李 爽

(航天恒星科技有限公司，北京 100086)

0 引言

2011年4月10日 HJ-1A衛(wèi)星泰國接收站工程建設(shè)項(xiàng)目在泰國曼谷驗(yàn)收交付，是我國首次實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星遙感地面接收站整套系統(tǒng)海外出口，HJ-1A 衛(wèi)星地面系統(tǒng)對衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行接收數(shù)據(jù)、處理和分發(fā)[1]。2012年9月29日，我國為委內(nèi)瑞拉發(fā)射委內(nèi)瑞拉遙感衛(wèi)星一號，這是我國首次向國際用戶提供遙感衛(wèi)星整星出口和在軌服務(wù)，建設(shè)遙感數(shù)據(jù)接收地面固定站，后為巴基斯坦發(fā)射遙感衛(wèi)星巴遙一號，為其建設(shè)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收固定站和移動(dòng)車載接收站，以及援烏拉圭氣象車載移動(dòng)站和援博茨瓦納氣象車載移動(dòng)站等，實(shí)現(xiàn)了遙感衛(wèi)星移動(dòng)接收站的自動(dòng)化運(yùn)行調(diào)度[2]和數(shù)據(jù)接收。

衛(wèi)星數(shù)據(jù)移動(dòng)接收站具備地面接收覆蓋區(qū)域大、機(jī)動(dòng)接收能力強(qiáng)，滿足遙感衛(wèi)星全天候、全天時(shí)數(shù)據(jù)接收的要求[3]。考慮室外天線的物理環(huán)境和電磁環(huán)境，移動(dòng)接收站在確保通信業(yè)務(wù)穩(wěn)定運(yùn)行情況下，選擇地貌條件好，周邊無建筑物遮擋的位置?？勘憧筛鶕?jù)數(shù)據(jù)接收任務(wù)進(jìn)行遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收[4]。移動(dòng)接收站執(zhí)行的數(shù)據(jù)接收任務(wù)來自外部業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)，但是民用移動(dòng)接收站通常無外部業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)為其發(fā)送遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)，需要人工操作創(chuàng)建數(shù)據(jù)接收任務(wù)，任務(wù)創(chuàng)建操作繁瑣，不能有效利用接收站的接收能力。針對無外部業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)的移動(dòng)接收站，提出了能夠以自動(dòng)規(guī)劃工作模式運(yùn)行的站監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)定時(shí)啟動(dòng)任務(wù)規(guī)劃作業(yè)為移動(dòng)接收站規(guī)劃加載遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)，自動(dòng)化調(diào)度天伺饋?zhàn)酉到y(tǒng)、信道子系統(tǒng)和記錄與快視子系統(tǒng)進(jìn)行遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收及數(shù)據(jù)處理。提高了移動(dòng)接收站的利用率，保障衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收的持續(xù)性。

1 移動(dòng)接收站站監(jiān)控軟件需求分析

移動(dòng)接收站包括站監(jiān)控子系統(tǒng)、天伺饋?zhàn)酉到y(tǒng)、信道子系統(tǒng)、記錄與快視子系統(tǒng)、資料處理子系統(tǒng)以及技術(shù)支持子系統(tǒng)[5-6]，移動(dòng)接收站系統(tǒng)組成如圖1所示。技術(shù)支持子系統(tǒng)的時(shí)統(tǒng)設(shè)備[7]向移動(dòng)接收站提供授時(shí)和站址服務(wù)。站監(jiān)控子系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)自動(dòng)化調(diào)度天飼饋?zhàn)酉到y(tǒng)、信道子系統(tǒng)、記錄與快視子系統(tǒng)進(jìn)行遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收，實(shí)時(shí)監(jiān)視接收站內(nèi)各子系統(tǒng)硬件設(shè)備的狀態(tài)信息和故障信息。為提高移動(dòng)接收站全自動(dòng)化運(yùn)行水平，實(shí)現(xiàn)有人值守?zé)o人操作的工作模式，對站監(jiān)控子系統(tǒng)站監(jiān)控軟件的技術(shù)要求包括了支持本地和遠(yuǎn)程任務(wù)、數(shù)據(jù)管理、軌道預(yù)報(bào)、監(jiān)控管理和任務(wù)調(diào)度[8-9]。

圖1 移動(dòng)接收站系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

圖2 站監(jiān)控軟件組成關(guān)系圖

1)支持遠(yuǎn)程和本地任務(wù)：移動(dòng)接收站本地使用軌道預(yù)報(bào)服務(wù)定時(shí)或人工計(jì)算遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)，或者將移動(dòng)接收站接入外部業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)工作環(huán)境，接收業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)遠(yuǎn)程下發(fā)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)。

2)數(shù)據(jù)管理：主動(dòng)連接軌道數(shù)據(jù)參數(shù)網(wǎng)站下載衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)并存儲管理，通過時(shí)統(tǒng)設(shè)備獲取接收站站址信息并存儲管理，根據(jù)數(shù)據(jù)維護(hù)策略自動(dòng)化完成各類數(shù)據(jù)的管理。

3)監(jiān)控管理：通過可視化界面集中監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)和工作參數(shù)，執(zhí)行衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)自動(dòng)化配置設(shè)備工作參數(shù)。

