李 爽
(航天恒星科技有限公司,北京 100086)
2011年4月10日 HJ-1A衛(wèi)星泰國接收站工程建設(shè)項(xiàng)目在泰國曼谷驗(yàn)收交付,是我國首次實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星遙感地面接收站整套系統(tǒng)海外出口,HJ-1A 衛(wèi)星地面系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行接收數(shù)據(jù)、處理和分發(fā)[1]。2012年9月29日,我國為委內(nèi)瑞拉發(fā)射委內(nèi)瑞拉遙感衛(wèi)星一號(hào),這是我國首次向國際用戶提供遙感衛(wèi)星整星出口和在軌服務(wù),建設(shè)遙感數(shù)據(jù)接收地面固定站,后為巴基斯坦發(fā)射遙感衛(wèi)星巴遙一號(hào),為其建設(shè)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收固定站和移動(dòng)車載接收站,以及援烏拉圭氣象車載移動(dòng)站和援博茨瓦納氣象車載移動(dòng)站等,實(shí)現(xiàn)了遙感衛(wèi)星移動(dòng)接收站的自動(dòng)化運(yùn)行調(diào)度[2]和數(shù)據(jù)接收。
衛(wèi)星數(shù)據(jù)移動(dòng)接收站具備地面接收覆蓋區(qū)域大、機(jī)動(dòng)接收能力強(qiáng),滿足遙感衛(wèi)星全天候、全天時(shí)數(shù)據(jù)接收的要求[3]。考慮室外天線的物理環(huán)境和電磁環(huán)境,移動(dòng)接收站在確保通信業(yè)務(wù)穩(wěn)定運(yùn)行情況下,選擇地貌條件好,周邊無建筑物遮擋的位置??勘憧筛鶕?jù)數(shù)據(jù)接收任務(wù)進(jìn)行遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收[4]。移動(dòng)接收站執(zhí)行的數(shù)據(jù)接收任務(wù)來自外部業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng),但是民用移動(dòng)接收站通常無外部業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)為其發(fā)送遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù),需要人工操作創(chuàng)建數(shù)據(jù)接收任務(wù),任務(wù)創(chuàng)建操作繁瑣,不能有效利用接收站的接收能力。針對(duì)無外部業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)的移動(dòng)接收站,提出了能夠以自動(dòng)規(guī)劃工作模式運(yùn)行的站監(jiān)控軟件設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)定時(shí)啟動(dòng)任務(wù)規(guī)劃作業(yè)為移動(dòng)接收站規(guī)劃加載遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù),自動(dòng)化調(diào)度天伺饋?zhàn)酉到y(tǒng)、信道子系統(tǒng)和記錄與快視子系統(tǒng)進(jìn)行遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收及數(shù)據(jù)處理。提高了移動(dòng)接收站的利用率,保障衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收的持續(xù)性。
移動(dòng)接收站包括站監(jiān)控子系統(tǒng)、天伺饋?zhàn)酉到y(tǒng)、信道子系統(tǒng)、記錄與快視子系統(tǒng)、資料處理子系統(tǒng)以及技術(shù)支持子系統(tǒng)[5-6],移動(dòng)接收站系統(tǒng)組成如圖1所示。技術(shù)支持子系統(tǒng)的時(shí)統(tǒng)設(shè)備[7]向移動(dòng)接收站提供授時(shí)和站址服務(wù)。站監(jiān)控子系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)自動(dòng)化調(diào)度天飼饋?zhàn)酉到y(tǒng)、信道子系統(tǒng)、記錄與快視子系統(tǒng)進(jìn)行遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收,實(shí)時(shí)監(jiān)視接收站內(nèi)各子系統(tǒng)硬件設(shè)備的狀態(tài)信息和故障信息。為提高移動(dòng)接收站全自動(dòng)化運(yùn)行水平,實(shí)現(xiàn)有人值守?zé)o人操作的工作模式,對(duì)站監(jiān)控子系統(tǒng)站監(jiān)控軟件的技術(shù)要求包括了支持本地和遠(yuǎn)程任務(wù)、數(shù)據(jù)管理、軌道預(yù)報(bào)、監(jiān)控管理和任務(wù)調(diào)度[8-9]。
圖1 移動(dòng)接收站系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖
圖2 站監(jiān)控軟件組成關(guān)系圖
1)支持遠(yuǎn)程和本地任務(wù):移動(dòng)接收站本地使用軌道預(yù)報(bào)服務(wù)定時(shí)或人工計(jì)算遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù),或者將移動(dòng)接收站接入外部業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)工作環(huán)境,接收業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)遠(yuǎn)程下發(fā)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)。
2)數(shù)據(jù)管理:主動(dòng)連接軌道數(shù)據(jù)參數(shù)網(wǎng)站下載衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)管理,通過時(shí)統(tǒng)設(shè)備獲取接收站站址信息并存儲(chǔ)管理,根據(jù)數(shù)據(jù)維護(hù)策略自動(dòng)化完成各類數(shù)據(jù)的管理。
