熊浩倫 韓延?xùn)| 蘇晨光 閆國(guó)瑞

(航天東方紅衛(wèi)星有限公司，北京 100094)

近年來(lái)，低軌小衛(wèi)星應(yīng)用需求急速增加，衛(wèi)星研制數(shù)量快速增長(zhǎng)，因此，衛(wèi)星的地面研制和在軌運(yùn)行管理都要提高衛(wèi)星運(yùn)行控制的自動(dòng)化水平和可靠性，減少人工干預(yù)[1]。遙控和遙測(cè)是衛(wèi)星入軌后地面進(jìn)行衛(wèi)星運(yùn)行控制和監(jiān)視的基本手段[2]，也是地面進(jìn)行總裝、測(cè)試和試驗(yàn)驗(yàn)證(AIT)階段測(cè)試的主要內(nèi)容。小衛(wèi)星地面測(cè)試系統(tǒng)已經(jīng)能夠做到自動(dòng)化測(cè)試，即遙控指令序列的自動(dòng)發(fā)送和遙測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)判讀監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)發(fā)出報(bào)警信息并終止測(cè)試流程[3]。在軌則普遍通過(guò)延時(shí)遙控?cái)?shù)據(jù)和指令模板來(lái)執(zhí)行任務(wù)，采用“過(guò)境地面完整監(jiān)視+在軌有限自主安全模式管理”的形式進(jìn)行衛(wèi)星的健康管理，為了確保系統(tǒng)安全性，往往以主動(dòng)放棄有效載荷任務(wù)為代價(jià)[4-5]。受測(cè)控資源影響，星載任務(wù)的執(zhí)行可能無(wú)法實(shí)時(shí)進(jìn)行事件及事件結(jié)果監(jiān)視，某次任務(wù)執(zhí)行異常往往只能通過(guò)延時(shí)遙測(cè)追溯分析實(shí)現(xiàn)問(wèn)題定位，存在異常無(wú)法及時(shí)得到響應(yīng)、錯(cuò)失最佳處理時(shí)機(jī)，進(jìn)而導(dǎo)致無(wú)法恢復(fù)正常的安全性隱患。此外，在軌自主任務(wù)規(guī)劃也對(duì)任務(wù)執(zhí)行的安全可靠性提出了新的要求。顯然，衛(wèi)星的地面測(cè)試和地面運(yùn)管對(duì)衛(wèi)星的數(shù)據(jù)監(jiān)視手段更為豐富，監(jiān)視內(nèi)容也更為完備，尤其是精細(xì)化的實(shí)時(shí)判讀指令執(zhí)行結(jié)果和對(duì)故障的及時(shí)處理能力確保了衛(wèi)星自動(dòng)化測(cè)試的安全可靠性。因此，將地面狀態(tài)檢測(cè)與處理過(guò)程移植到星上執(zhí)行，提高衛(wèi)星的自動(dòng)化水平和可靠性，是衛(wèi)星工程中持續(xù)摸索的一項(xiàng)內(nèi)容。

目前，國(guó)內(nèi)在很多衛(wèi)星上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了內(nèi)容可配置的星載遙測(cè)實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)和通過(guò)檢查通信應(yīng)答數(shù)據(jù)的遙控指令確認(rèn)服務(wù)；國(guó)外基于空間包應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)(PUS)業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)了常規(guī)/診斷報(bào)告、參數(shù)統(tǒng)計(jì)報(bào)告和事件報(bào)告等監(jiān)視功能，以及基于遙控包完整性和服務(wù)類型檢查的遙控確認(rèn)服務(wù)。但是，上述應(yīng)用過(guò)程都未對(duì)指令執(zhí)行后的效果進(jìn)行確認(rèn)，未對(duì)衛(wèi)星的實(shí)時(shí)任務(wù)事件進(jìn)行過(guò)程監(jiān)視，無(wú)法及時(shí)處理任務(wù)事件執(zhí)行導(dǎo)致的異常，不能提供任務(wù)執(zhí)行成功與否的實(shí)時(shí)判據(jù)[6-7]。為此，本文提出了一種應(yīng)用遙控指令和遙測(cè)數(shù)據(jù)字典的小衛(wèi)星星載數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)，利用衛(wèi)星專家知識(shí)構(gòu)建遙控指令和遙測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)序關(guān)聯(lián)判斷方法，以實(shí)現(xiàn)遙控指令執(zhí)行結(jié)果的實(shí)時(shí)確認(rèn)和遙測(cè)狀態(tài)監(jiān)視。系統(tǒng)支持重配置的方法定義需要監(jiān)視的任務(wù)過(guò)程事件，在基于指令序列的星載任務(wù)自主運(yùn)行中能實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星產(chǎn)生的非預(yù)期結(jié)果，及時(shí)進(jìn)行故障隔離與狀態(tài)恢復(fù)，可應(yīng)用于小衛(wèi)星自主運(yùn)行功能的實(shí)時(shí)監(jiān)視和異常處理。

