遙測實時與延時數(shù)據(jù)結(jié)果彌補拼合方法*

于長海，倪風(fēng)岳，沈 惠

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遙測實時與延時數(shù)據(jù)結(jié)果彌補拼合方法*

于長海，倪風(fēng)岳，沈 惠

（中國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心 酒泉 732750）

針對航天發(fā)射中實時和延時數(shù)據(jù)結(jié)果多元現(xiàn)象，提出基于雙路時標(biāo)檢擇算法的實時與延時數(shù)據(jù)結(jié)果彌補拼合方法，解決遙測參數(shù)實時、延時數(shù)據(jù)結(jié)果唯一性問題。經(jīng)多次應(yīng)用的結(jié)果表明，與傳統(tǒng)優(yōu)選數(shù)據(jù)段替換法相比，方法無需人工干預(yù)，執(zhí)行效率較高，達(dá)到了利用延時數(shù)據(jù)提升實時數(shù)據(jù)質(zhì)量的設(shè)計目的，滿足數(shù)據(jù)處理要求。

遙測；實時數(shù)據(jù)；延時數(shù)據(jù)；結(jié)果拼合

引 言

航天發(fā)射中，由于產(chǎn)品發(fā)動機火焰干擾和再入黑障，以及測量站選址原因，可能造成遙測數(shù)據(jù)的短時丟失或亂散。為了解決此類問題，遙測系統(tǒng)中增加了數(shù)據(jù)延時重發(fā)裝置，主要目的是用延時數(shù)據(jù)彌補實時數(shù)據(jù)的丟失和亂散，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量[1-4]。如何實施數(shù)據(jù)彌補是遙測數(shù)據(jù)處理的重要課題，以往的快速處理方法是將遙測實時、延時數(shù)據(jù)結(jié)果獨立存儲，十分不利于試驗的現(xiàn)場快速判決和分析，而采用傳統(tǒng)的優(yōu)選數(shù)據(jù)段替換法拼合數(shù)據(jù)，不僅需要大量的人工干預(yù)，且處理周期較長[2,4]。為了克服數(shù)據(jù)結(jié)果獨立存儲的使用不便性和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)拼合法效率低的問題，有必要開展完備、高效的數(shù)據(jù)結(jié)果彌補拼合方法研究。

文獻(xiàn)[3-11]是國內(nèi)近十年來關(guān)于遙測數(shù)據(jù)處理的成果，其中文獻(xiàn)[5]闡述了提高遙測時間坐標(biāo)精度的方法，文獻(xiàn)[6-10]論證了多站遙測原碼優(yōu)選拼接或逐子幀融合方法，文獻(xiàn)[3]、文獻(xiàn)[9]討論了遙測原碼虛擬幀解析、嵌套協(xié)議樹解析技術(shù)和基于公式流的參數(shù)還原方法，文獻(xiàn)[4]提出了基于遙測原碼分路數(shù)據(jù)的延時彌補方法，文獻(xiàn)[11]提出了對多站遙測結(jié)果分組平均加權(quán)的融合算法。根據(jù)文獻(xiàn)[12,13]對遙測數(shù)據(jù)處理可按其性質(zhì)、目的和相互關(guān)系劃分為三個層次：一是基礎(chǔ)層，對同步解調(diào)后的時間序列數(shù)據(jù)標(biāo)記、分路，取得參數(shù)和算法對應(yīng)關(guān)系；二是工程換算層，按參數(shù)不同特點恢復(fù)具有物理意義的值；三是結(jié)果分析層，對數(shù)據(jù)作進一步的分析計算，這是工程科學(xué)領(lǐng)域通用方法，與遙測系統(tǒng)無關(guān)。文獻(xiàn)[3-11]主要完成了基礎(chǔ)層和工程換算層的方法研究，這些方法的應(yīng)用達(dá)到了遙測系統(tǒng)的測量目的，提高了多站測量數(shù)據(jù)利用率，獲得了最優(yōu)質(zhì)量的遙測原碼，解決了遙測結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)解析、處理的通用化難題。但是，對遙測多站數(shù)據(jù)結(jié)果融合和彌補問題的討論，筆者認(rèn)為：文獻(xiàn)[4]存在不適用記憶重發(fā)、數(shù)字總線等復(fù)雜遙測幀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)彌補問題，文獻(xiàn)[11]方法不適用少于三個數(shù)據(jù)源情況，且結(jié)果融合存在算法復(fù)雜度高、軟件實現(xiàn)難、執(zhí)行效率低[9]的弊端。為此，本文在應(yīng)用文獻(xiàn)[3,5-10]方法，同時梳理遙測延時數(shù)據(jù)特點的基礎(chǔ)上，提出一種基于雙路時標(biāo)檢擇算法的實時與延時數(shù)據(jù)結(jié)果彌補拼合方法。