3)監(jiān)控管理:通過可視化界面集中監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)和工作參數(shù),執(zhí)行衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)自動(dòng)化配置設(shè)備工作參數(shù)。
4)軌道預(yù)報(bào):利用衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)和站址信息計(jì)算衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)和軌道預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)。
5)任務(wù)調(diào)度:執(zhí)行衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù),利用任務(wù)節(jié)點(diǎn)矩陣驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)接收流程,自動(dòng)調(diào)度站內(nèi)各子系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)接收工作。
站監(jiān)控軟件主要由監(jiān)控管理、軌道預(yù)報(bào)、數(shù)據(jù)管理、任務(wù)規(guī)劃、任務(wù)調(diào)度和圖形界面組成如圖2所示。站監(jiān)控軟件以C/S架構(gòu)設(shè)計(jì),采用面向服務(wù)的設(shè)計(jì)思想,基于OSGI(open service gateway initiative)技術(shù)實(shí)現(xiàn),將軟件組件服務(wù)化,使應(yīng)用服務(wù)具備可插拔特性[10-11],圖形界面為站監(jiān)控軟件的前端界面顯示模塊,其他組成站監(jiān)控軟件的后臺(tái)服務(wù)組件,部署于站監(jiān)控服務(wù)器,后臺(tái)服務(wù)組件的運(yùn)行環(huán)境適用于Windows和Linux平臺(tái)[12]。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境允許的情況下,在任何計(jì)算機(jī)終端部署前端界面顯示模塊都可通過網(wǎng)絡(luò)與站監(jiān)控服務(wù)器上部署的后臺(tái)服務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作,監(jiān)視和控制站內(nèi)各子系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和工作參數(shù)。站監(jiān)控軟件定時(shí)啟動(dòng)任務(wù)規(guī)劃作業(yè),從數(shù)據(jù)管理中獲取當(dāng)前移動(dòng)接收站的坐標(biāo)位置和衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù),調(diào)用軌道預(yù)報(bào)進(jìn)行衛(wèi)星任務(wù)計(jì)算,根據(jù)衛(wèi)星接收優(yōu)先級(jí)、規(guī)劃篩選規(guī)則以及時(shí)間沖突檢測(cè),編排加載衛(wèi)星接收任務(wù),同時(shí)向前端界面推送規(guī)劃結(jié)果列表,并由任務(wù)管理界面負(fù)責(zé)顯示接收站所有接收任務(wù)信息。接收站執(zhí)行衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù),由站監(jiān)控軟件的任務(wù)調(diào)度統(tǒng)一觸發(fā)各服務(wù)組件工作,監(jiān)控管理自動(dòng)化設(shè)置各子系統(tǒng)設(shè)備工作參數(shù),軌道預(yù)報(bào)為天飼饋?zhàn)酉到y(tǒng)計(jì)算天線程引文件,向記錄與快視子系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)記錄任務(wù),調(diào)度接收站各子系統(tǒng)完成衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)。
根據(jù)衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)來源,站監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)兩種工作模式,自動(dòng)規(guī)劃模式和入網(wǎng)運(yùn)行模式如圖3所示。站監(jiān)控軟件設(shè)置為單模式運(yùn)行,數(shù)據(jù)接收任務(wù)為自動(dòng)化創(chuàng)建或遠(yuǎn)程接收,同時(shí)支持人工操作任務(wù)創(chuàng)建功能界面計(jì)算生成數(shù)據(jù)接收任務(wù),加載并執(zhí)行衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收工作。
圖3 工作模式設(shè)計(jì)圖
1)自動(dòng)規(guī)劃模式:
自動(dòng)規(guī)劃模式是指移動(dòng)接收站的工作環(huán)境沒有外部業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)為其下發(fā)衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù),利用站監(jiān)控軟件計(jì)算衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)。
在移動(dòng)接收站需要變更地理位置執(zhí)行自動(dòng)規(guī)劃模式前,操作員通過前端界面一鍵取消站監(jiān)控軟件加載的全部未執(zhí)行任務(wù),移動(dòng)接收站確認(rèn)停靠位置后,通過前端界面設(shè)置工作模式為自動(dòng)規(guī)劃模式,通過一鍵觸發(fā)啟動(dòng)任務(wù)規(guī)劃作業(yè),立即規(guī)劃接收站衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù),向技術(shù)支持子系統(tǒng)獲取移動(dòng)接收站的地理位置信息,包括經(jīng)度、緯度和高度,獲取衛(wèi)星信息列表,根據(jù)最新的站址信息和軌道數(shù)據(jù)計(jì)算衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)表,對(duì)所有衛(wèi)星任務(wù)信息進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序、規(guī)劃篩選規(guī)則以及時(shí)間沖突檢測(cè)形成最終的移動(dòng)接收站衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù),通過任務(wù)管理界面查看站監(jiān)控軟件規(guī)劃加載的衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)列表。
