可重構(gòu)設(shè)計(jì)的測(cè)控站監(jiān)控系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

可重構(gòu)設(shè)計(jì)的測(cè)控站監(jiān)控系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類對(duì)空間探索的步伐越來越大。空間任務(wù)的需求，推動(dòng)地面測(cè)控系統(tǒng)的更新和發(fā)展，主要體現(xiàn)在：測(cè)控站的建設(shè)周期越來越短；測(cè)控設(shè)備更新、改造和添加變得更頻繁，測(cè)控站的控制容量和鏈路隨著需求不斷的擴(kuò)大。完善高效的地面測(cè)控系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)，可以提高測(cè)控站的工作效率，提高業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)備的利用率，縮短測(cè)控業(yè)務(wù)的準(zhǔn)備時(shí)間，準(zhǔn)確、高效地完成衛(wèi)星業(yè)務(wù)測(cè)控的各項(xiàng)工作任務(wù)，對(duì)于提高對(duì)衛(wèi)星的控制精度，延長(zhǎng)衛(wèi)星的使用壽命具有重要意義。

　　測(cè)控站監(jiān)控系統(tǒng)在測(cè)控系統(tǒng)中的主要任務(wù)是：

　　● 地面測(cè)控設(shè)備的監(jiān)視

　　● 地面測(cè)控設(shè)備的控制和設(shè)置

　　● 地面測(cè)控設(shè)備間的聯(lián)合控制

　　測(cè)控設(shè)備間的聯(lián)合監(jiān)控對(duì)于設(shè)備調(diào)試、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、校準(zhǔn)等情況特別有用。測(cè)控設(shè)備之間只有測(cè)控?cái)?shù)據(jù)的交換，但對(duì)于操作參數(shù)和操作進(jìn)程缺少相互協(xié)調(diào)和配合的途徑。而監(jiān)控系統(tǒng)在業(yè)務(wù)操作之外，對(duì)所有的設(shè)備都可以進(jìn)行控制和監(jiān)視。在這些關(guān)鍵階段，監(jiān)控系統(tǒng)處于“領(lǐng)導(dǎo)地位”，是各種操作任務(wù)的發(fā)起和組織者，也是任務(wù)進(jìn)程的監(jiān)視和控制者。

　　現(xiàn)有的集中式監(jiān)控系統(tǒng)，在硬件結(jié)構(gòu)上多采用數(shù)據(jù)采集卡的模式，系統(tǒng)擴(kuò)展比較困難，單一插卡難以適應(yīng)多種多樣的設(shè)備接口，而且存在數(shù)據(jù)采集的瓶頸。在軟件結(jié)構(gòu)上，通常著眼于當(dāng)時(shí)地面系統(tǒng)的組成，監(jiān)控畫面和操作比較固定，一旦更換了其他型號(hào)的設(shè)備，或者設(shè)備接口發(fā)生了變化，需要修改源代碼才能適應(yīng)，維護(hù)起來很不方便，也影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。因此我們研究并開發(fā)了基于可重構(gòu)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新型監(jiān)控系統(tǒng)。

　　集中式監(jiān)控系統(tǒng)

　　現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)通常是和地面設(shè)備一起構(gòu)建，一般采用集中式體系結(jié)構(gòu)，即由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)加上多路數(shù)據(jù)采集接口卡構(gòu)成，協(xié)同專用監(jiān)控程序一起組成監(jiān)控系統(tǒng)（見圖1）。

　　圖1 集中式監(jiān)控系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

　　在集中式體系的監(jiān)控系統(tǒng)中，所有測(cè)控設(shè)備的監(jiān)控信息都通過一塊或者多塊多路數(shù)據(jù)采集卡，收集數(shù)據(jù)到處理計(jì)算機(jī)，然后由數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)根據(jù)設(shè)備的類型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將結(jié)果送監(jiān)控程序顯示或者提交用戶處理。

　　采用集中式的監(jiān)控系統(tǒng)存在以下問題。

　　● 所有數(shù)據(jù)采集和處理全部由數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)處理，對(duì)計(jì)算機(jī)的處理能力特別是數(shù)據(jù)采集能力要求很高。如果數(shù)據(jù)處理量很大或者數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求很高時(shí)，會(huì)造成計(jì)算機(jī)負(fù)荷超載而出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，這正是現(xiàn)有集中式監(jiān)控系統(tǒng)存在的最大問題。

　　● 由于集中式監(jiān)控系統(tǒng)大都是專用系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集和軟件處理在一起，系統(tǒng)一旦建成，控制設(shè)備容量和模式都基本確定，體系結(jié)構(gòu)封閉，不易擴(kuò)展。

　　● 數(shù)據(jù)采集接口復(fù)雜，集中在一起，容易造成互相干擾。

　　● 布線復(fù)雜，故障率高。集中式監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集接口集中于一臺(tái)計(jì)算機(jī)中，分布于測(cè)控站不同地方的所有的測(cè)控設(shè)備數(shù)據(jù)接口都與數(shù)據(jù)采集接口卡連接，數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)等各種信號(hào)一起布，布線復(fù)雜。

　　可重構(gòu)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想

　　監(jiān)控系統(tǒng)為了能夠適應(yīng)新的變化，即能夠用最短的時(shí)間完成設(shè)計(jì)和調(diào)試工作，通過調(diào)整系統(tǒng)的硬件配置和軟件參數(shù)設(shè)置在一定的范圍內(nèi)支持改造和添加設(shè)備，并且克服現(xiàn)有系統(tǒng)存在的弊端。新的系統(tǒng)采用了可重構(gòu)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即采用分布式的智能數(shù)據(jù)接口單元，將所有測(cè)控設(shè)備的不同物理數(shù)據(jù)接口，轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)接口，通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的控制軟件也采用工業(yè)控制組態(tài)的設(shè)計(jì)思想，將測(cè)控設(shè)備抽象為不同類別的控制控件，將控件排列組合后形成不同的信道控制鏈路，從而使實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的可重構(gòu)設(shè)計(jì)。可重構(gòu)設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)參見圖2。

圖2 可重構(gòu)監(jiān)控系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)