1 系統(tǒng)方案

1.1 系統(tǒng)框架

在小衛(wèi)星的設(shè)計(jì)研制中，會(huì)形成3000～5000條的遙測(cè)信息和1000～3000條的遙控信息。這些信息已能夠通過(guò)標(biāo)記語(yǔ)言描述成知識(shí)字典，并依據(jù)字典形成衛(wèi)星故障預(yù)案、在軌長(zhǎng)期管理要求、衛(wèi)星使用說(shuō)明等衛(wèi)星專家系統(tǒng)文件，供衛(wèi)星測(cè)試方、衛(wèi)星測(cè)控系統(tǒng)、衛(wèi)星運(yùn)管系統(tǒng)在地面使用。但是，衛(wèi)星在軌對(duì)這些數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)使用能力較弱，與地面充分應(yīng)用遙測(cè)遙控?cái)?shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星健康管理、任務(wù)管理能力相比，差距較大。因此，將地面的遙控遙測(cè)數(shù)據(jù)和已知專家系統(tǒng)數(shù)字化，建立星載數(shù)據(jù)監(jiān)視模型，將地面實(shí)現(xiàn)的功能搬移到星上運(yùn)行，可以提高衛(wèi)星運(yùn)行控制的自動(dòng)化水平和可靠性。

小衛(wèi)星星務(wù)分系統(tǒng)依托星上現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，管控所有的遙測(cè)信息和所有數(shù)據(jù)型指令、數(shù)據(jù)塊[8]，所以可依托星務(wù)計(jì)算機(jī)進(jìn)行小衛(wèi)星星載數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)在不改變現(xiàn)有小衛(wèi)星信息數(shù)據(jù)流的基礎(chǔ)上通過(guò)解耦合的軟件實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)主要由遙測(cè)遙控關(guān)聯(lián)知識(shí)字典、遙控遙測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)序關(guān)聯(lián)判斷模型、小型遙測(cè)數(shù)據(jù)池、異常處理知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù)判讀規(guī)則庫(kù)組成，如圖1所示。遙控遙測(cè)關(guān)聯(lián)知識(shí)字典是按某種格式存儲(chǔ)在星務(wù)計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)，是地面系統(tǒng)的遙控遙測(cè)字典經(jīng)加工制作而成的；小型遙測(cè)數(shù)據(jù)池存儲(chǔ)實(shí)時(shí)包遙測(cè)數(shù)據(jù)，并提供時(shí)間戳和數(shù)據(jù)查詢接口；遙控遙測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)序判斷模型根據(jù)判讀規(guī)則判讀指令事件前后的遙測(cè)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)判讀規(guī)則庫(kù)提供共性判讀方法，如統(tǒng)計(jì)分析、邊界檢查、期望值檢查、偏差檢查等；異常處理知識(shí)庫(kù)根據(jù)監(jiān)視的結(jié)果生成相應(yīng)的處理策略，并生成指令自動(dòng)執(zhí)行。

星載數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)是一種指令驅(qū)動(dòng)的監(jiān)視系統(tǒng)。它監(jiān)視到有指令執(zhí)行時(shí)，啟動(dòng)監(jiān)視過(guò)程，并實(shí)時(shí)給出處理結(jié)果；通過(guò)設(shè)計(jì)虛擬的星務(wù)遙測(cè)監(jiān)視指令實(shí)現(xiàn)指定遙測(cè)的監(jiān)視判讀，如非指令動(dòng)作導(dǎo)致的遙測(cè)狀態(tài)變化的實(shí)時(shí)監(jiān)視。因此，常規(guī)遙測(cè)監(jiān)視通過(guò)星務(wù)周期性遍歷自動(dòng)執(zhí)行監(jiān)視命令實(shí)現(xiàn)；突發(fā)指令事件僅在指令受星務(wù)調(diào)度發(fā)送時(shí)進(jìn)行監(jiān)視。