站監(jiān)控軟件的工作模式為自動(dòng)規(guī)劃模式時(shí),定時(shí)啟動(dòng)衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)規(guī)劃作業(yè),將規(guī)劃完成的衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)形成可擴(kuò)展標(biāo)記語言(XML,EXtensible markup language)任務(wù)文件,放置在站監(jiān)控軟件的文件工作目錄,站監(jiān)控軟件對(duì)任務(wù)文件解析讀入,創(chuàng)建任務(wù)接收調(diào)度流程,啟動(dòng)任務(wù)準(zhǔn)備節(jié)點(diǎn)時(shí)間戳,定時(shí)觸發(fā)接收任務(wù)流程完成自動(dòng)化調(diào)度工作。站監(jiān)控軟件與接收站內(nèi)各子系統(tǒng)接口形式為SOCKET+XML,通過文件傳輸協(xié)議(FTP,file transfer protocol)向站內(nèi)子系統(tǒng)發(fā)送任務(wù)信息XML文件,接收子系統(tǒng)傳輸?shù)腦ML回執(zhí)文件。通過SOCKET[13]與站內(nèi)各子系統(tǒng)完成監(jiān)控通信。
2)入網(wǎng)運(yùn)行模式:
入網(wǎng)運(yùn)行模式是指移動(dòng)接收站接入外部業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)工作環(huán)境,外部業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)向移動(dòng)接收站發(fā)送衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)。
在移動(dòng)接收站需要變更地理位置執(zhí)行入網(wǎng)運(yùn)行模式前,操作員通過前端界面一鍵取消站監(jiān)控軟件加載的全部未執(zhí)行任務(wù),在移動(dòng)接收站確認(rèn)??课恢煤螅绘I切換入網(wǎng)運(yùn)行模式,站監(jiān)控軟件通過技術(shù)支持子系統(tǒng)上報(bào)的監(jiān)視信息獲取移動(dòng)接收站地理位置,更新接收站的站址信息。入網(wǎng)運(yùn)行模式下接收的衛(wèi)星接收任務(wù)優(yōu)先級(jí)較高,如移動(dòng)接收站本地創(chuàng)建衛(wèi)星數(shù)據(jù)任務(wù)與業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)下發(fā)的遠(yuǎn)程任務(wù)時(shí)間沖突,則進(jìn)行自動(dòng)取消,加載業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)下發(fā)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù),加載完成啟動(dòng)任務(wù)準(zhǔn)備節(jié)點(diǎn)時(shí)間戳,定時(shí)執(zhí)行任務(wù)調(diào)度流程。
業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)通過FTP向站監(jiān)控軟件傳輸衛(wèi)星接收任務(wù)XML文件。站監(jiān)控軟件接收到衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)文件解析讀入,生成任務(wù)接收回執(zhí)XML文件,向業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)的FTP傳輸文件,通知業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)接收結(jié)果。
數(shù)據(jù)管理主要是衛(wèi)星信息、站址信息、衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)的管理以及其他各類數(shù)據(jù)的自動(dòng)化維護(hù)與管理。站址信息和軌道數(shù)據(jù)是軌道預(yù)報(bào)時(shí)的輸入信息,站址信息的正確性和衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)的時(shí)效性決定了移動(dòng)站衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)規(guī)劃的有效性。
1)衛(wèi)星信息管理:
衛(wèi)星信息管理是移動(dòng)接收站支持?jǐn)?shù)據(jù)接收的衛(wèi)星信息的管理。衛(wèi)星信息包括北美防空司令部(NORAD)給出的衛(wèi)星編號(hào)、衛(wèi)星代號(hào)、衛(wèi)星系列及任務(wù)規(guī)劃標(biāo)識(shí)等信息,站監(jiān)控軟件使用衛(wèi)星編號(hào)和衛(wèi)星代號(hào)為輸入條件,從以太網(wǎng)自動(dòng)獲取軌道數(shù)據(jù)。
2)軌道數(shù)據(jù)管理:
軌道數(shù)據(jù)管理主要對(duì)兩行數(shù)據(jù)進(jìn)行管理,軌道數(shù)據(jù)主要來自以太網(wǎng)和外部業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)。在站監(jiān)控軟件的工作模式為自動(dòng)規(guī)劃模式時(shí),定時(shí)通過以太網(wǎng)獲取衛(wèi)星的軌道數(shù)據(jù),將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流寫入文件,放入站監(jiān)控軟件的文件工作目錄,站監(jiān)控軟件對(duì)衛(wèi)星的軌道數(shù)據(jù)文件進(jìn)行讀取存儲(chǔ)。當(dāng)移動(dòng)接收站接入外部業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)工作環(huán)境時(shí),由外部業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)將衛(wèi)星兩行數(shù)據(jù)文件通過FTP傳輸給站監(jiān)控軟件,站監(jiān)控軟件對(duì)軌道數(shù)據(jù)文件讀取存儲(chǔ)。除了自動(dòng)化獲取衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù),支持通過軌道數(shù)據(jù)管理界面手動(dòng)輸入軌道數(shù)據(jù)。