4)軌道預(yù)報(bào)：利用衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)和站址信息計(jì)算衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)和軌道預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)。

5)任務(wù)調(diào)度：執(zhí)行衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)，利用任務(wù)節(jié)點(diǎn)矩陣驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)接收流程，自動(dòng)調(diào)度站內(nèi)各子系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)接收工作。

2 關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)

站監(jiān)控軟件主要由監(jiān)控管理、軌道預(yù)報(bào)、數(shù)據(jù)管理、任務(wù)規(guī)劃、任務(wù)調(diào)度和圖形界面組成如圖2所示。站監(jiān)控軟件以C/S架構(gòu)設(shè)計(jì)，采用面向服務(wù)的設(shè)計(jì)思想，基于OSGI(open service gateway initiative)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，將軟件組件服務(wù)化，使應(yīng)用服務(wù)具備可插拔特性[10-11]，圖形界面為站監(jiān)控軟件的前端界面顯示模塊，其他組成站監(jiān)控軟件的后臺服務(wù)組件，部署于站監(jiān)控服務(wù)器，后臺服務(wù)組件的運(yùn)行環(huán)境適用于Windows和Linux平臺[12]。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境允許的情況下，在任何計(jì)算機(jī)終端部署前端界面顯示模塊都可通過網(wǎng)絡(luò)與站監(jiān)控服務(wù)器上部署的后臺服務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，監(jiān)視和控制站內(nèi)各子系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和工作參數(shù)。站監(jiān)控軟件定時(shí)啟動(dòng)任務(wù)規(guī)劃作業(yè)，從數(shù)據(jù)管理中獲取當(dāng)前移動(dòng)接收站的坐標(biāo)位置和衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)，調(diào)用軌道預(yù)報(bào)進(jìn)行衛(wèi)星任務(wù)計(jì)算，根據(jù)衛(wèi)星接收優(yōu)先級、規(guī)劃篩選規(guī)則以及時(shí)間沖突檢測，編排加載衛(wèi)星接收任務(wù)，同時(shí)向前端界面推送規(guī)劃結(jié)果列表，并由任務(wù)管理界面負(fù)責(zé)顯示接收站所有接收任務(wù)信息。接收站執(zhí)行衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)，由站監(jiān)控軟件的任務(wù)調(diào)度統(tǒng)一觸發(fā)各服務(wù)組件工作，監(jiān)控管理自動(dòng)化設(shè)置各子系統(tǒng)設(shè)備工作參數(shù)，軌道預(yù)報(bào)為天飼饋?zhàn)酉到y(tǒng)計(jì)算天線程引文件，向記錄與快視子系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)記錄任務(wù)，調(diào)度接收站各子系統(tǒng)完成衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)。

2.1 工作模式設(shè)計(jì)

根據(jù)衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)來源，站監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)兩種工作模式，自動(dòng)規(guī)劃模式和入網(wǎng)運(yùn)行模式如圖3所示。站監(jiān)控軟件設(shè)置為單模式運(yùn)行，數(shù)據(jù)接收任務(wù)為自動(dòng)化創(chuàng)建或遠(yuǎn)程接收，同時(shí)支持人工操作任務(wù)創(chuàng)建功能界面計(jì)算生成數(shù)據(jù)接收任務(wù)，加載并執(zhí)行衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收工作。

圖3 工作模式設(shè)計(jì)圖

1)自動(dòng)規(guī)劃模式：

自動(dòng)規(guī)劃模式是指移動(dòng)接收站的工作環(huán)境沒有外部業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)為其下發(fā)衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)，利用站監(jiān)控軟件計(jì)算衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)。

在移動(dòng)接收站需要變更地理位置執(zhí)行自動(dòng)規(guī)劃模式前，操作員通過前端界面一鍵取消站監(jiān)控軟件加載的全部未執(zhí)行任務(wù)，移動(dòng)接收站確認(rèn)?？课恢煤?，通過前端界面設(shè)置工作模式為自動(dòng)規(guī)劃模式，通過一鍵觸發(fā)啟動(dòng)任務(wù)規(guī)劃作業(yè)，立即規(guī)劃接收站衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)，向技術(shù)支持子系統(tǒng)獲取移動(dòng)接收站的地理位置信息，包括經(jīng)度、緯度和高度，獲取衛(wèi)星信息列表，根據(jù)最新的站址信息和軌道數(shù)據(jù)計(jì)算衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)表，對所有衛(wèi)星任務(wù)信息進(jìn)行優(yōu)先級排序、規(guī)劃篩選規(guī)則以及時(shí)間沖突檢測形成最終的移動(dòng)接收站衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)，通過任務(wù)管理界面查看站監(jiān)控軟件規(guī)劃加載的衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)列表。

站監(jiān)控軟件的工作模式為自動(dòng)規(guī)劃模式時(shí)，定時(shí)啟動(dòng)衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)規(guī)劃作業(yè)，將規(guī)劃完成的衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)形成可擴(kuò)展標(biāo)記語言(XML，EXtensible markup language)任務(wù)文件，放置在站監(jiān)控軟件的文件工作目錄，站監(jiān)控軟件對任務(wù)文件解析讀入，創(chuàng)建任務(wù)接收調(diào)度流程，啟動(dòng)任務(wù)準(zhǔn)備節(jié)點(diǎn)時(shí)間戳，定時(shí)觸發(fā)接收任務(wù)流程完成自動(dòng)化調(diào)度工作。站監(jiān)控軟件與接收站內(nèi)各子系統(tǒng)接口形式為SOCKET+XML，通過文件傳輸協(xié)議(FTP，file transfer protocol)向站內(nèi)子系統(tǒng)發(fā)送任務(wù)信息XML文件，接收子系統(tǒng)傳輸?shù)腦ML回執(zhí)文件。通過SOCKET[13]與站內(nèi)各子系統(tǒng)完成監(jiān)控通信。

