XTCE標(biāo)準(zhǔn)在衛(wèi)星遙測(cè)信息交互中的應(yīng)用

唐敏 孫斌 梁秀梅 張新 盧曉偉 趙美玲

（1 上海衛(wèi)星工程研究所， 上海， 201100；2 西安衛(wèi)星測(cè)控中心， 西安， 710000）

從衛(wèi)星研制到在軌交付， 遙測(cè)信息會(huì)在不同單位、 系統(tǒng)以及不同的數(shù)據(jù)接口之間傳遞。 同時(shí)由于遙測(cè)信息在衛(wèi)星生命周期內(nèi)是一個(gè)不斷完善的過(guò)程， 這種重復(fù)且格式不一致的測(cè)控?cái)?shù)據(jù)定義將導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、 人工核對(duì)、 軟件變更[1]。XTCE （基于 XML 的遙測(cè)遙控交換） 標(biāo)準(zhǔn)是由OMG （Object Management Group， 對(duì) 象 管 理 組織） 提出的利用 XML （可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言） 來(lái)描述遙測(cè)和遙控的數(shù)據(jù)規(guī)范， 它提出了一種有效的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)交換格式來(lái)描述從衛(wèi)星研制至衛(wèi)星發(fā)射運(yùn)行各階段的數(shù)據(jù)信息， 以空間系統(tǒng)為根節(jié)點(diǎn)， 實(shí)現(xiàn)遙測(cè)信息在航天任務(wù)各系統(tǒng)之間的無(wú)縫對(duì)接[2-4]。 基于 XTCE 標(biāo)準(zhǔn)的遙測(cè)信息交互能夠有效地解決系統(tǒng)之間遙測(cè)信息交互問(wèn)題。

1 XTCE 標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

XTCE 標(biāo)準(zhǔn)是一種國(guó)際化的新體制與標(biāo)準(zhǔn)， 可為不同機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)在航天任務(wù)的各個(gè)階段進(jìn)行遙測(cè)數(shù)據(jù)的有效交換提供支持[5]。 XTCE 標(biāo)準(zhǔn)以一個(gè) XML schema （模式， 指的是定義和描述 XML文檔的規(guī)則） 的形式給出， 可讀性好； 其體系結(jié)構(gòu)呈樹(shù)狀分級(jí)結(jié)構(gòu)， 包括遙測(cè)和遙控信息， 通過(guò)元素名稱、 元素順序、 屬性及規(guī)則等描述遙測(cè)遙控信息， 是一種標(biāo)準(zhǔn)化的描述方法， 具有明顯的層次化結(jié)構(gòu)， 方便進(jìn)行遙測(cè)的集成與刪減。 XTCE標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)廣泛的集合， 大多數(shù)用戶使用的是這些功能的子集。 XTCE 標(biāo)準(zhǔn)也是一種非專有格式，無(wú)需定制導(dǎo)入導(dǎo)出工具， 它的提出可以促進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)格式標(biāo)準(zhǔn)化， 提高型號(hào)任務(wù)之間的數(shù)據(jù)重用，加強(qiáng)航天器各系統(tǒng)之間的交流與合作[6]。

2 遙測(cè)信息接口規(guī)范

在衛(wèi)星研制階段， 遙測(cè)信息會(huì)不斷地完善修正， 到衛(wèi)星出廠時(shí)遙測(cè)信息基本處于穩(wěn)定、 準(zhǔn)確的狀態(tài)。 衛(wèi)星具備出廠條件時(shí)， 測(cè)控中心需要配置遙測(cè)信息。 以往衛(wèi)星研制方和測(cè)控中心之間交接遙測(cè)信息依賴遙測(cè)文件， 以文件為基礎(chǔ)就意味著所有遙測(cè)信息在測(cè)控中心需要重新配置。 人工配置效率低， 不僅浪費(fèi)人員時(shí)間精力， 同時(shí)遙測(cè)信息又要經(jīng)歷確認(rèn)更改再確認(rèn)的迭代過(guò)程， 延長(zhǎng)衛(wèi)星試驗(yàn)隊(duì)飛控時(shí)間。