3)站址信息管理:
站址信息管理是對(duì)移動(dòng)接收站當(dāng)前地理位置信息的管理,包括經(jīng)度、緯度和高度。站址信息通過技術(shù)支持子系統(tǒng)中時(shí)統(tǒng)設(shè)備獲取,時(shí)統(tǒng)設(shè)備每秒主動(dòng)向站監(jiān)控軟件上報(bào)時(shí)間信息和地理位置信息。站址信息更新有兩種情況,一種是切換工作模式或一鍵啟動(dòng)任務(wù)規(guī)劃作業(yè)時(shí),站監(jiān)控軟件會(huì)根據(jù)時(shí)統(tǒng)設(shè)備上報(bào)信息自動(dòng)更新保存站址信息,另一種是通過站監(jiān)控軟件站址管理界面,人工觸發(fā)站址獲取按鈕,自動(dòng)獲取時(shí)統(tǒng)設(shè)備上報(bào)的地理位置信息更新站址信息,同時(shí)允許使用編輯按鈕手動(dòng)編輯站址信息。
4)信息自動(dòng)化維護(hù)和管理:
信息自動(dòng)化維護(hù)是對(duì)站監(jiān)控軟件中各類文件以及數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化管理和維護(hù)。對(duì)站監(jiān)控軟件的配置信息進(jìn)行周期性備份管理,防止服務(wù)器異常文件損害,操作失誤修改配置信息,影響軟件正常運(yùn)行等。根據(jù)預(yù)置的維護(hù)策略,對(duì)各類文件和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化刪除,避免數(shù)據(jù)過多占用存儲(chǔ)空間。信息的自動(dòng)化維護(hù)策略全部可配置,根據(jù)文件和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)時(shí)效范圍,超過一定時(shí)間的文件和數(shù)據(jù)定時(shí)自動(dòng)刪除,同時(shí)支持通過信息自動(dòng)化管理界面人工一鍵維護(hù)數(shù)據(jù)。
軌道預(yù)報(bào)主要是衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)計(jì)算和軌道預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)計(jì)算。站監(jiān)控軟件利用站址信息、衛(wèi)星兩行數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)時(shí)間范圍生產(chǎn)輸入文件,調(diào)用軌道預(yù)報(bào)服務(wù),計(jì)算衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)或軌道預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)文件。
1)衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)計(jì)算:
衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)計(jì)算包括手動(dòng)計(jì)算和自動(dòng)計(jì)算。手動(dòng)計(jì)算是人工操作站監(jiān)控軟件的任務(wù)創(chuàng)建功能界面,選擇計(jì)算時(shí)間范圍,獲取站址信息和衛(wèi)星最新軌道數(shù)據(jù)開始計(jì)算,由軌道預(yù)報(bào)服務(wù)計(jì)算衛(wèi)星進(jìn)出站時(shí)間信息,并在計(jì)算結(jié)果列表中顯示,選取符合需求的衛(wèi)星進(jìn)出站時(shí)間記錄,生成衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)。自動(dòng)計(jì)算是站監(jiān)控軟件在自動(dòng)規(guī)劃工作模式下,由自動(dòng)規(guī)劃作業(yè)調(diào)度軌道預(yù)報(bào)服務(wù),計(jì)算衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)。
2)軌道預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)計(jì)算:
軌道預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)計(jì)算包括手動(dòng)計(jì)算和自動(dòng)計(jì)算。手動(dòng)計(jì)算是人工操作站監(jiān)控軟件的天線軌道數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)功能界面,選擇任務(wù)時(shí)間范圍,獲取站址信息和衛(wèi)星最新軌道數(shù)據(jù)計(jì)算軌道預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)文件。自動(dòng)計(jì)算是在衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)流程中自動(dòng)調(diào)度,由任務(wù)準(zhǔn)備節(jié)點(diǎn)時(shí)間戳觸發(fā)軌道預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的自動(dòng)計(jì)算,計(jì)算完成向天飼饋?zhàn)酉到y(tǒng)發(fā)送軌道預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)文件,等待任務(wù)執(zhí)行。