2)入網(wǎng)運(yùn)行模式：

入網(wǎng)運(yùn)行模式是指移動(dòng)接收站接入外部業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)工作環(huán)境，外部業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)向移動(dòng)接收站發(fā)送衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)。

在移動(dòng)接收站需要變更地理位置執(zhí)行入網(wǎng)運(yùn)行模式前，操作員通過前端界面一鍵取消站監(jiān)控軟件加載的全部未執(zhí)行任務(wù)，在移動(dòng)接收站確認(rèn)?？课恢煤?，一鍵切換入網(wǎng)運(yùn)行模式，站監(jiān)控軟件通過技術(shù)支持子系統(tǒng)上報(bào)的監(jiān)視信息獲取移動(dòng)接收站地理位置，更新接收站的站址信息。入網(wǎng)運(yùn)行模式下接收的衛(wèi)星接收任務(wù)優(yōu)先級較高，如移動(dòng)接收站本地創(chuàng)建衛(wèi)星數(shù)據(jù)任務(wù)與業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)下發(fā)的遠(yuǎn)程任務(wù)時(shí)間沖突，則進(jìn)行自動(dòng)取消，加載業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)下發(fā)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)，加載完成啟動(dòng)任務(wù)準(zhǔn)備節(jié)點(diǎn)時(shí)間戳，定時(shí)執(zhí)行任務(wù)調(diào)度流程。

業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)通過FTP向站監(jiān)控軟件傳輸衛(wèi)星接收任務(wù)XML文件。站監(jiān)控軟件接收到衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)文件解析讀入，生成任務(wù)接收回執(zhí)XML文件，向業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)的FTP傳輸文件，通知業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)接收結(jié)果。

2.2 數(shù)據(jù)管理設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)管理主要是衛(wèi)星信息、站址信息、衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)的管理以及其他各類數(shù)據(jù)的自動(dòng)化維護(hù)與管理。站址信息和軌道數(shù)據(jù)是軌道預(yù)報(bào)時(shí)的輸入信息，站址信息的正確性和衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)的時(shí)效性決定了移動(dòng)站衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)規(guī)劃的有效性。

1)衛(wèi)星信息管理：

衛(wèi)星信息管理是移動(dòng)接收站支持?jǐn)?shù)據(jù)接收的衛(wèi)星信息的管理。衛(wèi)星信息包括北美防空司令部(NORAD)給出的衛(wèi)星編號、衛(wèi)星代號、衛(wèi)星系列及任務(wù)規(guī)劃標(biāo)識等信息，站監(jiān)控軟件使用衛(wèi)星編號和衛(wèi)星代號為輸入條件，從以太網(wǎng)自動(dòng)獲取軌道數(shù)據(jù)。

2)軌道數(shù)據(jù)管理：

軌道數(shù)據(jù)管理主要對兩行數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，軌道數(shù)據(jù)主要來自以太網(wǎng)和外部業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)。在站監(jiān)控軟件的工作模式為自動(dòng)規(guī)劃模式時(shí)，定時(shí)通過以太網(wǎng)獲取衛(wèi)星的軌道數(shù)據(jù)，將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流寫入文件，放入站監(jiān)控軟件的文件工作目錄，站監(jiān)控軟件對衛(wèi)星的軌道數(shù)據(jù)文件進(jìn)行讀取存儲。當(dāng)移動(dòng)接收站接入外部業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)工作環(huán)境時(shí)，由外部業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)將衛(wèi)星兩行數(shù)據(jù)文件通過FTP傳輸給站監(jiān)控軟件，站監(jiān)控軟件對軌道數(shù)據(jù)文件讀取存儲。除了自動(dòng)化獲取衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)，支持通過軌道數(shù)據(jù)管理界面手動(dòng)輸入軌道數(shù)據(jù)。

3)站址信息管理：

站址信息管理是對移動(dòng)接收站當(dāng)前地理位置信息的管理，包括經(jīng)度、緯度和高度。站址信息通過技術(shù)支持子系統(tǒng)中時(shí)統(tǒng)設(shè)備獲取，時(shí)統(tǒng)設(shè)備每秒主動(dòng)向站監(jiān)控軟件上報(bào)時(shí)間信息和地理位置信息。站址信息更新有兩種情況，一種是切換工作模式或一鍵啟動(dòng)任務(wù)規(guī)劃作業(yè)時(shí)，站監(jiān)控軟件會根據(jù)時(shí)統(tǒng)設(shè)備上報(bào)信息自動(dòng)更新保存站址信息，另一種是通過站監(jiān)控軟件站址管理界面，人工觸發(fā)站址獲取按鈕，自動(dòng)獲取時(shí)統(tǒng)設(shè)備上報(bào)的地理位置信息更新站址信息，同時(shí)允許使用編輯按鈕手動(dòng)編輯站址信息。

