航天器信息物理測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互研究

沈峙宇

摘?要：伴隨著航天科技的不斷發(fā)展，關(guān)于航天器各部件的信息物理測(cè)試在實(shí)際工程中應(yīng)用的越來(lái)越廣泛。針對(duì)各類(lèi)仿真模型和實(shí)物硬件之間的通信數(shù)據(jù)不能便捷交互的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于航天器信息物理測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，采用JSON語(yǔ)言將多類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行組包解包，將協(xié)議封裝成庫(kù)，隨時(shí)調(diào)用，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)交互的靈活性。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)交互?組包解包?協(xié)議設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP399??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A????文章編號(hào)：1003-9082（2020）08-000-01

引言

多種類(lèi)仿真模型與不同實(shí)物硬件之間的數(shù)據(jù)交互是開(kāi)發(fā)和測(cè)試各類(lèi)航天器的重要組成部分。準(zhǔn)確地判斷出數(shù)據(jù)交互體現(xiàn)的內(nèi)容為把握航天器的運(yùn)行狀態(tài)、有效載荷、故障模式等提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。各類(lèi)仿真模型與硬件實(shí)物執(zhí)行任務(wù)時(shí)發(fā)出了錯(cuò)綜復(fù)雜的數(shù)據(jù)格式，為防止形成“信息孤島”，需要設(shè)計(jì)出符合每個(gè)任務(wù)數(shù)據(jù)的協(xié)議，來(lái)進(jìn)行多對(duì)多的信息交互。

一、信息物理測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介

信息物理測(cè)試系統(tǒng)是針對(duì)航天器的一套仿真測(cè)試系統(tǒng)，其中模型分為三大種類(lèi)：FMU模型、協(xié)議模型和硬件模型。通過(guò)三種模型可搭建仿真測(cè)試任務(wù)，同時(shí)可通過(guò)板卡和總線(xiàn)與實(shí)物硬件相連接，以達(dá)到對(duì)工程實(shí)物進(jìn)行測(cè)試的目的，極大地豐富了系統(tǒng)的功能性，提升了用戶(hù)使用的友好度。

二、模型硬件數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)外航天系統(tǒng)流行應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)是基于擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言XML的衛(wèi)星遙測(cè)數(shù)據(jù)處理方法XTCE（XML Telemetric and Command Exchange），該標(biāo)準(zhǔn)是由對(duì)象管理組織協(xié)會(huì)OMG（Object Management Grou）提出的。借鑒XTCE數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)航天器信息物理測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)際情況，本文采用新興的數(shù)據(jù)交換語(yǔ)言JSON，擺脫國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的基于文本約定的描述方式。通過(guò)JSON代碼的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容使得數(shù)據(jù)的描述具有了統(tǒng)一的方式，在各類(lèi)航天器模型和硬件數(shù)據(jù)交互過(guò)程中，避免了因數(shù)據(jù)格式產(chǎn)生通信障礙。使信息交互靈活地應(yīng)用在航天器的開(kāi)發(fā)測(cè)試任務(wù)中，使各類(lèi)仿真模型和實(shí)物硬件之間數(shù)據(jù)識(shí)別無(wú)縫對(duì)接，做到系統(tǒng)的快速修改和調(diào)整。

三、協(xié)議的設(shè)計(jì)與構(gòu)建

在航天器信息物理測(cè)試平臺(tái)中，采用樹(shù)結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)層次，支持用戶(hù)構(gòu)建自己的傳輸協(xié)議。包結(jié)構(gòu)分為root包、子包和條件包，其中root包作為總包有且只有一個(gè)，通過(guò)組包解包協(xié)議的確立，保證交互數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、有效性，實(shí)現(xiàn)模型仿真與連接硬件的統(tǒng)一性，滿(mǎn)足用戶(hù)各種需求的同時(shí)還可以對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。

根據(jù)測(cè)試平臺(tái)的工程需求，首先明確列出實(shí)際數(shù)據(jù)交互過(guò)程有可能遇到的各種類(lèi)型包結(jié)構(gòu)，通過(guò)歸納整理，設(shè)計(jì)統(tǒng)一的構(gòu)建數(shù)據(jù)交互協(xié)議的方式，例如包頭是否存在，如果存在，需要填寫(xiě)名稱(chēng)、內(nèi)容和長(zhǎng)度;支持填寫(xiě)包長(zhǎng)的范圍;有無(wú)校驗(yàn)碼，其校驗(yàn)范圍包括哪里，等等。如表1所示，構(gòu)建root包的協(xié)議設(shè)計(jì)所考慮的各類(lèi)需求。

在協(xié)議構(gòu)建中首先是進(jìn)行組包協(xié)議創(chuàng)建，對(duì)名稱(chēng)、大小端、字節(jié)序、包類(lèi)型進(jìn)行填寫(xiě)。然后需要完成包頭、包長(zhǎng)、數(shù)據(jù)、功能碼、校驗(yàn)的包結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后根據(jù)包結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)位置填寫(xiě)相應(yīng)的數(shù)據(jù)值。協(xié)議包經(jīng)平臺(tái)用戶(hù)配置完成后，包中數(shù)據(jù)由可視化模型連接進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配，組包由FMU模型所運(yùn)算生成的數(shù)值填入數(shù)據(jù)包中，而解包由硬件傳入數(shù)據(jù)。

四、協(xié)議的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與應(yīng)用

根據(jù)信息物理測(cè)試平臺(tái)中用戶(hù)構(gòu)建的協(xié)議配置，使用本文所設(shè)計(jì)基于JSON配置文件的遙測(cè)遙控?cái)?shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，所生成的包屬性的部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下所示。

“RootPackage”： { //root包屬性

“name”： “root”， ?//包名稱(chēng)

“endian”： “big”， ?//大小端

“bit_order”： “l(fā)ittle_bit_first”， ?//字節(jié)序

“protocol_type”： “none”} ???//協(xié)議類(lèi)型

在實(shí)現(xiàn)FMU模型和硬件結(jié)合的聯(lián)合仿真實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)解包協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

通過(guò)構(gòu)建協(xié)議體系的形成使基于信息物理測(cè)試技術(shù)的半實(shí)物仿真平臺(tái)可以真正應(yīng)用到工程實(shí)踐中，推動(dòng)其在航空航天領(lǐng)域聯(lián)合仿真技術(shù)的更廣泛應(yīng)用。使信息物理測(cè)試系統(tǒng)可以快速響應(yīng)仿真測(cè)試系統(tǒng)中任務(wù)的變化，極大地提高了仿真的效率。

結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要介紹航天器信息物理測(cè)試系統(tǒng)中數(shù)據(jù)交互研究的必要性，同時(shí)展現(xiàn)了自定義構(gòu)建協(xié)議包的設(shè)計(jì)思路。在解決自定義協(xié)議過(guò)程中，借鑒了XTCE標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)實(shí)際情況采用了更適合本測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的JSON語(yǔ)言，作為數(shù)據(jù)交換語(yǔ)言。使各類(lèi)軟硬件之間的數(shù)據(jù)交互打破壁壘，極大地提高了測(cè)試系統(tǒng)的靈活性。

參考文獻(xiàn)

[1]劉洋，李宗德，丁雪靜，戴媛媛，何曉苑.基于XTCE的衛(wèi)星遙測(cè)數(shù)據(jù)處理方法[J].遙測(cè)遙控，2017，38（1）：27-31.