任務(wù)規(guī)劃是指站監(jiān)控軟件的任務(wù)規(guī)劃作業(yè),在工作模式是自動(dòng)規(guī)劃模式時(shí)會(huì)定時(shí)啟動(dòng)任務(wù)規(guī)劃作業(yè),由任務(wù)規(guī)劃作業(yè)完成整個(gè)移動(dòng)接收站的衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)規(guī)劃。任務(wù)規(guī)劃時(shí)間范圍默認(rèn)是2天,僅對(duì)設(shè)置有任務(wù)規(guī)劃標(biāo)識(shí)的衛(wèi)星進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃,任務(wù)規(guī)劃作業(yè)每天定時(shí)執(zhí)行,作業(yè)流程啟動(dòng)主動(dòng)從以太網(wǎng)獲取衛(wèi)星最新的軌道數(shù)據(jù),軌道數(shù)據(jù)下載存儲(chǔ)完成,開始計(jì)算衛(wèi)星進(jìn)出站時(shí)刻表,檢查軌道數(shù)據(jù)是否為7日內(nèi)的軌道數(shù)據(jù),如果存在則繼續(xù)計(jì)算,否則進(jìn)行計(jì)算告警提示,取消該衛(wèi)星的任務(wù)規(guī)劃,根據(jù)衛(wèi)星優(yōu)先級(jí)、規(guī)劃篩選規(guī)則和任務(wù)時(shí)間沖突檢測(cè)對(duì)所有衛(wèi)星進(jìn)出站時(shí)間計(jì)算結(jié)果進(jìn)行任務(wù)編排,形成最終的任務(wù)規(guī)劃結(jié)果信息表,將列表中每條信息生成一個(gè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)文件,站監(jiān)控軟件對(duì)所有任務(wù)文件解析加載,創(chuàng)建任務(wù)準(zhǔn)備節(jié)點(diǎn)時(shí)間戳,定時(shí)啟動(dòng)任務(wù)執(zhí)行流程,衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃流程如圖4所示。
圖4 衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃流程圖
1)任務(wù)規(guī)劃篩選規(guī)則:
站監(jiān)控軟件在自動(dòng)規(guī)劃模式下,根據(jù)衛(wèi)星優(yōu)先級(jí)設(shè)置、預(yù)置的規(guī)劃篩選規(guī)則和時(shí)間沖突檢測(cè),對(duì)每顆衛(wèi)星進(jìn)行進(jìn)出站時(shí)間計(jì)算。衛(wèi)星優(yōu)先級(jí)設(shè)置是指接收站對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收優(yōu)先級(jí)的設(shè)置,優(yōu)先級(jí)最高的衛(wèi)星接收其全部符合規(guī)劃條件的數(shù)據(jù)接收任務(wù)。規(guī)劃篩選規(guī)則包括衛(wèi)星進(jìn)出站過境時(shí)間差和衛(wèi)星過境時(shí)間段最高仰角度數(shù)值域。時(shí)間沖突檢測(cè)包括衛(wèi)星過境時(shí)間段和兩顆衛(wèi)星過境時(shí)間差的沖突檢測(cè)。
每顆衛(wèi)星的起始計(jì)算角度默認(rèn)為3度,在計(jì)算結(jié)果中篩選出衛(wèi)星進(jìn)出站時(shí)間差大于10分鐘,最高仰角大于15度的過境時(shí)間信息,根據(jù)衛(wèi)星優(yōu)先級(jí)規(guī)則,將優(yōu)先級(jí)最高的衛(wèi)星進(jìn)出站時(shí)間篩選結(jié)果全部放入任務(wù)規(guī)劃結(jié)果信息表中,優(yōu)先級(jí)低的衛(wèi)星篩選出的進(jìn)出站時(shí)間信息表與任務(wù)規(guī)劃結(jié)果信息表中的衛(wèi)星進(jìn)出站時(shí)間進(jìn)行過境時(shí)間沖突檢測(cè),并判斷上一顆衛(wèi)星的出站時(shí)間和下一顆衛(wèi)星的進(jìn)站時(shí)間必須相隔5分鐘,滿足上述條件的進(jìn)出站時(shí)間信息將被存入任務(wù)規(guī)劃結(jié)果信息表中,將每顆衛(wèi)星的進(jìn)出站時(shí)間表依次與任務(wù)規(guī)劃結(jié)果信息表進(jìn)行時(shí)間沖突檢測(cè),直到所有的衛(wèi)星遍歷完成,形成最終的任務(wù)規(guī)劃結(jié)果信息表如圖5所示。
圖5 任務(wù)規(guī)劃篩選
2)任務(wù)沖突檢測(cè):
在入網(wǎng)運(yùn)行模式下,站監(jiān)控軟件接收業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)發(fā)送的遠(yuǎn)程衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù),并調(diào)度站內(nèi)各子系統(tǒng)完成衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收。站監(jiān)控軟件設(shè)置入網(wǎng)運(yùn)行模式下接收的遠(yuǎn)程任務(wù)優(yōu)先級(jí)最高,本地創(chuàng)建的任務(wù)優(yōu)先級(jí)低于遠(yuǎn)程任務(wù),遠(yuǎn)程任務(wù)與本地創(chuàng)建任務(wù)沖突檢測(cè),時(shí)間沖突會(huì)自動(dòng)取消本地創(chuàng)建任務(wù),加載遠(yuǎn)程任務(wù)。如果業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)發(fā)送的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收任務(wù)與站監(jiān)控軟件已經(jīng)加載的遠(yuǎn)程任務(wù)時(shí)間沖突,那么站監(jiān)控軟件將拒絕加載該任務(wù),生成接收結(jié)果文件填寫任務(wù)拒絕原因,向業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)發(fā)送,任務(wù)沖突檢測(cè)如圖6所示。對(duì)于沖突的遠(yuǎn)程任務(wù),站監(jiān)控軟件支持遠(yuǎn)程取消后再傳輸新的任務(wù)。
圖6 任務(wù)沖突檢測(cè)
監(jiān)控管理主要是實(shí)時(shí)監(jiān)視接收站內(nèi)各子系統(tǒng)硬件設(shè)備的工作參數(shù)和狀態(tài),在數(shù)據(jù)接收任務(wù)流程中自動(dòng)對(duì)各子系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行控制,對(duì)設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)提供集中監(jiān)控,周期性采集設(shè)備的綜合狀態(tài),對(duì)設(shè)備故障信息進(jìn)行故障定位和告警提示,站監(jiān)控軟件監(jiān)控管理如圖7所示。
圖7 站監(jiān)控軟件監(jiān)控管理示意圖