4)信息自動(dòng)化維護(hù)和管理：

信息自動(dòng)化維護(hù)是對站監(jiān)控軟件中各類文件以及數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化管理和維護(hù)。對站監(jiān)控軟件的配置信息進(jìn)行周期性備份管理，防止服務(wù)器異常文件損害，操作失誤修改配置信息，影響軟件正常運(yùn)行等。根據(jù)預(yù)置的維護(hù)策略，對各類文件和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化刪除，避免數(shù)據(jù)過多占用存儲空間。信息的自動(dòng)化維護(hù)策略全部可配置，根據(jù)文件和數(shù)據(jù)的存儲時(shí)效范圍，超過一定時(shí)間的文件和數(shù)據(jù)定時(shí)自動(dòng)刪除，同時(shí)支持通過信息自動(dòng)化管理界面人工一鍵維護(hù)數(shù)據(jù)。

2.3 軌道預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)

軌道預(yù)報(bào)主要是衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)計(jì)算和軌道預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)計(jì)算。站監(jiān)控軟件利用站址信息、衛(wèi)星兩行數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)時(shí)間范圍生產(chǎn)輸入文件，調(diào)用軌道預(yù)報(bào)服務(wù)，計(jì)算衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)或軌道預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)文件。

1)衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)計(jì)算：

衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)計(jì)算包括手動(dòng)計(jì)算和自動(dòng)計(jì)算。手動(dòng)計(jì)算是人工操作站監(jiān)控軟件的任務(wù)創(chuàng)建功能界面，選擇計(jì)算時(shí)間范圍，獲取站址信息和衛(wèi)星最新軌道數(shù)據(jù)開始計(jì)算，由軌道預(yù)報(bào)服務(wù)計(jì)算衛(wèi)星進(jìn)出站時(shí)間信息，并在計(jì)算結(jié)果列表中顯示，選取符合需求的衛(wèi)星進(jìn)出站時(shí)間記錄，生成衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)。自動(dòng)計(jì)算是站監(jiān)控軟件在自動(dòng)規(guī)劃工作模式下，由自動(dòng)規(guī)劃作業(yè)調(diào)度軌道預(yù)報(bào)服務(wù)，計(jì)算衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)。

2)軌道預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)計(jì)算：

軌道預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)計(jì)算包括手動(dòng)計(jì)算和自動(dòng)計(jì)算。手動(dòng)計(jì)算是人工操作站監(jiān)控軟件的天線軌道數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)功能界面，選擇任務(wù)時(shí)間范圍，獲取站址信息和衛(wèi)星最新軌道數(shù)據(jù)計(jì)算軌道預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)文件。自動(dòng)計(jì)算是在衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)流程中自動(dòng)調(diào)度，由任務(wù)準(zhǔn)備節(jié)點(diǎn)時(shí)間戳觸發(fā)軌道預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的自動(dòng)計(jì)算，計(jì)算完成向天飼饋?zhàn)酉到y(tǒng)發(fā)送軌道預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)文件，等待任務(wù)執(zhí)行。

2.4 任務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)

任務(wù)規(guī)劃是指站監(jiān)控軟件的任務(wù)規(guī)劃作業(yè)，在工作模式是自動(dòng)規(guī)劃模式時(shí)會定時(shí)啟動(dòng)任務(wù)規(guī)劃作業(yè)，由任務(wù)規(guī)劃作業(yè)完成整個(gè)移動(dòng)接收站的衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)規(guī)劃。任務(wù)規(guī)劃時(shí)間范圍默認(rèn)是2天，僅對設(shè)置有任務(wù)規(guī)劃標(biāo)識的衛(wèi)星進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃，任務(wù)規(guī)劃作業(yè)每天定時(shí)執(zhí)行，作業(yè)流程啟動(dòng)主動(dòng)從以太網(wǎng)獲取衛(wèi)星最新的軌道數(shù)據(jù)，軌道數(shù)據(jù)下載存儲完成，開始計(jì)算衛(wèi)星進(jìn)出站時(shí)刻表，檢查軌道數(shù)據(jù)是否為7日內(nèi)的軌道數(shù)據(jù)，如果存在則繼續(xù)計(jì)算，否則進(jìn)行計(jì)算告警提示，取消該衛(wèi)星的任務(wù)規(guī)劃，根據(jù)衛(wèi)星優(yōu)先級、規(guī)劃篩選規(guī)則和任務(wù)時(shí)間沖突檢測對所有衛(wèi)星進(jìn)出站時(shí)間計(jì)算結(jié)果進(jìn)行任務(wù)編排，形成最終的任務(wù)規(guī)劃結(jié)果信息表，將列表中每條信息生成一個(gè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)文件，站監(jiān)控軟件對所有任務(wù)文件解析加載，創(chuàng)建任務(wù)準(zhǔn)備節(jié)點(diǎn)時(shí)間戳，定時(shí)啟動(dòng)任務(wù)執(zhí)行流程，衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃流程如圖4所示。

