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試在實際工程中應(yīng)用的越來越廣泛。針對各類仿真模型和實物硬件之間的通信數(shù)據(jù)不能便捷交互的問題，設(shè)計了一種基于航天器信息物理測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，采用JSON語言將多類數(shù)據(jù)進(jìn)行組包解包，將協(xié)議封裝成庫，隨時調(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

中圖分類號：TP399??文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A????文章編號：1003-9082（2020）08-000-01

引言

多種類仿真模型與不同實物硬件之間的數(shù)據(jù)交互是開發(fā)和測試各類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。各類仿真模型與硬件實物執(zhí)行任務(wù)時發(fā)出了錯綜復(fù)雜的數(shù)據(jù)格式，為防止形成“信息孤島”，需要設(shè)計出符合每個任務(wù)數(shù)據(jù)的協(xié)議，來進(jìn)行多對多的信息交互。

一、信息物理測試系統(tǒng)簡介

信息物理測試系統(tǒng)是針對航天器的一套仿真測試系統(tǒng)，其中模型分為三大種類：FMU模型、協(xié)議模型和硬件模型。通過三種模型可搭建仿真測試任務(wù)，同時可通過板卡和總線與實物硬件相連接，以達(dá)到對工程實物進(jìn)行測試的目的，極大地豐富了系統(tǒng)的功能性，提升了用戶使用的友好度。

二、模型硬件數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)

國外航天系統(tǒng)流行應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)是基于擴(kuò)展標(biāo)記語言XML的衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)處理方法XTCE（XML Telemetric and Command Exchange），該標(biāo)準(zhǔn)是由對象管理組織協(xié)會OMG（Object Management Grou）提出的。借鑒XTCE數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)航天器信息物理測試系統(tǒng)的實際情況，本文采用新興的數(shù)據(jù)交換語言JSON，擺脫國內(nèi)應(yīng)用較多的基于文本約定的描述方式。通過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，在各類航天器模型和硬件數(shù)據(jù)交互過程中，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)用在航天器的開發(fā)測試任務(wù)中，使各類仿真模型和實物硬件之間數(shù)據(jù)識別無縫對接，做到系統(tǒng)的快速修改和調(diào)整。

三、協(xié)議的設(shè)計與構(gòu)建

在航天器信息物理測試平臺中，采用樹結(jié)構(gòu)的節(jié)點層次，支持用戶構(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，通過組包解包協(xié)議的確立，保證交互數(shù)據(jù)的實時性、有效性，實現(xiàn)模型仿真與連接硬件的統(tǒng)一性，滿足用戶各種需求的同時還可以對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。

根據(jù)測試平臺的工程需求，首先明確列出實際數(shù)據(jù)交互過程有可能遇到的各種類型包結(jié)構(gòu)，通過歸納整理，設(shè)計統(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，需要填寫名稱、內(nèi)容和長度;支持填寫包長的范圍;有無校驗碼，其校驗范圍包括哪里，等等。如表1所示，構(gòu)建root包的協(xié)議設(shè)計所考慮的各類需求。

在協(xié)議構(gòu)建中首先是進(jìn)行組包協(xié)議創(chuàng)建，對名稱、大小端、字節(jié)序、包類型進(jìn)行填寫。然后需要完成包頭、包長、數(shù)據(jù)、功能碼、校驗的包結(jié)構(gòu)設(shè)計，最后根據(jù)包結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)位置填寫相應(yīng)的數(shù)據(jù)值。協(xié)議包經(jīng)平臺用戶配置完成后，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)議的實驗結(jié)果與應(yīng)用

根據(jù)信息物理測試平臺中用戶構(gòu)建的協(xié)議配置，使用本文所設(shè)計基于JSON配置文件的遙測遙控數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，所生成的包屬性的部分實驗數(shù)據(jù)如下所示。

“RootPackage”： { //root包屬性

“name”： “root”， ?//包名稱

“endian”： “big”， ?//大小端

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

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

在實現(xiàn)FMU模型和硬件結(jié)合的聯(lián)合仿真實驗中，通過解包協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，其實驗結(jié)果如圖1所示。

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

結(jié)語

本文簡要介紹航天器信息物理測試系統(tǒng)中數(shù)據(jù)交互研究的必要性，同時展現(xiàn)了自定義構(gòu)建協(xié)議包的設(shè)計思路。在解決自定義協(xié)議過程中，借鑒了XTCE標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)實際情況采用了更適合本測試系統(tǒng)開發(fā)的JSON語言，作為數(shù)據(jù)交換語言。使各類軟硬件之間的數(shù)據(jù)交互打破壁壘，極大地提高了測試系統(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)星遙測數(shù)據(jù)處理方法[J].遙測遙控，2017，38（1）：27-31.