1.2 遙測(cè)遙控時(shí)序關(guān)聯(lián)判斷模型

小衛(wèi)星的遙控指令大部分都是由星載軟件執(zhí)行，既有狀態(tài)設(shè)置指令、帶參數(shù)的非時(shí)序相關(guān)控制指令，也有條件滿足后才能執(zhí)行的加斷電開(kāi)關(guān)控制類時(shí)序相關(guān)指令[9]。有些非關(guān)鍵指令僅對(duì)部分軟件參數(shù)有影響，執(zhí)行不成功不影響衛(wèi)星安全性，如遙感衛(wèi)星某次成像參數(shù)設(shè)置；有些關(guān)鍵危險(xiǎn)指令對(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)安全性有影響，必須確保指令正確執(zhí)行，如大功率功放設(shè)備的順序開(kāi)機(jī)。一條安全性相關(guān)指令是否能在系統(tǒng)層面上執(zhí)行和執(zhí)行正確，并且未導(dǎo)致其他異常，往往需要對(duì)多個(gè)設(shè)備的多個(gè)遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)序相關(guān)的聯(lián)合判斷才能確認(rèn)。

現(xiàn)有知識(shí)的判斷模型可以通過(guò)故障樹(shù)反序描述，即子事件和邏輯門(mén)組成診斷結(jié)論，考慮到星載計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)器的處理能力和存儲(chǔ)能力限制，遙測(cè)數(shù)據(jù)判斷模型采用最高2級(jí)的故障樹(shù)模型描述，采用最多4個(gè)不同的遙測(cè)數(shù)據(jù)(可表征姿態(tài)、電源、通信、溫度)比對(duì)結(jié)果作為底事件，如圖2所示。

圖2 遙測(cè)數(shù)據(jù)判斷模型Fig.2 Model of telemetry data judgement

遙測(cè)判讀Xi(i=1,2,3,4)簡(jiǎn)化為二值表述為

(1)

結(jié)論可以表述為

φ=φ(X)

(2)

式中：φ(X)為遙測(cè)判讀事件X的結(jié)構(gòu)化函數(shù)，是與非門(mén)組合關(guān)系描述的布爾函數(shù)。

在遙測(cè)判讀事件集X的屬性中描述結(jié)構(gòu)化函數(shù)的組合信息，則結(jié)構(gòu)化函數(shù)無(wú)需實(shí)現(xiàn)遍歷定義。指令與遙測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)序關(guān)聯(lián)判斷由指令發(fā)送前的執(zhí)行條件判斷和指令執(zhí)行后的結(jié)果判斷組成，即1次指令執(zhí)行的判讀由2個(gè)結(jié)構(gòu)化函數(shù)定義。將1個(gè)指令執(zhí)行判讀事件定義為1個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)內(nèi)容如圖3所示。時(shí)間戳提供指令執(zhí)行判讀的時(shí)間軸。ts為指令執(zhí)行前的安全保護(hù)時(shí)間，指令發(fā)送前進(jìn)行遙測(cè)判讀，te為指令響應(yīng)完成時(shí)間，當(dāng)時(shí)間戳T=te+1時(shí)，本指令判讀事件生存期結(jié)束。

圖3 指令執(zhí)行判讀事件節(jié)點(diǎn)內(nèi)容Fig.3 Node content of telecommand execute interpretation event

1.3 遙控遙測(cè)關(guān)聯(lián)知識(shí)字典和異常處理知識(shí)庫(kù)