圖4 衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃流程圖

1)任務(wù)規(guī)劃篩選規(guī)則：

站監(jiān)控軟件在自動(dòng)規(guī)劃模式下，根據(jù)衛(wèi)星優(yōu)先級設(shè)置、預(yù)置的規(guī)劃篩選規(guī)則和時(shí)間沖突檢測，對每顆衛(wèi)星進(jìn)行進(jìn)出站時(shí)間計(jì)算。衛(wèi)星優(yōu)先級設(shè)置是指接收站對衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收優(yōu)先級的設(shè)置，優(yōu)先級最高的衛(wèi)星接收其全部符合規(guī)劃條件的數(shù)據(jù)接收任務(wù)。規(guī)劃篩選規(guī)則包括衛(wèi)星進(jìn)出站過境時(shí)間差和衛(wèi)星過境時(shí)間段最高仰角度數(shù)值域。時(shí)間沖突檢測包括衛(wèi)星過境時(shí)間段和兩顆衛(wèi)星過境時(shí)間差的沖突檢測。

每顆衛(wèi)星的起始計(jì)算角度默認(rèn)為3度，在計(jì)算結(jié)果中篩選出衛(wèi)星進(jìn)出站時(shí)間差大于10分鐘，最高仰角大于15度的過境時(shí)間信息，根據(jù)衛(wèi)星優(yōu)先級規(guī)則，將優(yōu)先級最高的衛(wèi)星進(jìn)出站時(shí)間篩選結(jié)果全部放入任務(wù)規(guī)劃結(jié)果信息表中，優(yōu)先級低的衛(wèi)星篩選出的進(jìn)出站時(shí)間信息表與任務(wù)規(guī)劃結(jié)果信息表中的衛(wèi)星進(jìn)出站時(shí)間進(jìn)行過境時(shí)間沖突檢測，并判斷上一顆衛(wèi)星的出站時(shí)間和下一顆衛(wèi)星的進(jìn)站時(shí)間必須相隔5分鐘，滿足上述條件的進(jìn)出站時(shí)間信息將被存入任務(wù)規(guī)劃結(jié)果信息表中，將每顆衛(wèi)星的進(jìn)出站時(shí)間表依次與任務(wù)規(guī)劃結(jié)果信息表進(jìn)行時(shí)間沖突檢測，直到所有的衛(wèi)星遍歷完成，形成最終的任務(wù)規(guī)劃結(jié)果信息表如圖5所示。

圖5 任務(wù)規(guī)劃篩選

2)任務(wù)沖突檢測：

在入網(wǎng)運(yùn)行模式下，站監(jiān)控軟件接收業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)發(fā)送的遠(yuǎn)程衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)，并調(diào)度站內(nèi)各子系統(tǒng)完成衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收。站監(jiān)控軟件設(shè)置入網(wǎng)運(yùn)行模式下接收的遠(yuǎn)程任務(wù)優(yōu)先級最高，本地創(chuàng)建的任務(wù)優(yōu)先級低于遠(yuǎn)程任務(wù)，遠(yuǎn)程任務(wù)與本地創(chuàng)建任務(wù)沖突檢測，時(shí)間沖突會自動(dòng)取消本地創(chuàng)建任務(wù)，加載遠(yuǎn)程任務(wù)。如果業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)發(fā)送的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收任務(wù)與站監(jiān)控軟件已經(jīng)加載的遠(yuǎn)程任務(wù)時(shí)間沖突，那么站監(jiān)控軟件將拒絕加載該任務(wù)，生成接收結(jié)果文件填寫任務(wù)拒絕原因，向業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)發(fā)送，任務(wù)沖突檢測如圖6所示。對于沖突的遠(yuǎn)程任務(wù)，站監(jiān)控軟件支持遠(yuǎn)程取消后再傳輸新的任務(wù)。

圖6 任務(wù)沖突檢測

2.5 監(jiān)控管理設(shè)計(jì)

監(jiān)控管理主要是實(shí)時(shí)監(jiān)視接收站內(nèi)各子系統(tǒng)硬件設(shè)備的工作參數(shù)和狀態(tài)，在數(shù)據(jù)接收任務(wù)流程中自動(dòng)對各子系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行控制，對設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)提供集中監(jiān)控，周期性采集設(shè)備的綜合狀態(tài)，對設(shè)備故障信息進(jìn)行故障定位和告警提示，站監(jiān)控軟件監(jiān)控管理如圖7所示。

圖7 站監(jiān)控軟件監(jiān)控管理示意圖

1)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控：

設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控是站監(jiān)控軟件與接收站內(nèi)各子系統(tǒng)的硬件設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行監(jiān)控通信，支持TCP[14-15]、UDP[16]以及串口通信[17-18]協(xié)議。站監(jiān)控軟件周期性向硬件設(shè)備發(fā)送查詢命令，設(shè)備向站監(jiān)控軟件上報(bào)查詢響應(yīng)信息，包括工作參數(shù)和工作狀態(tài)，站監(jiān)控軟件將收到的響應(yīng)信息進(jìn)行解析并向可視化界面推送顯示。通過站監(jiān)控軟件的設(shè)備監(jiān)控界面可以對站內(nèi)可監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，修改設(shè)備的工作參數(shù)，設(shè)備收到站監(jiān)控軟件發(fā)送的參數(shù)控制命令，對參數(shù)進(jìn)行設(shè)置完成后向站監(jiān)控軟件反饋參數(shù)控制結(jié)果。站監(jiān)控軟件向設(shè)備發(fā)送查詢命令的周期時(shí)間可設(shè)置，在參數(shù)控制界面對每個(gè)參數(shù)進(jìn)行范圍和有效性檢查，避免參數(shù)控制錯(cuò)誤操作。對于部分硬件設(shè)備，設(shè)計(jì)為監(jiān)視信息主動(dòng)上報(bào)模式，無需站監(jiān)控軟件發(fā)送查詢命令，開機(jī)后自動(dòng)每秒向站監(jiān)控軟件上報(bào)工作參數(shù)和工作狀態(tài)。站監(jiān)控軟件對設(shè)備工作參數(shù)異常信息進(jìn)行提示，定位故障原因，對于設(shè)備異常狀態(tài)，站監(jiān)控軟件利用界面醒目圖標(biāo)告警以及聲音告警兩種形式提示操作員檢查[19]。