1)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控:
設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控是站監(jiān)控軟件與接收站內(nèi)各子系統(tǒng)的硬件設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行監(jiān)控通信,支持TCP[14-15]、UDP[16]以及串口通信[17-18]協(xié)議。站監(jiān)控軟件周期性向硬件設(shè)備發(fā)送查詢命令,設(shè)備向站監(jiān)控軟件上報(bào)查詢響應(yīng)信息,包括工作參數(shù)和工作狀態(tài),站監(jiān)控軟件將收到的響應(yīng)信息進(jìn)行解析并向可視化界面推送顯示。通過站監(jiān)控軟件的設(shè)備監(jiān)控界面可以對(duì)站內(nèi)可監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,修改設(shè)備的工作參數(shù),設(shè)備收到站監(jiān)控軟件發(fā)送的參數(shù)控制命令,對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置完成后向站監(jiān)控軟件反饋參數(shù)控制結(jié)果。站監(jiān)控軟件向設(shè)備發(fā)送查詢命令的周期時(shí)間可設(shè)置,在參數(shù)控制界面對(duì)每個(gè)參數(shù)進(jìn)行范圍和有效性檢查,避免參數(shù)控制錯(cuò)誤操作。對(duì)于部分硬件設(shè)備,設(shè)計(jì)為監(jiān)視信息主動(dòng)上報(bào)模式,無需站監(jiān)控軟件發(fā)送查詢命令,開機(jī)后自動(dòng)每秒向站監(jiān)控軟件上報(bào)工作參數(shù)和工作狀態(tài)。站監(jiān)控軟件對(duì)設(shè)備工作參數(shù)異常信息進(jìn)行提示,定位故障原因,對(duì)于設(shè)備異常狀態(tài),站監(jiān)控軟件利用界面醒目圖標(biāo)告警以及聲音告警兩種形式提示操作員檢查[19]。
2)集中監(jiān)視和控制:
集中監(jiān)視和控制是將站內(nèi)所有可監(jiān)控設(shè)備的關(guān)鍵信息和工作狀態(tài)集中在一個(gè)界面中顯示。在數(shù)據(jù)接收任務(wù)自動(dòng)化流程中可實(shí)時(shí)查看站內(nèi)設(shè)備工作狀態(tài),對(duì)于出現(xiàn)的異常情況可快速處理。
在非任務(wù)階段,站監(jiān)控軟件按照預(yù)置的時(shí)間頻率對(duì)接收站內(nèi)所有設(shè)備的綜合狀態(tài)和工作參數(shù)進(jìn)行采集[20],以一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)。在任務(wù)階段,站監(jiān)控軟件每秒收集一次接收站硬件設(shè)備的綜合狀態(tài)和工作參數(shù),以一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)數(shù)據(jù)接收出現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量問題時(shí),用于事后分析,確定設(shè)備工作狀態(tài)是否正常。
3)自動(dòng)化控制:
自動(dòng)化控制是站監(jiān)控軟件在執(zhí)行數(shù)據(jù)接收任務(wù)前準(zhǔn)備時(shí)間,定時(shí)自動(dòng)對(duì)接收站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行的組配宏參數(shù)控制。站監(jiān)控軟件為每顆衛(wèi)星配置了一套組配宏參數(shù),其包括接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)的所有子系統(tǒng)設(shè)備工作參數(shù)以及鏈路配置。對(duì)每個(gè)組配宏參數(shù)都進(jìn)行一定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ),包括文件形式和數(shù)據(jù)庫形式,并允許通過組配宏參數(shù)管理界面對(duì)設(shè)備的工作參數(shù)和鏈路配置進(jìn)行管理。
將組配宏參數(shù)分為兩類,一類是數(shù)據(jù)接收任務(wù)組配宏,一類是測(cè)試組配宏。數(shù)據(jù)接收任務(wù)組配宏是由任務(wù)發(fā)起調(diào)用,在執(zhí)行數(shù)據(jù)接收自動(dòng)化流程前的準(zhǔn)備時(shí)間,調(diào)度衛(wèi)星組配宏,將設(shè)備的參數(shù)信息和鏈路信息拆分重組,并傳遞給監(jiān)控管理,由監(jiān)控管理向硬件設(shè)備發(fā)送工作參數(shù)控制和鏈路配置。測(cè)試組配宏是由人工發(fā)起站內(nèi)測(cè)試工作,誤碼率測(cè)試、閉環(huán)測(cè)試以及私服性能測(cè)試等[5],通過操作組配宏管理界面,完成組配宏參數(shù)控制。
4)監(jiān)控?cái)U(kuò)展性:
為了提高接移動(dòng)接收站各子系統(tǒng)可靠性和運(yùn)行效率,同時(shí)便于系統(tǒng)擴(kuò)展及系統(tǒng)的維護(hù),要求規(guī)范設(shè)備硬件接口,提升設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化程度[21],監(jiān)控管理針對(duì)接收站內(nèi)設(shè)備的新增和變更問題設(shè)計(jì)了擴(kuò)展性強(qiáng)的監(jiān)控結(jié)構(gòu),設(shè)備監(jiān)控接口升級(jí),修改站監(jiān)控軟件中硬件設(shè)備的監(jiān)控接口信息和網(wǎng)絡(luò)通信配置便可完成硬件設(shè)備監(jiān)控管理升級(jí),避免修改任何軟件編碼。隨著接收站設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通信的不斷升級(jí),設(shè)備的通信協(xié)議由TCP換為UDP,串口換為TCP,站監(jiān)控軟件針對(duì)通信協(xié)議的變化進(jìn)行了配置升級(jí),通過修改設(shè)備信息的通信類型完成通信協(xié)議的更新。
