基于TDMA技術(shù)的多源遙測(cè)數(shù)據(jù)協(xié)同處理研究

摘要：基于TDMA技術(shù)的多源遙測(cè)數(shù)據(jù)接收，由于數(shù)據(jù)流分時(shí)不連續(xù)的特點(diǎn)，給實(shí)時(shí)流暢顯示處理帶來(lái)了困難。在此提出基于TDMA的多源數(shù)據(jù)協(xié)同處理算法，通過(guò)在發(fā)送端信源編碼時(shí)增加識(shí)別碼，在接收端采用消息循環(huán)機(jī)制區(qū)分識(shí)別碼，并通過(guò)時(shí)域擴(kuò)展方式實(shí)現(xiàn)多流數(shù)據(jù)的全時(shí)域處理顯示。測(cè)試表明，該算法能夠精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)基于TDMA的多源數(shù)據(jù)同步分流，并在顯示界面終端全時(shí)域?qū)崟r(shí)處理顯示數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：TDMA；多源遙測(cè)；信源編碼；時(shí)域擴(kuò)展

一、前言

遙測(cè)接收作為獲得產(chǎn)品試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重要手段，在產(chǎn)品研制中一直發(fā)揮著重要作用[1]。現(xiàn)有頻分體制遙測(cè)接收技術(shù)主要適用于單目標(biāo)飛行試驗(yàn)。針對(duì)多目標(biāo)飛行特點(diǎn)，需要研究多源遙測(cè)數(shù)據(jù)接收機(jī)制及處理技術(shù)，目前越來(lái)越多的研究集中在多址接入方式和天線類型選型方面[2-3]，以期尋求關(guān)鍵技術(shù)突破和解決措施。而后端實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，特別是在時(shí)分多址（TDMA）模式下[4]，數(shù)據(jù)的平滑顯示處理關(guān)注度明顯不夠。在TDMA模式下，數(shù)據(jù)流有其自身特點(diǎn)：在發(fā)射端，多源數(shù)據(jù)按照預(yù)設(shè)的時(shí)間序列在各自的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)；在接收端，多個(gè)分時(shí)數(shù)據(jù)組成整個(gè)數(shù)據(jù)流，后端數(shù)據(jù)處理需要精準(zhǔn)識(shí)別并區(qū)分每個(gè)數(shù)據(jù)流。

本文基于TDMA模式，研究在單遙測(cè)站接收多目標(biāo)遙測(cè)數(shù)據(jù)的情況下，對(duì)多個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)源進(jìn)行平滑顯示處理的過(guò)程，并實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)數(shù)據(jù)的全時(shí)域擴(kuò)展解算顯示。

二、需求分析

目前，遙測(cè)數(shù)據(jù)接收和處理通常是基于單目標(biāo)單遙測(cè)站接收的一對(duì)一方式，這種情況下，數(shù)據(jù)處理只需要按照數(shù)據(jù)流的方式順序解算即可，不需要進(jìn)行特別處理。而基于TDMA的單遙測(cè)站接收多目標(biāo)數(shù)據(jù)，由于分時(shí)及單遙測(cè)站接收特性，數(shù)據(jù)接收和處理顯示有其自身特點(diǎn)。

（一）數(shù)據(jù)接收

在TDMA模式下，多源數(shù)據(jù)分別在規(guī)定的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)，遙測(cè)站按照順序流接收。由于各數(shù)據(jù)流幀格式相同，后端無(wú)法正確區(qū)分各路數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)總體上是連續(xù)接收的，所以需要精準(zhǔn)識(shí)別各目標(biāo)數(shù)據(jù)流，并正確分路保存。