2)集中監(jiān)視和控制：

集中監(jiān)視和控制是將站內(nèi)所有可監(jiān)控設(shè)備的關(guān)鍵信息和工作狀態(tài)集中在一個(gè)界面中顯示。在數(shù)據(jù)接收任務(wù)自動(dòng)化流程中可實(shí)時(shí)查看站內(nèi)設(shè)備工作狀態(tài)，對于出現(xiàn)的異常情況可快速處理。

在非任務(wù)階段，站監(jiān)控軟件按照預(yù)置的時(shí)間頻率對接收站內(nèi)所有設(shè)備的綜合狀態(tài)和工作參數(shù)進(jìn)行采集[20]，以一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲。在任務(wù)階段，站監(jiān)控軟件每秒收集一次接收站硬件設(shè)備的綜合狀態(tài)和工作參數(shù)，以一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲。當(dāng)數(shù)據(jù)接收出現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量問題時(shí)，用于事后分析，確定設(shè)備工作狀態(tài)是否正常。

3)自動(dòng)化控制：

自動(dòng)化控制是站監(jiān)控軟件在執(zhí)行數(shù)據(jù)接收任務(wù)前準(zhǔn)備時(shí)間，定時(shí)自動(dòng)對接收站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行的組配宏參數(shù)控制。站監(jiān)控軟件為每顆衛(wèi)星配置了一套組配宏參數(shù)，其包括接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)的所有子系統(tǒng)設(shè)備工作參數(shù)以及鏈路配置。對每個(gè)組配宏參數(shù)都進(jìn)行一定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲，包括文件形式和數(shù)據(jù)庫形式，并允許通過組配宏參數(shù)管理界面對設(shè)備的工作參數(shù)和鏈路配置進(jìn)行管理。

將組配宏參數(shù)分為兩類，一類是數(shù)據(jù)接收任務(wù)組配宏，一類是測試組配宏。數(shù)據(jù)接收任務(wù)組配宏是由任務(wù)發(fā)起調(diào)用，在執(zhí)行數(shù)據(jù)接收自動(dòng)化流程前的準(zhǔn)備時(shí)間，調(diào)度衛(wèi)星組配宏，將設(shè)備的參數(shù)信息和鏈路信息拆分重組，并傳遞給監(jiān)控管理，由監(jiān)控管理向硬件設(shè)備發(fā)送工作參數(shù)控制和鏈路配置。測試組配宏是由人工發(fā)起站內(nèi)測試工作，誤碼率測試、閉環(huán)測試以及私服性能測試等[5]，通過操作組配宏管理界面，完成組配宏參數(shù)控制。

4)監(jiān)控?cái)U(kuò)展性：

為了提高接移動(dòng)接收站各子系統(tǒng)可靠性和運(yùn)行效率，同時(shí)便于系統(tǒng)擴(kuò)展及系統(tǒng)的維護(hù)，要求規(guī)范設(shè)備硬件接口，提升設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化程度[21]，監(jiān)控管理針對接收站內(nèi)設(shè)備的新增和變更問題設(shè)計(jì)了擴(kuò)展性強(qiáng)的監(jiān)控結(jié)構(gòu)，設(shè)備監(jiān)控接口升級，修改站監(jiān)控軟件中硬件設(shè)備的監(jiān)控接口信息和網(wǎng)絡(luò)通信配置便可完成硬件設(shè)備監(jiān)控管理升級，避免修改任何軟件編碼。隨著接收站設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通信的不斷升級，設(shè)備的通信協(xié)議由TCP換為UDP，串口換為TCP，站監(jiān)控軟件針對通信協(xié)議的變化進(jìn)行了配置升級，通過修改設(shè)備信息的通信類型完成通信協(xié)議的更新。

2.6 任務(wù)調(diào)度設(shè)計(jì)

