值則主動發(fā)出TCP回令幀給顯示軟件進行顯示報警［3］。

實時診斷軟件的主要功能（數(shù)傳、診斷）由于都在后臺運行，因此在軟件的界面設(shè)計上沒有嚴格的方案。軟件在運行時創(chuàng)建接收PLC數(shù)據(jù)的UDP端口與接收顯示軟件連接的TCP Server端口，并在界面上具有用于顯示UDP與TCP通訊是否正常的指示燈；軟件循環(huán)檢測是否接收到UDP數(shù)據(jù)，并對其進行解析。將解析得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入內(nèi)部存儲結(jié)構(gòu)，遞交數(shù)據(jù)判讀模塊與數(shù)據(jù)保存模塊；數(shù)據(jù)判讀模塊循環(huán)檢測是否有數(shù)據(jù)需要判讀，并在判讀后給出結(jié)論，將需要發(fā)送顯示的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入發(fā)送結(jié)構(gòu)（隊列）；數(shù)據(jù)發(fā)送模塊循環(huán)檢測是否有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，并按既定的幀格式組幀發(fā)送［4］。

實時診斷與顯示軟件間采取TCP連接方式發(fā)送數(shù)據(jù)。當診斷軟件診斷到有超差的錯誤數(shù)據(jù)時，自動向顯示軟件發(fā)送數(shù)據(jù)。

2.3數(shù)據(jù)顯示技術(shù)

數(shù)據(jù)顯示技術(shù)將數(shù)據(jù)以軟件界面的顯示形式直觀地提供給測試者或操作者，供判斷與決策使用。軟件界面使用指定的配色顯示。使用文本字樣順序顯示診斷標記為錯誤的采樣值。需要顯示的內(nèi)容有：編號、中文名稱、采樣值、與實際的偏差值、合格結(jié)論。根據(jù)用戶的需求，可以進一步實現(xiàn)各種曲線的實時顯示，事后的曲線處理，包括與歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗數(shù)據(jù)的比對，便于用戶可以迅速掌握產(chǎn)品信息做出正確決策［5］。

數(shù)據(jù)顯示技術(shù)主要用于使用既定的IP地址和端口向主機發(fā)起建立TCP連接。包括以下TCP連接事件（SocketEX. OnConneted）、TCP連接斷開事件（SocketEX.OnDisconnect）、數(shù)據(jù)讀取事件（SocketEX.OnMsg）、TCP異常處理事件（SocketEX. OnError）；需要下列可供調(diào)用的方法函數(shù)：建立連接（Connect）、斷開連接（DisConnect）、讀取數(shù)據(jù)（GetBytes）。數(shù)據(jù)處理模塊需要對數(shù)據(jù)幀進行解析，將數(shù)據(jù)幀拆分為幀頭、編碼等信息。按編碼將數(shù)據(jù)進行分類，以既定的約定放送到顯示模塊。發(fā)送方式可以選擇建立堆棧，以先進先出的方式按順序處理數(shù)據(jù)［6］。

顯示界面模塊按各軟件實際需求進行設(shè)計。可分為文本滾動顯示、曲線顯示以及虛擬儀表顯示方式。監(jiān)測到數(shù)據(jù)處理模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)后，按功能號和既定需求，將數(shù)據(jù)以文本、曲線或虛擬表頭的方式在界面上顯示出來。

圖1　軟件運行流程圖

3　結(jié)　論

經(jīng)過數(shù)據(jù)智能化傳輸與自診斷設(shè)計的研究，目前運載火箭已具備了可靠的數(shù)傳設(shè)計與高效快捷的數(shù)據(jù)處理方式，對測試工作的開展具有較大的意義，大大提高了測試效率。但目前為止，地面測試系統(tǒng)尚不具備遠程數(shù)據(jù)判讀、故障診斷等其他關(guān)鍵的運載火箭發(fā)射遠程支持能力，大部分數(shù)據(jù)分析工作仍是在發(fā)射場本地執(zhí)行。這種方式耗費了大量的人力、物力、財力，同時亦不便于前后方信息共享、技術(shù)交流等工作的開展，阻礙了運載火箭快速測試目標的發(fā)展腳步。在這一需求之下，遠程數(shù)據(jù)處理方式將成為今后運載火箭發(fā)展的必然趨勢。該方式可實現(xiàn)運載火箭執(zhí)行靶場任務期間前后方工作的同步性，同時具備提高工作效率、精簡進場人員、控制型號成本等優(yōu)勢。通訊信道的建設(shè)成為實現(xiàn)這一課題的第一要素，在條件許可的情況下可借助衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器實現(xiàn)前后方數(shù)據(jù)通訊功能。因此今后，建立遠程測發(fā)系統(tǒng)將是進一步研究的對象，最終期望實現(xiàn)遠程控制與指揮功能，這對數(shù)據(jù)的傳輸與處理提出了更高的要求。

圖2　顯示軟件流程圖

在大數(shù)據(jù)量高速通訊信道得以成功建設(shè)的前提下，研究遠程測發(fā)系統(tǒng)，可實現(xiàn)后方對發(fā)射基地的遠程測試數(shù)據(jù)判讀與評估、健康監(jiān)測與診斷 、數(shù)據(jù)挖掘與輔助決策和指揮控制；實現(xiàn)遠程技術(shù)問題可視化協(xié)調(diào)、遠程監(jiān)控與診斷、遠程辦公；實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)、遙測數(shù)據(jù)的回傳與存儲，建立測試數(shù)據(jù)庫；形成以型號總體院為核心、前后方協(xié)作的綜合協(xié)同調(diào)度管理模式，提高協(xié)調(diào)效率。最終將形成一個智能、全面、高速、高效、集成的運程數(shù)據(jù)處理中心。

［1］于繼超.工程飛行模擬器的高速實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計.計算機工程，2013（5）:297-300.

［2］毛春城.一種機載火控系統(tǒng)自動測試平臺的設(shè)計及實現(xiàn).電腦開發(fā)與應用，2013（6）:67-69.

［3］Robert V.Binder.Testing Object-Oriented Systems:Models，Patterns，and Tools［M］.USA:Addison-Wesley Professional，1999.

［4］Michael J.Mino.CMM:Beginners Understanding:Understanding the basics［M］.USA:CreateSpace Independent Publishing Platform，2012.

［5］任永昌.軟件項目開發(fā)方法與管理［M］.北京:清華大學出版社，2011.

［6］周美嬌.以太網(wǎng)通信模型［M］.上海：上海理工大學出版社，2001.

Test data self-diagnosis design of launch vehicle

WU Jie1，WANG Ke1，LU Yi-bin2，XIE Fang1
（1.Shanghai Aerospace Electronic Technology Institute，Shanghai 201109，China；2.Shanghai Aerospace System Engineering Institute，Shanghai 201109，China）

In order to meet the needs of high-density launch vehicle，improve test efficiency，streamline testers become the inevitable trend of future development.The of the is the main approach to the launch vehicle.It can be regarded as such a kind of language through which the engineering staff can communicate with the launch vehicle to get important information such as the"body condition"and"health index".It can also tell the launch vehicle what to do.Take technology to optimize the transmission and interpretation of the way the test data，that can improve the automation，intelligent level of test data processing，it is an important way to solve this problem.

data；intelligentize；self-diagnosis；PLC；TCP；UDP

TN919.5

A

1674－6236（2016）16-0073-03

2015-04-27稿件編號：201504288

吳 睫（1982—），女，江蘇鎮(zhèn)江人，工程師。研究方向：運載火箭測發(fā)控系統(tǒng)遠距離通訊及測試技術(shù)。