遙控遙測(cè)關(guān)聯(lián)知識(shí)字典和異常處理知識(shí)庫(kù)構(gòu)成小衛(wèi)星專家知識(shí)字典，涉及到字典數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和訪問(wèn)接口設(shè)計(jì)。遙控遙測(cè)關(guān)聯(lián)知識(shí)字典對(duì)數(shù)據(jù)型間接遙控指令碼字和對(duì)應(yīng)的遙測(cè)判讀集進(jìn)行存儲(chǔ)，在訪問(wèn)時(shí)必須考慮該字典的查詢效率和對(duì)小型遙測(cè)數(shù)據(jù)池的訪問(wèn)效率。異常處理知識(shí)庫(kù)可定義為帶優(yōu)先級(jí)和編號(hào)的一系列指令串，設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單。

一條小衛(wèi)星的數(shù)據(jù)型間接指令包含路由地址、命令字和參數(shù)3個(gè)方面的數(shù)據(jù)信息，可總共使用4 byte描述。其中：路由地址和命令字各占用1 byte，參數(shù)域占用2 byte，參數(shù)域無(wú)效指令為無(wú)參數(shù)指令，參數(shù)域填充AAAAH，參數(shù)域有效指令為帶參數(shù)指令，有相應(yīng)的遙測(cè)表征指令參數(shù)域內(nèi)容，可作為判據(jù)的一部分傳到指令執(zhí)行后的判讀中。間接指令在執(zhí)行時(shí)，必須快速尋找到其對(duì)應(yīng)的遙控遙測(cè)關(guān)聯(lián)知識(shí)，可使用散列表實(shí)現(xiàn)2 byte碼字(路由地址和命令字)的3000個(gè)存儲(chǔ)地址的映射。例如：對(duì)于路由地址為R，命令字為Y的間接指令，其對(duì)應(yīng)地址為

K(R,Y)=A(R)+Y

(3)

式中：地址映射數(shù)組A在地面完成遙控字典時(shí)即可自動(dòng)生成。

遙測(cè)判讀事件集描述了遙測(cè)參數(shù)所在的包遙測(cè)ID、包中的位置和遙測(cè)判讀方法。給定遙測(cè)數(shù)據(jù)的判讀方法如表1所示。

遙控遙測(cè)關(guān)聯(lián)知識(shí)字典的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表2所示，在星上實(shí)際存儲(chǔ)時(shí)，包偏移值指遙測(cè)所在位置的首字節(jié)，包判據(jù)信息均按照4 byte表示，其數(shù)值采用掩碼的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。對(duì)數(shù)據(jù)池的訪問(wèn)通過(guò)包ID和包偏移值實(shí)現(xiàn)。異常跳轉(zhuǎn)信息是指令執(zhí)行不通過(guò)時(shí)處理方法的指針，可以指向一組恢復(fù)性指令串，也可以指向空指令，不進(jìn)行任何處理。

表1 給定遙測(cè)數(shù)據(jù)的判讀方法Table 1 Method of telemetry data interpretation

表2 遙控遙測(cè)關(guān)聯(lián)知識(shí)字典數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Table 2 Data structure of telecommand and telemetry association knowledge dictionary

1.4 小型遙測(cè)數(shù)據(jù)池

小衛(wèi)星遙測(cè)按照包遙測(cè)進(jìn)行調(diào)度和組織，并實(shí)時(shí)將包遙測(cè)填充到遙測(cè)幀中下傳，星上僅有幾幀實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)的緩存[10]。延時(shí)遙測(cè)為境外遙測(cè)在星上存儲(chǔ)并在衛(wèi)星過(guò)境時(shí)下傳的結(jié)果，是境外實(shí)時(shí)遙測(cè)的稀疏抽樣，難以用于星上狀態(tài)的實(shí)時(shí)判讀比對(duì)。要實(shí)現(xiàn)遙測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)序相關(guān)查詢和比對(duì)，星上存儲(chǔ)的遙測(cè)必須在短時(shí)間內(nèi)是完整詳細(xì)的。因此，需要設(shè)計(jì)星載存儲(chǔ)資源，允許且能快速地訪問(wèn)遙測(cè)包數(shù)據(jù)池。小衛(wèi)星的遙測(cè)包具有下述特點(diǎn)。①整星遙測(cè)數(shù)據(jù)包按照空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(huì)(CCSDS)空間包格式進(jìn)行組織和緩存，包括星務(wù)自身的遙測(cè)數(shù)據(jù)包和星務(wù)通過(guò)總線調(diào)度獲取的遙測(cè)數(shù)據(jù)包，總線調(diào)度的遙測(cè)數(shù)據(jù)包除了默認(rèn)下傳到地面的遙測(cè)包，還有可受控下傳的廣播數(shù)據(jù)包、專屬數(shù)據(jù)包等。②星務(wù)遙測(cè)采集任務(wù)按照1 s的執(zhí)行周期進(jìn)行不同遙測(cè)包的調(diào)度，包遙測(cè)按照調(diào)度間隔分為速變包(間隔1 s)和緩變包(間隔2 s及以上)，1個(gè)完整的調(diào)度周期是指所有的遙測(cè)包均至少輪詢1次的最短時(shí)間，等于緩變包的最大調(diào)度間隔。③1個(gè)完整調(diào)度周期形成的遙測(cè)包不超過(guò)80種，每種遙測(cè)包的包數(shù)據(jù)域最大長(zhǎng)度為512 byte。