任務(wù)調(diào)度是站監(jiān)控軟件啟動(dòng)數(shù)據(jù)接收任務(wù)時(shí)利用任務(wù)節(jié)點(diǎn)矩陣調(diào)度各子系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)接收任務(wù)，將任務(wù)節(jié)點(diǎn)矩陣調(diào)度策略采用XML文件可配置的方式存儲管理。任務(wù)調(diào)度將數(shù)據(jù)接收任務(wù)劃分為多個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)完成一項(xiàng)流程工作，站監(jiān)控軟件加載數(shù)據(jù)接收任務(wù)成功后自動(dòng)創(chuàng)建任務(wù)準(zhǔn)備時(shí)間戳，通過任務(wù)準(zhǔn)備時(shí)間戳，定時(shí)啟動(dòng)任務(wù)節(jié)點(diǎn)矩陣流程。任務(wù)節(jié)點(diǎn)矩陣將數(shù)據(jù)接收任務(wù)劃分為任務(wù)準(zhǔn)備節(jié)點(diǎn)、開始節(jié)點(diǎn)、回執(zhí)節(jié)點(diǎn)、子報(bào)告節(jié)點(diǎn)、報(bào)告節(jié)點(diǎn)、結(jié)束節(jié)點(diǎn)和超時(shí)節(jié)點(diǎn)等，將流程節(jié)點(diǎn)羅列在任務(wù)節(jié)點(diǎn)矩陣中，每個(gè)任務(wù)節(jié)點(diǎn)處理一項(xiàng)流程工作，完成節(jié)點(diǎn)工作后會向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送工作消息，通知下一個(gè)工作節(jié)點(diǎn)開始工作或啟動(dòng)工作時(shí)間戳，工作時(shí)間戳與定時(shí)器相似，等待約定的時(shí)間后觸發(fā)工作執(zhí)行，如定義的時(shí)間戳為工作節(jié)點(diǎn)檢查類時(shí)間戳，在定時(shí)觸發(fā)檢查工作前已完成節(jié)點(diǎn)工作，取消檢查時(shí)間戳。針對每個(gè)流程節(jié)點(diǎn)處理結(jié)果預(yù)置了多種處理方案，同時(shí)設(shè)計(jì)超時(shí)機(jī)制，若某一流程節(jié)點(diǎn)運(yùn)行異常，無法在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)，則在運(yùn)行時(shí)間超過設(shè)定的閾值后，放棄等待，直接執(zhí)行后續(xù)未完成的作業(yè)或進(jìn)行超時(shí)工作處理，提出告警信息，不因?yàn)槟骋还?jié)點(diǎn)的執(zhí)行結(jié)果影響整個(gè)任務(wù)流程。

當(dāng)站監(jiān)控軟件向子系統(tǒng)發(fā)送任務(wù)文件后啟動(dòng)回執(zhí)文件等待節(jié)點(diǎn)時(shí)間戳，開始等待子系統(tǒng)傳輸回執(zhí)文件，文件等待時(shí)間戳定時(shí)讀取回執(zhí)文件，當(dāng)子系統(tǒng)的回執(zhí)文件是接收狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)發(fā)送接收工作消息，啟動(dòng)子系統(tǒng)報(bào)告節(jié)點(diǎn)檢查時(shí)間戳，準(zhǔn)備工作完成啟動(dòng)任務(wù)開始節(jié)點(diǎn)和任務(wù)結(jié)束節(jié)點(diǎn)，衛(wèi)星進(jìn)站任務(wù)開始，開始節(jié)點(diǎn)觸發(fā)監(jiān)視數(shù)據(jù)采集等工作，各子系統(tǒng)開始數(shù)據(jù)接收工作，衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收結(jié)束，子系統(tǒng)生成數(shù)據(jù)接收報(bào)告向站監(jiān)控軟件發(fā)送，站監(jiān)控軟件收到子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收報(bào)告后取消子系統(tǒng)報(bào)告節(jié)點(diǎn)檢查時(shí)間戳，衛(wèi)星出站任務(wù)結(jié)束，結(jié)束節(jié)點(diǎn)停止采集工作，向報(bào)告節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)告檢查消息，獲取子系統(tǒng)上報(bào)的工作報(bào)告，報(bào)告節(jié)點(diǎn)整理生成任務(wù)完成報(bào)告。當(dāng)子系統(tǒng)報(bào)告節(jié)點(diǎn)檢查時(shí)間戳定時(shí)啟動(dòng)，則向超時(shí)節(jié)點(diǎn)發(fā)送子系統(tǒng)報(bào)告超時(shí)消息，超時(shí)節(jié)點(diǎn)收到消息則向報(bào)告節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)告超時(shí)消息，報(bào)告節(jié)點(diǎn)整理生成任務(wù)超時(shí)報(bào)告，任務(wù)節(jié)點(diǎn)矩陣運(yùn)行狀態(tài)如圖8所示。

在自動(dòng)規(guī)劃工作模式下，站監(jiān)控軟件任務(wù)規(guī)劃完成后生成任務(wù)文件，將文件傳入軟件文件工作目錄掃描解析加載，為每個(gè)任務(wù)啟動(dòng)任務(wù)準(zhǔn)備時(shí)間戳，在任務(wù)前準(zhǔn)備時(shí)間，任務(wù)流程準(zhǔn)備節(jié)點(diǎn)開始工作，計(jì)算軌道預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)文件向天飼饋?zhàn)酉到y(tǒng)傳輸，生成數(shù)據(jù)記錄任務(wù)文件向記錄與快視子系統(tǒng)傳輸，向站內(nèi)各子系統(tǒng)發(fā)起自動(dòng)化設(shè)備參數(shù)控制，準(zhǔn)備節(jié)點(diǎn)完成，等待回執(zhí)文件，站內(nèi)子系統(tǒng)接收接收確認(rèn)回執(zhí)，等待任務(wù)執(zhí)行，衛(wèi)星進(jìn)站時(shí)間任務(wù)開始，站監(jiān)控軟件開始每秒收集站內(nèi)各設(shè)備綜合監(jiān)控信息，數(shù)據(jù)接收任務(wù)執(zhí)行完成，衛(wèi)星出站，站監(jiān)控軟件接收記錄與快視子系統(tǒng)上報(bào)的數(shù)據(jù)接收報(bào)告文件，站監(jiān)控軟件將報(bào)告文件進(jìn)行解析，整理為最終的數(shù)據(jù)接收完成報(bào)告，如圖9所示。在入網(wǎng)運(yùn)行模式下，將數(shù)據(jù)接收完成報(bào)告發(fā)送給業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)，如圖10所示。