1 遙測延時數(shù)據(jù)的作用及原理

遙測數(shù)據(jù)是對遙測參數(shù)測量值的采樣編碼數(shù)據(jù)[12]。采樣編碼后實時向地面?zhèn)鬏數(shù)倪b測數(shù)據(jù)稱為實時數(shù)據(jù)；為了實現(xiàn)某種目的將全部或部分遙測數(shù)據(jù)在遙測端緩存，延時向地面?zhèn)鬏數(shù)臄?shù)據(jù)稱為延時數(shù)據(jù)。遙測數(shù)據(jù)延時傳輸有兩個目的：一是為了解決早期遙測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸帶寬受限的問題，對沖擊、振動等高采樣率速變參數(shù)不傳輸實時數(shù)據(jù)，而是采用快記慢發(fā)技術(shù)利用有限帶寬傳輸某時段內(nèi)的大量數(shù)據(jù)，隨著通信技術(shù)的進步，遙測信道帶寬已經(jīng)能夠滿足大數(shù)據(jù)量傳輸要求，該項技術(shù)基本不再使用；二是為了解決信號傳輸造成的數(shù)據(jù)丟失和亂散問題，采用實時和延時雙路傳輸機制，在遙測端延時數(shù)據(jù)與被延時的實時數(shù)據(jù)內(nèi)容完全一致，不同之處是傳輸時間的延遲，因此發(fā)動機火焰、再入黑障等干擾因素影響延時和實時數(shù)據(jù)的時段是不一致的，可以對二者進行互補處理，實現(xiàn)還原遙測數(shù)據(jù)的目的。

遙測延時數(shù)據(jù)按照延時目的可分為快記慢發(fā)和記憶重發(fā)；按照延時時段可分為全時段延時和部分時段延時；按照編幀性質(zhì)可分為波道延時、副幀延時和參數(shù)延時；按照延時關(guān)系可分為平行延時、事件延時和滾動重傳等。對不同類別的遙測延時數(shù)據(jù)，均有適應(yīng)其各自特點的遙測數(shù)據(jù)解析和計算方法，航天發(fā)射結(jié)束后能夠準(zhǔn)實時或快速得到對應(yīng)的遙測延時數(shù)據(jù)處理結(jié)果，這是與遙測實時數(shù)據(jù)處理結(jié)果進行彌補拼合的前提。

2 基于雙路時標(biāo)檢擇算法的數(shù)據(jù)結(jié)果彌補拼合方法

航天發(fā)射多站遙測數(shù)據(jù)融合處理過程框圖如圖1所示。

圖1 多站遙測數(shù)據(jù)融合處理過程框圖

航天發(fā)射遙測數(shù)據(jù)從多站原碼到最終結(jié)果的生成可以分為兩個處理過程，一是遙測原碼數(shù)據(jù)加工過程，二是數(shù)據(jù)結(jié)果拼合過程。如“引言”所述，文獻(xiàn)[3-10]對前一過程的論述已經(jīng)較為充分，但是很少涉及后一過程，一般是采用優(yōu)選數(shù)據(jù)段替換法進行處理，其主要缺點是人工干預(yù)多、處理周期長。

本文針對數(shù)據(jù)結(jié)果拼合過程提出了一種基于雙路時標(biāo)檢擇算法的實時與延時數(shù)據(jù)結(jié)果彌補拼合方法，算法流程如圖2所示，算法中“數(shù)據(jù)質(zhì)量文件”是遙測原碼數(shù)據(jù)加工過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)質(zhì)量等級評估文件，其中標(biāo)識了遙測測量時段的數(shù)據(jù)質(zhì)量級別，由低到高分為丟失、亂散和優(yōu)質(zhì)三個等級。

圖2 實時與延時數(shù)據(jù)結(jié)果彌補拼合方法流程

實時與延時數(shù)據(jù)結(jié)果彌補拼合方法的核心步驟是雙路時標(biāo)檢擇算法，算法描述如下。

……

iStateFlag_1 = 1; // 0-文件結(jié)束；1-讀取數(shù)據(jù)；2-暫停讀取

iStateFlag_2 = 1; // 0-文件結(jié)束；1-讀取數(shù)據(jù)；2-暫停讀取

for(int irow=0; iStateFlag_1!=0 || iStateFlag_2!=0; irow++)