2.1 XML 接口規(guī)范

為解決系統(tǒng)之間遙測(cè)信息交換問(wèn)題， 測(cè)控中心對(duì)具備包結(jié)構(gòu)的航天器設(shè)計(jì)規(guī)范了遙測(cè)信息的描述方法， 以XTCE 標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)， 形成了以XML文件為載體的通用接口協(xié)議。 根據(jù)測(cè)控中心的XML 文件接口協(xié)議規(guī)范， 利用遙測(cè)大表轉(zhuǎn)XML軟件， 將衛(wèi)星研制方的遙測(cè)信息轉(zhuǎn)換為XML 文件， 可以直接導(dǎo)入測(cè)控中心使用， 不再需要遙測(cè)信息的二次配置。

基于XTCE 標(biāo)準(zhǔn)， 形成了航天器研制方與測(cè)控中心之間以XML 文件為準(zhǔn)的接口規(guī)范。 接口規(guī)范采用分層模型構(gòu)建， 包括航天器名稱（Satellite）、 遙測(cè)幀的說(shuō)明 （TmFrames/TmFrame）、插入域的處理定義 （FrameZone）、 分系統(tǒng)的名稱定義 （SubSystems/SubSystem）、 航天器遙測(cè)包格式的定義和數(shù)據(jù)包的具體定義 （TmPkts/TmPkt）、 遙測(cè)參數(shù)的定義 （TmParas）， 以及通用和自定義處理方法庫(kù)及預(yù)留非標(biāo)準(zhǔn)處理的庫(kù)文件（InputTypes）[7]， XML 文件框架結(jié)構(gòu)如示例所示。

示例：

測(cè)控中心所有遙測(cè)信息在遙測(cè)參數(shù)裝訂軟件中進(jìn)行配置， XML 文件根據(jù)測(cè)控中心遙測(cè)參數(shù)通用接口規(guī)范生成， 可以作為遙測(cè)參數(shù)裝訂軟件的輸入， 也是研制方和測(cè)控中心之間遙測(cè)信息交互的新載體。

2.2 衛(wèi)星遙測(cè)接口規(guī)范

衛(wèi)星研制階段所有遙測(cè)信息以表格 （遙測(cè)大表） 形式進(jìn)行配置和調(diào)用， 從型號(hào)研制初期到衛(wèi)星發(fā)射遙測(cè)大表是不斷完善的過(guò)程。 上海衛(wèi)星工程研究所對(duì)衛(wèi)星遙測(cè)大表的格式進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范并形成所標(biāo) 《衛(wèi)星地面測(cè)試軟件遙測(cè)大表編寫(xiě)要求》， 每顆衛(wèi)星的遙測(cè)大表都包含遙測(cè)信息表（A 表） 和幀結(jié)構(gòu)表 （B 表）， A 表具體信息內(nèi)容見(jiàn)表 1， B 表格式見(jiàn)表 2。

表1 A 表的格式

表2 B 表的格式

B 表第一列包括 5 種情況， 分別為： ①注釋單元， 方便檢查維護(hù)； ②幀代號(hào)； ③遙測(cè)包代號(hào)； ④需要展開(kāi)的遙測(cè)代號(hào)； ⑤空。 第二列為塊內(nèi)各遙測(cè)代號(hào)。

3 遙測(cè)信息交互實(shí)現(xiàn)