結(jié)合上述特點(diǎn)，星載遙測(cè)包數(shù)據(jù)池應(yīng)具備下述特點(diǎn)。①考慮到有些設(shè)備的指令響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，遙測(cè)包數(shù)據(jù)池的深度設(shè)置為8。②遙測(cè)包數(shù)據(jù)池的數(shù)據(jù)更新規(guī)則為先進(jìn)先出，按包序號(hào)存儲(chǔ)，提供當(dāng)前秒的時(shí)間標(biāo)簽，能訪問(wèn)到的數(shù)據(jù)始終是最近8次更新的，緩變數(shù)據(jù)將能回溯到更早的時(shí)間。③遙測(cè)數(shù)據(jù)包的包長(zhǎng)度不一致，存儲(chǔ)空間按需分配并進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用散列表實(shí)現(xiàn)2 byte索引(包ID號(hào)j和時(shí)間標(biāo)志t)的640個(gè)存儲(chǔ)地址的映射，如對(duì)于包ID號(hào)j，時(shí)間標(biāo)志為t遙測(cè)包，其對(duì)應(yīng)地址為

M(j,t)=A[j]+t·B[j]

(4)

式中：地址映射數(shù)組A和B在地面完成遙測(cè)字典時(shí)即可自動(dòng)生成。

遙測(cè)數(shù)據(jù)池的生成和使用均是被動(dòng)的，不改變既有星上遙測(cè)調(diào)度流程和時(shí)序，僅在遙測(cè)生成時(shí)完成數(shù)據(jù)的入數(shù)據(jù)池隊(duì)列和出數(shù)據(jù)池隊(duì)列操作。對(duì)數(shù)據(jù)池訪問(wèn)時(shí)，通過(guò)包ID號(hào)和需要比對(duì)的遙測(cè)時(shí)間迅速實(shí)現(xiàn)遙測(cè)包的定位，并根據(jù)遙測(cè)位置偏移值獲取數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取都是由星務(wù)計(jì)算機(jī)軟件順序調(diào)度的，不存在訪問(wèn)沖突問(wèn)題，且數(shù)據(jù)帶有的時(shí)間戳可以有效解決遙測(cè)包離線后再在線的數(shù)據(jù)時(shí)間軸統(tǒng)一問(wèn)題。

1.5 數(shù)據(jù)監(jiān)視流程設(shè)計(jì)

監(jiān)視事件通過(guò)監(jiān)視節(jié)點(diǎn)定義，監(jiān)視節(jié)點(diǎn)采用雙向鏈表表示，雙向鏈表能方便進(jìn)行插入、刪除等操作。監(jiān)視節(jié)點(diǎn)鏈表的內(nèi)容如圖4所示。