{

if( iStateFlag_1==1 )

{

讀取文件中的一行數(shù)據(jù);

if( strReadData_1 != _T("") )

提取實時結(jié)果數(shù)據(jù)當(dāng)前時標(biāo)dReadDataTime_1;

else

iStateFlag_1 = 0;

}

if( iStateFlag_2==1 )

{

讀取文件中的一行數(shù)據(jù);

if( strReadData_2 != _T("") )

提取延時結(jié)果數(shù)據(jù)當(dāng)前時標(biāo)dReadDataTime_2;

else

iStateFlag_2 = 0;

}

if( iStateFlag_1!=0 && iStateFlag_2!=0 ) // 兩個讀入數(shù)據(jù)同時有效

{

if( fabs(dReadDataTime_1－dReadDataTime_2)>dTimeInterval*0.66 )

{

if( dReadDataTime_1>dReadDataTime_2 )

iStateFlag_1 = 2; iStateFlag_2 = 1;

else

iStateFlag_1 = 1; iStateFlag_2 = 2;

if( iStateFlag_1 == 1 )

選擇實時數(shù)據(jù)作為有效數(shù)據(jù)源;

else

選擇延時數(shù)據(jù)作為有效數(shù)據(jù)源;

}

else // 時間差較小視為相同時刻數(shù)據(jù)點的情況，根據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量選擇數(shù)據(jù)源

{

iStateFlag_1 = 1; iStateFlag_2 = 1;

根據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量等級，選用優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)源作為有效數(shù)據(jù)源，如果兩個數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)質(zhì)量為相同等級，則沿用原來的有效數(shù)據(jù)源;

}

}

else // 其中一個數(shù)據(jù)源有效，另一個數(shù)據(jù)源結(jié)束的情況

{

選用有效的數(shù)據(jù)源，將對應(yīng)的iStateFlag_1或iStateFlag_2賦值為1;

}

if( iStateFlag_1!=0 || iStateFlag_2!=0 )

{

將有效數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)寫入彌補拼合結(jié)果;

}

}

……

雙路時標(biāo)檢擇算法根據(jù)參數(shù)時標(biāo)逐點對數(shù)據(jù)進行檢擇，不篡改結(jié)果數(shù)值，主要通過兩個文件讀取指針狀態(tài)變量iStateFlag_1和iStateFlag_2，分別控制對實時結(jié)果文件和延時結(jié)果文件的讀取過程，根據(jù)實時結(jié)果數(shù)據(jù)當(dāng)前時標(biāo)dReadDataTime_1和延時結(jié)果數(shù)據(jù)當(dāng)前時標(biāo)dReadDataTime_2所處時段的數(shù)據(jù)質(zhì)量等級，以及|dReadDataTime_1-dReadDataTime_2|與參數(shù)采樣間隔dTimeInterval的關(guān)系選擇有效數(shù)據(jù)源，并將其寫入彌補拼合結(jié)果文件。

可見，基于雙路時標(biāo)檢擇算法的實時與延時數(shù)據(jù)結(jié)果彌補拼合方法能夠自動拼合實時與延時數(shù)據(jù)結(jié)果，提高了數(shù)據(jù)處理效率。