任務(wù)調(diào)度是站監(jiān)控軟件啟動(dòng)數(shù)據(jù)接收任務(wù)時(shí)利用任務(wù)節(jié)點(diǎn)矩陣調(diào)度各子系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)接收任務(wù),將任務(wù)節(jié)點(diǎn)矩陣調(diào)度策略采用XML文件可配置的方式存儲(chǔ)管理。任務(wù)調(diào)度將數(shù)據(jù)接收任務(wù)劃分為多個(gè)節(jié)點(diǎn),每個(gè)節(jié)點(diǎn)完成一項(xiàng)流程工作,站監(jiān)控軟件加載數(shù)據(jù)接收任務(wù)成功后自動(dòng)創(chuàng)建任務(wù)準(zhǔn)備時(shí)間戳,通過任務(wù)準(zhǔn)備時(shí)間戳,定時(shí)啟動(dòng)任務(wù)節(jié)點(diǎn)矩陣流程。任務(wù)節(jié)點(diǎn)矩陣將數(shù)據(jù)接收任務(wù)劃分為任務(wù)準(zhǔn)備節(jié)點(diǎn)、開始節(jié)點(diǎn)、回執(zhí)節(jié)點(diǎn)、子報(bào)告節(jié)點(diǎn)、報(bào)告節(jié)點(diǎn)、結(jié)束節(jié)點(diǎn)和超時(shí)節(jié)點(diǎn)等,將流程節(jié)點(diǎn)羅列在任務(wù)節(jié)點(diǎn)矩陣中,每個(gè)任務(wù)節(jié)點(diǎn)處理一項(xiàng)流程工作,完成節(jié)點(diǎn)工作后會(huì)向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送工作消息,通知下一個(gè)工作節(jié)點(diǎn)開始工作或啟動(dòng)工作時(shí)間戳,工作時(shí)間戳與定時(shí)器相似,等待約定的時(shí)間后觸發(fā)工作執(zhí)行,如定義的時(shí)間戳為工作節(jié)點(diǎn)檢查類時(shí)間戳,在定時(shí)觸發(fā)檢查工作前已完成節(jié)點(diǎn)工作,取消檢查時(shí)間戳。針對(duì)每個(gè)流程節(jié)點(diǎn)處理結(jié)果預(yù)置了多種處理方案,同時(shí)設(shè)計(jì)超時(shí)機(jī)制,若某一流程節(jié)點(diǎn)運(yùn)行異常,無法在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成任務(wù),則在運(yùn)行時(shí)間超過設(shè)定的閾值后,放棄等待,直接執(zhí)行后續(xù)未完成的作業(yè)或進(jìn)行超時(shí)工作處理,提出告警信息,不因?yàn)槟骋还?jié)點(diǎn)的執(zhí)行結(jié)果影響整個(gè)任務(wù)流程。
當(dāng)站監(jiān)控軟件向子系統(tǒng)發(fā)送任務(wù)文件后啟動(dòng)回執(zhí)文件等待節(jié)點(diǎn)時(shí)間戳,開始等待子系統(tǒng)傳輸回執(zhí)文件,文件等待時(shí)間戳定時(shí)讀取回執(zhí)文件,當(dāng)子系統(tǒng)的回執(zhí)文件是接收狀態(tài)時(shí),自動(dòng)發(fā)送接收工作消息,啟動(dòng)子系統(tǒng)報(bào)告節(jié)點(diǎn)檢查時(shí)間戳,準(zhǔn)備工作完成啟動(dòng)任務(wù)開始節(jié)點(diǎn)和任務(wù)結(jié)束節(jié)點(diǎn),衛(wèi)星進(jìn)站任務(wù)開始,開始節(jié)點(diǎn)觸發(fā)監(jiān)視數(shù)據(jù)采集等工作,各子系統(tǒng)開始數(shù)據(jù)接收工作,衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收結(jié)束,子系統(tǒng)生成數(shù)據(jù)接收?qǐng)?bào)告向站監(jiān)控軟件發(fā)送,站監(jiān)控軟件收到子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收?qǐng)?bào)告后取消子系統(tǒng)報(bào)告節(jié)點(diǎn)檢查時(shí)間戳,衛(wèi)星出站任務(wù)結(jié)束,結(jié)束節(jié)點(diǎn)停止采集工作,向報(bào)告節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)告檢查消息,獲取子系統(tǒng)上報(bào)的工作報(bào)告,報(bào)告節(jié)點(diǎn)整理生成任務(wù)完成報(bào)告。當(dāng)子系統(tǒng)報(bào)告節(jié)點(diǎn)檢查時(shí)間戳定時(shí)啟動(dòng),則向超時(shí)節(jié)點(diǎn)發(fā)送子系統(tǒng)報(bào)告超時(shí)消息,超時(shí)節(jié)點(diǎn)收到消息則向報(bào)告節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)告超時(shí)消息,報(bào)告節(jié)點(diǎn)整理生成任務(wù)超時(shí)報(bào)告,任務(wù)節(jié)點(diǎn)矩陣運(yùn)行狀態(tài)如圖8所示。
在自動(dòng)規(guī)劃工作模式下,站監(jiān)控軟件任務(wù)規(guī)劃完成后生成任務(wù)文件,將文件傳入軟件文件工作目錄掃描解析加載,為每個(gè)任務(wù)啟動(dòng)任務(wù)準(zhǔn)備時(shí)間戳,在任務(wù)前準(zhǔn)備時(shí)間,任務(wù)流程準(zhǔn)備節(jié)點(diǎn)開始工作,計(jì)算軌道預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)文件向天飼饋?zhàn)酉到y(tǒng)傳輸,生成數(shù)據(jù)記錄任務(wù)文件向記錄與快視子系統(tǒng)傳輸,向站內(nèi)各子系統(tǒng)發(fā)起自動(dòng)化設(shè)備參數(shù)控制,準(zhǔn)備節(jié)點(diǎn)完成,等待回執(zhí)文件,站內(nèi)子系統(tǒng)接收接收確認(rèn)回執(zhí),等待任務(wù)執(zhí)行,衛(wèi)星進(jìn)站時(shí)間任務(wù)開始,站監(jiān)控軟件開始每秒收集站內(nèi)各設(shè)備綜合監(jiān)控信息,數(shù)據(jù)接收任務(wù)執(zhí)行完成,衛(wèi)星出站,站監(jiān)控軟件接收記錄與快視子系統(tǒng)上報(bào)的數(shù)據(jù)接收?qǐng)?bào)告文件,站監(jiān)控軟件將報(bào)告文件進(jìn)行解析,整理為最終的數(shù)據(jù)接收完成報(bào)告,如圖9所示。在入網(wǎng)運(yùn)行模式下,將數(shù)據(jù)接收完成報(bào)告發(fā)送給業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng),如圖10所示。