圖4 監(jiān)視節(jié)點(diǎn)鏈表Fig.4 Monitoring node list

每個(gè)鏈表節(jié)點(diǎn)包含的遙控遙測(cè)關(guān)聯(lián)知識(shí)是從遙控遙測(cè)字典中動(dòng)態(tài)讀取的，時(shí)間同步戳提供監(jiān)視時(shí)的時(shí)間比對(duì)軸。指令數(shù)據(jù)到達(dá)后，根據(jù)指令碼字迅速查找到對(duì)應(yīng)的遙控遙測(cè)關(guān)聯(lián)知識(shí)，將其讀取到監(jiān)視流程節(jié)點(diǎn)。監(jiān)視任務(wù)開(kāi)始對(duì)該節(jié)點(diǎn)執(zhí)行監(jiān)視流程：對(duì)于安全時(shí)間ts=1的指令，為無(wú)條件執(zhí)行指令，可立即執(zhí)行；對(duì)于ts>1的時(shí)序安全相關(guān)指令，監(jiān)視任務(wù)給出監(jiān)視結(jié)果，狀態(tài)滿足立即發(fā)送；若時(shí)間戳T=ts，狀態(tài)依然未滿足，則該指令不執(zhí)行，該節(jié)點(diǎn)從監(jiān)視任務(wù)中刪除；若時(shí)間戳T=te，指令執(zhí)行判讀不通過(guò)，自動(dòng)執(zhí)行生成的跳轉(zhuǎn)信息。一個(gè)監(jiān)視節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)監(jiān)視流程如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)監(jiān)視流程Fig.5 Flow of data monitoring

1.6 診斷指令

小衛(wèi)星星載健康管理主要基于遙測(cè)監(jiān)視分析對(duì)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)既定的異常事件主動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的故障預(yù)案，是一種事先指定的流程。這個(gè)過(guò)程可以抽象化為一種指令動(dòng)作，即判讀遙測(cè)數(shù)據(jù)，給出并執(zhí)行結(jié)論?？蓪⑦@個(gè)過(guò)程定義為診斷指令，實(shí)現(xiàn)上是一種星務(wù)軟件指令，指令碼字的參數(shù)域定義診斷指令要診斷的內(nèi)容。某個(gè)衛(wèi)星的診斷指令內(nèi)容如表3所示。

表3 診斷指令內(nèi)容Table 3 Contents of diagnosis commands

診斷指令可按照專家知識(shí)字典的形式存儲(chǔ)在星務(wù)計(jì)算機(jī)中。其中：ts=1表明是立即執(zhí)行類，X(ts)內(nèi)容為空集，X(te)為判據(jù)信息，te=0xFFFFFFFF表明啟動(dòng)后一直處于執(zhí)行中的狀態(tài)。代表整星完整健康管理的診斷指令序列，可作為配置表的形式注入到計(jì)算機(jī)中，軟件將其讀后添加到指令監(jiān)視流程節(jié)點(diǎn)中，由指令監(jiān)視流程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)視和判讀。判讀結(jié)果(如某種已定義的故障代號(hào))交給異常處理知識(shí)庫(kù)，根據(jù)優(yōu)先級(jí)排序和互斥性原則決定下一節(jié)拍執(zhí)行的故障對(duì)策，非相關(guān)性故障可同時(shí)執(zhí)行。

2 應(yīng)用分析

衛(wèi)星的遙控指令可以啟動(dòng)的操作類型，包括直接重新配置衛(wèi)星硬件、啟動(dòng)一個(gè)衛(wèi)星運(yùn)行程序和啟動(dòng)一組預(yù)定義指令序列等[7]。傳統(tǒng)對(duì)遙測(cè)狀態(tài)的監(jiān)視并未關(guān)聯(lián)上遙控指令，監(jiān)視的數(shù)據(jù)大多數(shù)是硬件的異常狀態(tài)和固定模式的軟件狀態(tài)，缺少對(duì)指令導(dǎo)致的硬軟件的動(dòng)態(tài)符合性變化監(jiān)測(cè)。遙控遙測(cè)時(shí)序關(guān)聯(lián)型數(shù)據(jù)監(jiān)視系統(tǒng)可以檢查指令執(zhí)行的效果，并根據(jù)指令執(zhí)行的不同結(jié)果進(jìn)行后續(xù)不同指令的執(zhí)行，應(yīng)對(duì)異常的實(shí)時(shí)能力強(qiáng)，既可以應(yīng)用于傳統(tǒng)的衛(wèi)星狀態(tài)遙測(cè)監(jiān)視，也可以應(yīng)用于基于指令序列的星載任務(wù)自主運(yùn)行的安全監(jiān)視。