3 應(yīng)用效果分析

3.1 數(shù)據(jù)彌補拼合方法應(yīng)用實例與分析

以某遙測參數(shù)在380s~430s的模擬數(shù)據(jù)為例，其對應(yīng)的實時、延時和彌補拼合結(jié)果如圖3所示。

實時數(shù)據(jù)在407.97s~416.01s時段傳輸中斷約8s，為了補足數(shù)據(jù)，航天器使用了數(shù)據(jù)延時重發(fā)裝置，延遲16s發(fā)送延時數(shù)據(jù)，因此，延時數(shù)據(jù)對應(yīng)的缺失時段是391.97s~400.01s。利用雙路時標(biāo)檢擇算法對實時和延時數(shù)據(jù)結(jié)果彌補拼合處理時，當(dāng)延時結(jié)果時標(biāo)dReadDataTime_2運行到400.01s時，實時結(jié)果時標(biāo)dReadDataTime_1的當(dāng)前時刻為391.97s，雙路時標(biāo)檢擇算法會暫停對延時結(jié)果文件的讀取，并選擇實時數(shù)據(jù)作為有效數(shù)據(jù)源，400.01s恢復(fù)對延時結(jié)果文件的讀??；同理，當(dāng)實時結(jié)果時標(biāo)dReadDataTime_1運行到416.01s時，此時的延時結(jié)果時標(biāo)dReadDataTime_2的當(dāng)前時刻為407.97s，雙路時標(biāo)檢擇算法會暫停對實時結(jié)果文件的讀取，并選擇延時數(shù)據(jù)作為有效數(shù)據(jù)源，416.01s恢復(fù)對實時結(jié)果文件的讀取，最終生成彌補拼合數(shù)據(jù)。比對分析可知：在380s～430s時段內(nèi)，實時數(shù)據(jù)和延時數(shù)據(jù)分別存在約8s時長的數(shù)據(jù)丟失段，彌補拼合數(shù)據(jù)沒有數(shù)據(jù)丟失段落，數(shù)據(jù)質(zhì)量良好。

圖3 實時、延時和彌補拼合數(shù)據(jù)結(jié)果

3.2 與其他數(shù)據(jù)拼合方法的比較

傳統(tǒng)優(yōu)選數(shù)據(jù)段替換法通常采用手工方式事后對部分關(guān)鍵遙測參數(shù)進行數(shù)據(jù)拼合操作，對于航天發(fā)射模擬數(shù)據(jù)亂散段數(shù)多達(dá)53段的情況，由于亂散段落多且碎小，因此對多個關(guān)鍵遙測參數(shù)結(jié)果的挖補剪輯工作量十分巨大，數(shù)據(jù)拼合耗時久。

若采用文獻(xiàn)[4]所述對遙測原碼數(shù)據(jù)彌補方法，則存在不適用記憶重發(fā)、數(shù)字總線等復(fù)雜遙測幀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)彌補的問題，不能完全消除航天發(fā)射實時和延時數(shù)據(jù)結(jié)果多元現(xiàn)象。

基于雙路時標(biāo)檢擇算法的結(jié)果彌補拼合方法與傳統(tǒng)優(yōu)選數(shù)據(jù)段替換法，及遙測原碼數(shù)據(jù)彌補法的優(yōu)劣比較如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)拼合方法優(yōu)劣比較

通過比較可知：本文提出的基于雙路時標(biāo)檢擇算法的結(jié)果彌補拼合方法的數(shù)據(jù)結(jié)果拼合質(zhì)量好，在消除數(shù)據(jù)結(jié)果多元現(xiàn)象方面有普適性，且具有方法實現(xiàn)復(fù)雜程度低的優(yōu)點，數(shù)據(jù)結(jié)果準(zhǔn)實時拼合時效不大于2分鐘，滿足航天發(fā)射現(xiàn)場評估和分析需求。

4 結(jié)束語

為了解決航天發(fā)射遙測數(shù)據(jù)丟失或亂散問題，將全部或部分遙測數(shù)據(jù)緩存后延時向地面?zhèn)鬏?，卻導(dǎo)致了數(shù)據(jù)結(jié)果存在實時結(jié)果和延時結(jié)果的多元現(xiàn)象。為此本文提出了基于雙路時標(biāo)檢擇算法的實時與延時數(shù)據(jù)結(jié)果彌補拼合方法，實現(xiàn)了遙測參數(shù)實時、延時數(shù)據(jù)結(jié)果的唯一性，達(dá)到了航天器延時重發(fā)裝置的設(shè)計目的，滿足數(shù)據(jù)處理要求。

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A fusion method of real-time and delay telemetry data

YU Changhai, NI Fengyue, SHEN Hui

（Jiuquan Satellite Launch Center, Jiuquan 732750, China）

To select the real-time and delay telemetry data automatically in space launches,this paper proposes a fusion method based on twin-channel time-mark checking algorithm,by which the unique result of relevant telemetry parameter can be obtained.Several practical applications indicate that the method without manual intervention is more efficient than traditional substitutions of optimized data,which further improves the quality of real-time data and meets the demand of data processing.

Telemetry; Real-time data; Delay data; Fusion

V557.3

A

CN11-1780(2019)02-0051-06

2019-01-08

2019-01-30

于長海 1975年生，工程師，研究方向為航天測控與數(shù)據(jù)處理研究。

倪風(fēng)岳 1975年生，工程師，研究方向為遙測與GNSS彈道數(shù)據(jù)處理。

沈 惠 1988年生，工程師，研究方向為航天測發(fā)通信及圖像處理。