3 工程實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用

圖8 任務(wù)節(jié)點(diǎn)矩陣運(yùn)行狀態(tài)圖

圖9 自動(dòng)規(guī)劃模式任務(wù)調(diào)度流程

圖10 入網(wǎng)運(yùn)行模式任務(wù)調(diào)度流程

結(jié)合某國際出口項(xiàng)目3.7米氣象衛(wèi)星車載移動(dòng)接收站對站監(jiān)控軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，無外部業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)提供衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)，由站監(jiān)控軟件完成數(shù)據(jù)接收任務(wù)的創(chuàng)建以及數(shù)據(jù)接收流程調(diào)度。氣象衛(wèi)星[22]移動(dòng)接收站包括接收TERRA、AUQA、NOAA，風(fēng)云系列衛(wèi)星FENGYUN3D及FENGYUN2H等[23]，氣象衛(wèi)星接收站根據(jù)工程應(yīng)用能力接收氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)。將站監(jiān)控軟件的工作模式設(shè)置為自動(dòng)規(guī)劃模式，定時(shí)啟動(dòng)任務(wù)規(guī)劃作業(yè)，從以太網(wǎng)https：//celestrak.com中獲取衛(wèi)星的兩行數(shù)據(jù)[24]，將衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)存入文件并入庫存儲。

站監(jiān)控軟件初始啟動(dòng)衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)列表為空，檢查移動(dòng)接收站內(nèi)各子系統(tǒng)設(shè)備工作狀態(tài)，確認(rèn)站監(jiān)控軟件之間網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控狀態(tài)，由操作人員通過站監(jiān)控軟件前端界面對衛(wèi)星信息進(jìn)行管理，確認(rèn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收優(yōu)先級和衛(wèi)星信息列表，配置衛(wèi)星進(jìn)出站時(shí)間預(yù)報(bào)起始計(jì)算角度、衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收最短時(shí)間、數(shù)據(jù)接收最高仰角最小角度值域和任務(wù)間隔時(shí)間等，系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)確認(rèn)完成，一鍵啟動(dòng)任務(wù)規(guī)劃作業(yè)，開始更新站址信息，獲取軌道數(shù)據(jù)，計(jì)算衛(wèi)星進(jìn)出站信息，通過任務(wù)規(guī)劃篩選、衛(wèi)星優(yōu)先級以及時(shí)間沖突檢測形成最終衛(wèi)星進(jìn)出站時(shí)間信息列表，將規(guī)劃結(jié)果形成任務(wù)文件讀入加載，通過站監(jiān)控軟件任務(wù)管理界面查看衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)列表。允許操作員對站監(jiān)控軟件規(guī)劃的任務(wù)列表進(jìn)行管理，取消某數(shù)據(jù)接收任務(wù)，通過任務(wù)創(chuàng)建功能界面手動(dòng)操作創(chuàng)建新的衛(wèi)星接收任務(wù)。站監(jiān)控軟件自動(dòng)調(diào)度站內(nèi)各子系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)接收任務(wù)。

提供入網(wǎng)運(yùn)行模式，將移動(dòng)接收站接入某業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)與站監(jiān)控軟件存在任務(wù)接口，通過FTP向站監(jiān)控軟件下發(fā)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收任務(wù)XML文件及衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)，站監(jiān)控軟件不再進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃作業(yè)，主要執(zhí)行業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)下發(fā)的數(shù)據(jù)接收任務(wù)，數(shù)據(jù)接收完成，將數(shù)據(jù)接收報(bào)告通過FTP向業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)傳輸。

自動(dòng)規(guī)劃模式對衛(wèi)星列表中具有任務(wù)規(guī)劃標(biāo)識的衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)接收任務(wù)的規(guī)劃，接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)。在入網(wǎng)運(yùn)行模式時(shí)，移動(dòng)接收站接收業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)規(guī)劃的數(shù)據(jù)接收任務(wù)，根據(jù)工程應(yīng)用能力移動(dòng)接收站可擴(kuò)展接收其他氣象衛(wèi)星、陸地衛(wèi)星和海洋衛(wèi)星等數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語

對于海外項(xiàng)目的遙感衛(wèi)星移動(dòng)接收站站監(jiān)控軟件，其定時(shí)自動(dòng)規(guī)劃衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)的設(shè)計(jì)提高了移動(dòng)接收站的全自動(dòng)化運(yùn)行，避免人工操作效率低和任務(wù)編排規(guī)劃的不合理性，提高了移動(dòng)接收站的利用率，保障衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收的持續(xù)性。