遙測(cè)信息的交互實(shí)現(xiàn)依賴于衛(wèi)星研制方和測(cè)控中心的接口規(guī)范以及兩方遙測(cè)信息的對(duì)等。 以測(cè)控中心XML 文件為準(zhǔn)， 結(jié)合研制方遙測(cè)大表，進(jìn)行遙測(cè)信息轉(zhuǎn)換， 轉(zhuǎn)換信息主要包括遙測(cè)代號(hào)、 遙測(cè)名稱、 字節(jié)序、 包內(nèi)位置信息、 解析條件、 輸入輸出類型、 處理公式、 遙測(cè)顯示信息和遙測(cè)范圍等， 此外還包括遙測(cè)幀結(jié)構(gòu)、 包結(jié)構(gòu)、遙測(cè)處理公式聲明和類型聲明等。 對(duì)于遙測(cè)大表中不能覆蓋的信息或不同衛(wèi)星型號(hào)之間有差異的信息， 則借助軟件配置文件完成， 包括幀結(jié)構(gòu)信息、 包頭信息、 遙測(cè)處理公式等。 各個(gè)衛(wèi)星型號(hào)相同的信息則采用軟件默認(rèn)， 如軟件版本信息和字節(jié)序等， XML 文件中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)信息轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)見(jiàn)表3。

表3 通用試驗(yàn)規(guī)范中交檢次數(shù)要求匯總

軟件配置文件 （config.xml） 用于解決遙測(cè)轉(zhuǎn)換時(shí)的不對(duì)等信息以及衛(wèi)星型號(hào)之間的不通用信息， 包含型號(hào)信息、 幀結(jié)構(gòu)、 包復(fù)用、 包結(jié)構(gòu)、輸入輸出類型、 公式庫(kù)、 通用公式和專用公式等。 為滿足衛(wèi)星遙測(cè)信息轉(zhuǎn)換需求， 配置文件采用最大包絡(luò)設(shè)計(jì)， 配置文件的默認(rèn)設(shè)置能夠滿足大多數(shù)型號(hào)需求， 有特殊需求的型號(hào)可根據(jù)實(shí)際情況修改配置文件， 各個(gè)配置項(xiàng)的名稱及涉及到的信息見(jiàn)表4。

表4 軟件配置項(xiàng)

XML 遙測(cè)轉(zhuǎn)換軟件以 C++語(yǔ)言開(kāi)發(fā)， 軟件啟動(dòng)后自動(dòng)讀取配置文件 （config.xml）、 遙測(cè)信息表 （A 表） 和遙測(cè)幀結(jié)構(gòu)表 （B 表）。 解析遙測(cè)大表和配置文件， 剔除地面遙測(cè)并對(duì)遙測(cè)大表進(jìn)行合法性檢查， 對(duì)不合法的遙測(cè)信息進(jìn)行提示， 最終按照遙測(cè)包將遙測(cè)信息匯總整合， 根據(jù)XML 接口規(guī)范協(xié)議將遙測(cè)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換生成XML 文件。 軟件轉(zhuǎn)換進(jìn)度和轉(zhuǎn)換過(guò)程中的問(wèn)題在軟件界面提示并記錄日志。 軟件信息流圖如圖1 所示。

XML 文件導(dǎo)入測(cè)控中心的遙測(cè)參數(shù)裝訂軟件后， 可以在測(cè)控中心進(jìn)行遙測(cè)數(shù)據(jù)處理和遙測(cè)信息顯示。 XML 文件將衛(wèi)星研制階段的遙測(cè)信息直接導(dǎo)入測(cè)控中心， 不再需要遙測(cè)信息的二次配置。 后續(xù)衛(wèi)星型號(hào)也將形成以XML 文件為主、遙測(cè)處理文件為輔的交互方式。

目前， 基于XTCE 標(biāo)準(zhǔn)的衛(wèi)星遙測(cè)信息交互先后在多個(gè)型號(hào)進(jìn)行驗(yàn)證， 實(shí)踐證明XTCE 標(biāo)準(zhǔn)在遙測(cè)信息交互中的應(yīng)用降低了遙測(cè)配置的人工參與度， 減少人為配置錯(cuò)誤， 遙測(cè)信息的轉(zhuǎn)換更加高效準(zhǔn)確。 隨著航天事業(yè)的高速發(fā)展， 近幾年衛(wèi)星型號(hào)不斷增加， 衛(wèi)星研制人員和研制周期都將被壓縮， XTCE 標(biāo)準(zhǔn)在遙測(cè)信息交互中的應(yīng)用， 可以有效地節(jié)約人力資源， 節(jié)約研制成本，提高轉(zhuǎn)換效率。