基于遙控遙測(cè)關(guān)聯(lián)的星載數(shù)據(jù)監(jiān)視系統(tǒng)，作為某新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星星務(wù)分系統(tǒng)的一項(xiàng)功能，在具體實(shí)現(xiàn)上的特點(diǎn)為：遙控遙測(cè)關(guān)聯(lián)知識(shí)字典存儲(chǔ)空間為72 Kbyte，可存儲(chǔ)1000條指令與遙測(cè)關(guān)聯(lián)信息；小型遙測(cè)數(shù)據(jù)池大小為48 Kbyte，可存儲(chǔ)一個(gè)完整調(diào)度周期為32 s的全部58種遙測(cè)數(shù)據(jù)包；系統(tǒng)功能主要滿足衛(wèi)星入軌進(jìn)行自主快速測(cè)試任務(wù)、快速成像任務(wù)的需求。快速測(cè)試和快速成像的實(shí)現(xiàn)原理是：將可重復(fù)注入的快速測(cè)試和快速成像任務(wù)與診斷指令的內(nèi)容排成指令序列注入并存儲(chǔ)在星務(wù)計(jì)算機(jī)中，啟動(dòng)快速測(cè)試和快速成像功能后每次動(dòng)態(tài)調(diào)用32條指令到執(zhí)行鏈表中，實(shí)時(shí)監(jiān)視指令執(zhí)行的結(jié)果，當(dāng)執(zhí)行時(shí)出現(xiàn)判讀異常，則通過(guò)跳轉(zhuǎn)指令執(zhí)行異常時(shí)的恢復(fù)動(dòng)作。在衛(wèi)星AIT階段進(jìn)行多次快速測(cè)試和快速成像的驗(yàn)證試驗(yàn)，衛(wèi)星入軌后第1圈也成功自主進(jìn)行了快速測(cè)試和快速成像，驗(yàn)證內(nèi)容和結(jié)果如表4所示。試驗(yàn)驗(yàn)證表明：該系統(tǒng)運(yùn)行情況符合預(yù)期設(shè)計(jì)，將傳統(tǒng)衛(wèi)星入軌后需要2～3天才能完成的任務(wù)加速到入軌后前2圈就可以完成，在保證衛(wèi)星可靠性的基礎(chǔ)上有效提高了衛(wèi)星入軌初期的工作效率。

表4 驗(yàn)證內(nèi)容和結(jié)果Table 4 Verification contents and results

與傳統(tǒng)僅監(jiān)視遙測(cè)數(shù)據(jù)的星載監(jiān)視系統(tǒng)相比，本文系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)見(jiàn)表5。

表5 本文系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)比對(duì)Table 5 Comparison between the proposed system and traditional system

3 結(jié)束語(yǔ)

在確?？煽啃缘幕A(chǔ)上提高衛(wèi)星在軌運(yùn)行的自動(dòng)化能力，一直是衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。在小衛(wèi)星快速批量研制部署、在軌組網(wǎng)運(yùn)行需求的推動(dòng)下，對(duì)在軌自動(dòng)化動(dòng)作的安全監(jiān)視、故障及時(shí)恢復(fù)等可靠性要求也越來(lái)越高。本文基于遙控遙測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)序關(guān)聯(lián)判斷的數(shù)據(jù)監(jiān)視系統(tǒng)，能夠根據(jù)可重配置的衛(wèi)星專家知識(shí)進(jìn)行指令和遙測(cè)的關(guān)聯(lián)監(jiān)視，在滿足常規(guī)監(jiān)視需求的基礎(chǔ)上有效提高衛(wèi)星自動(dòng)執(zhí)行指令的可靠性和安全性。受限于存儲(chǔ)資源，本文系統(tǒng)僅能監(jiān)視間接數(shù)據(jù)型指令和少數(shù)格式內(nèi)容固定、鮮有變化的數(shù)據(jù)塊，對(duì)變化無(wú)規(guī)律的有效載荷參數(shù)較多的數(shù)據(jù)塊無(wú)法進(jìn)行執(zhí)行監(jiān)視；監(jiān)視數(shù)據(jù)的判讀方法種類較少，暫不支持自定義的數(shù)據(jù)判讀方法。后續(xù)還要進(jìn)一步研究該系統(tǒng)的功能完備性，提升其監(jiān)視精細(xì)度、準(zhǔn)確度和可靠度。