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简论基于XTCE改进模型的遥控指令生成系统设计

  1引言
  随着航天器复杂度和可靠性要求的提升,对航天器系统数据的解析和处理要求也随之不断升高。然而航天器的研制、管控系统和仿真系统等描述遥控数据的方式和格式却千差万别,不同的航天器的应用子系统、地面任务操作系统等,往往使用自己特有的数据接口定义,导致大量的数据转换、人工核对工作,增加系统开发维护费用,耗费了任务完成时间,增加大了任务风险。
  2基于XTCE的遥控元数据模型设计
  2.1XTCE的遥控元数据模型
  XTCE中定义了遥测元数据、遥控元数据和服务元素等概念。模型分了两级,第一级下定义了七个元素:参数类型、参数集合、数据段类型、元指令、指令容器、数据流和算法集合。元指令是具体的遥控指令对应的元素,其下第二级定义,列出了所有的子元素:系统名称、基本元指令、数据段、判读准则、发送限制、重要等级、单指令容器、互锁、校验集合。
  2.2基于XTCE改进的遥控元数据模型
  为本文改进后的遥控元数据模型,保留了XTCE遥控元数据模型中的七个元素。元指令中只保留判读准则,并将其重构到遥控数据下,新增加了指令集合元素。
  3基于XTCE改进模型的遥控指令生成系统软件架构设计
  基于XTCE改进模型的遥控指令生成系统是改进模型的工程化实践系统,用户可以方便地编辑、存储、生成、共享指令规则,快速地生成指令。本系统软件采用了三层的软件架构。
  3.1用户界面接口
  XTCE利用XML方式表述,提供了结构化且功能强大的描述方式。但XML编辑工作量大,人工管理繁杂且易出错。为此,本系统中通过软件建模,将繁杂的XML操作转换为表格化操作。
  用户界面接口提供了友好的界面,用户不必编辑大量的XML文件,而是通过表格化的编辑,即可完成指令规则生成和指令参数的管理。
  3.2业务处理层
  参数管理、指令管理、判读准则管理分别完成型号中参数、指令、判读准则的编辑和管理;指令规则管理模块完成指令规则的编辑;XTCE的标准中推荐自底向上的方式对规则进行描述,即先定义好基础的元素,如参数类型、指令类型后,再定义元指令,然后由元指令再定义容器和数据流等。在本系统的实践中兼容了这种方式,但更推荐采用自顶向下的方式。同时用户也不必先定义这些类型,再定义参数,软件实现上提供了需要类型时再定义的按需定义方式。
  指令生成模块用于根据预定义规则生成指令内容;而指令反演模块则将现有指令块的内容反演出其含义;可以根据实际需要将发令功能集成在该软件中。
  3.3数据库抽象层
  XML表述的文件易读性强,但是文本数据量大,纯文本的管理比较复杂,不便于管理和共享。本系统中,将XML结构转换为关系型数据库表存储。
  数据库抽象层,将数据库表封装为实例化的对象,上层模块只需要调用对象即可;该层屏蔽了底层异构的数据库形式,为用户在多种数据库形式的转换提供便利。
  4基于XTCE改进模型的遥控指令生成系统应用效果
  目前航天任务中有三类用于遥控数据生成的工具,分别是针对具体型号定制开发的工具、基于自定义XML格式的遥控指令生成工具和本文的基于XTCE改进模型的遥控指令生成软件。
  定制开发的工具通用性最差,指令生成规则嵌入在代码中实现,需要较长的开发时间,通常需要数周时间,且要求使用者先编程。由于开发者的设计水平、实现水平和已经投入时间的不同,定制软件的功能性也参差不齐,但通常都是围绕规则制定软件的功能。一旦工具完成后,用户就不再需要考虑更多的指令规则等情况。
  5结束语
  XTCE遥控元数据模型是CCSDS中定义遥控指令格式的模型,本文以该模型为基础,针对航天任务的现状和特点,对其进行了本地化的改进,在保留原有基本元素的基础上进行了模型的重构,使得其具有更好的开放性和本地适用性。在实现上,针对现有软件的不足,引用软件自动化技术,降低了任务学习和使用负担,提高了生成效率。