圖8 任務(wù)節(jié)點(diǎn)矩陣運(yùn)行狀態(tài)圖
圖9 自動(dòng)規(guī)劃模式任務(wù)調(diào)度流程
圖10 入網(wǎng)運(yùn)行模式任務(wù)調(diào)度流程
結(jié)合某國際出口項(xiàng)目3.7米氣象衛(wèi)星車載移動(dòng)接收站對(duì)站監(jiān)控軟件進(jìn)行設(shè)計(jì),無外部業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)提供衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù),由站監(jiān)控軟件完成數(shù)據(jù)接收任務(wù)的創(chuàng)建以及數(shù)據(jù)接收流程調(diào)度。氣象衛(wèi)星[22]移動(dòng)接收站包括接收TERRA、AUQA、NOAA,風(fēng)云系列衛(wèi)星FENGYUN3D及FENGYUN2H等[23],氣象衛(wèi)星接收站根據(jù)工程應(yīng)用能力接收氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)。將站監(jiān)控軟件的工作模式設(shè)置為自動(dòng)規(guī)劃模式,定時(shí)啟動(dòng)任務(wù)規(guī)劃作業(yè),從以太網(wǎng)https://celestrak.com中獲取衛(wèi)星的兩行數(shù)據(jù)[24],將衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)存入文件并入庫存儲(chǔ)。
站監(jiān)控軟件初始啟動(dòng)衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)列表為空,檢查移動(dòng)接收站內(nèi)各子系統(tǒng)設(shè)備工作狀態(tài),確認(rèn)站監(jiān)控軟件之間網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控狀態(tài),由操作人員通過站監(jiān)控軟件前端界面對(duì)衛(wèi)星信息進(jìn)行管理,確認(rèn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收優(yōu)先級(jí)和衛(wèi)星信息列表,配置衛(wèi)星進(jìn)出站時(shí)間預(yù)報(bào)起始計(jì)算角度、衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收最短時(shí)間、數(shù)據(jù)接收最高仰角最小角度值域和任務(wù)間隔時(shí)間等,系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)確認(rèn)完成,一鍵啟動(dòng)任務(wù)規(guī)劃作業(yè),開始更新站址信息,獲取軌道數(shù)據(jù),計(jì)算衛(wèi)星進(jìn)出站信息,通過任務(wù)規(guī)劃篩選、衛(wèi)星優(yōu)先級(jí)以及時(shí)間沖突檢測(cè)形成最終衛(wèi)星進(jìn)出站時(shí)間信息列表,將規(guī)劃結(jié)果形成任務(wù)文件讀入加載,通過站監(jiān)控軟件任務(wù)管理界面查看衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)列表。允許操作員對(duì)站監(jiān)控軟件規(guī)劃的任務(wù)列表進(jìn)行管理,取消某數(shù)據(jù)接收任務(wù),通過任務(wù)創(chuàng)建功能界面手動(dòng)操作創(chuàng)建新的衛(wèi)星接收任務(wù)。站監(jiān)控軟件自動(dòng)調(diào)度站內(nèi)各子系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)接收任務(wù)。
提供入網(wǎng)運(yùn)行模式,將移動(dòng)接收站接入某業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)與站監(jiān)控軟件存在任務(wù)接口,通過FTP向站監(jiān)控軟件下發(fā)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收任務(wù)XML文件及衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù),站監(jiān)控軟件不再進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃作業(yè),主要執(zhí)行業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)下發(fā)的數(shù)據(jù)接收任務(wù),數(shù)據(jù)接收完成,將數(shù)據(jù)接收?qǐng)?bào)告通過FTP向業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)傳輸。
自動(dòng)規(guī)劃模式對(duì)衛(wèi)星列表中具有任務(wù)規(guī)劃標(biāo)識(shí)的衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)接收任務(wù)的規(guī)劃,接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)。在入網(wǎng)運(yùn)行模式時(shí),移動(dòng)接收站接收業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)規(guī)劃的數(shù)據(jù)接收任務(wù),根據(jù)工程應(yīng)用能力移動(dòng)接收站可擴(kuò)展接收其他氣象衛(wèi)星、陸地衛(wèi)星和海洋衛(wèi)星等數(shù)據(jù)。
對(duì)于海外項(xiàng)目的遙感衛(wèi)星移動(dòng)接收站站監(jiān)控軟件,其定時(shí)自動(dòng)規(guī)劃衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)的設(shè)計(jì)提高了移動(dòng)接收站的全自動(dòng)化運(yùn)行,避免人工操作效率低和任務(wù)編排規(guī)劃的不合理性,提高了移動(dòng)接收站的利用率,保障衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收的持續(xù)性。