（二）數(shù)據(jù)處理顯示

當(dāng)數(shù)據(jù)接收后，由于需要實(shí)時(shí)顯示，如果不處理，在顯示終端將無(wú)法區(qū)分是哪一路數(shù)據(jù)。并且處理后，由于分時(shí)的特性，數(shù)據(jù)顯示將呈現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)的狀態(tài)，特別在高碼率情況下，數(shù)據(jù)刷新率極快，不易對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性判別。所以基于TDMA的多源數(shù)據(jù)處理，需要在數(shù)據(jù)接收和處理方面進(jìn)行算法設(shè)計(jì)，以解決目前存在的瓶頸問(wèn)題。

三、多源數(shù)據(jù)協(xié)同處理算法設(shè)計(jì)

（一）數(shù)據(jù)接收

由于是單遙測(cè)站接收，僅依靠遙測(cè)同步碼不能正確區(qū)分識(shí)別各目標(biāo)數(shù)據(jù)。同時(shí)在單站接收時(shí)，由于需要同步碼進(jìn)行位幀鎖定，也不能隨意更改各信源的同步碼，否則接收機(jī)將不能適應(yīng)這種頻繁的位幀同步變化，從而增加解調(diào)數(shù)據(jù)的難度。為了精準(zhǔn)識(shí)別各目標(biāo)數(shù)據(jù)，TDMA系統(tǒng)一般采取時(shí)鐘同步的方式，把各用戶終端設(shè)備與遙測(cè)站的時(shí)鐘同步，以保證時(shí)分復(fù)用順利進(jìn)行。但在遙測(cè)系統(tǒng)中，由于遙測(cè)站使用的不固定，無(wú)法給每套遙測(cè)站增加時(shí)鐘同步設(shè)備。計(jì)劃采取在信源編碼時(shí)，在同步字后增加各數(shù)據(jù)流識(shí)別碼的方式區(qū)分各數(shù)據(jù)源，接收端接收到數(shù)據(jù)流后，依據(jù)識(shí)別碼區(qū)分各目標(biāo)流數(shù)據(jù)，并分別進(jìn)行保存，這種方式只需要在軟件端實(shí)現(xiàn)，降低了數(shù)據(jù)處理難度。

數(shù)據(jù)接收處理流程如圖1所示。

（二）數(shù)據(jù)處理顯示

數(shù)據(jù)處理顯示過(guò)程包含數(shù)據(jù)傳遞和數(shù)據(jù)顯示兩部分。數(shù)據(jù)傳遞功能主要實(shí)現(xiàn)在接收數(shù)據(jù)分發(fā)處理過(guò)程時(shí)，不影響實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的正常顯示。數(shù)據(jù)顯示主要實(shí)現(xiàn)把分時(shí)斷續(xù)的多個(gè)數(shù)據(jù)流在同一時(shí)間內(nèi)處理為連續(xù)顯示的狀態(tài)，也可以理解為是一個(gè)由分時(shí)顯示變?yōu)槿珪r(shí)域擴(kuò)展顯示的過(guò)程。

1.數(shù)據(jù)傳遞

在數(shù)據(jù)傳遞過(guò)程中，為了不影響數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，計(jì)劃采用消息機(jī)制在后臺(tái)進(jìn)行處理。Windows消息機(jī)制[5]由消息隊(duì)列、消息循環(huán)和消息處理三部分組成。

對(duì)于每一個(gè)應(yīng)用程序，操作系統(tǒng)將會(huì)創(chuàng)建一個(gè)對(duì)應(yīng)的消息隊(duì)列，消息隊(duì)列具有先進(jìn)先出的特點(diǎn)，每產(chǎn)生一個(gè)消息都會(huì)添加到消息隊(duì)列中。應(yīng)用程序會(huì)通過(guò)相應(yīng)函數(shù)從消息隊(duì)列中獲取對(duì)應(yīng)信息，然后在對(duì)應(yīng)顯示窗口一一響應(yīng)。而通過(guò)消息循環(huán)機(jī)制，應(yīng)用程序能從消息隊(duì)列中不斷取得隊(duì)首的消息，并將它分發(fā)出去。消息處理是程序在接收到消息之后，根據(jù)消息類型的不同做出的不同處理。

在Windows應(yīng)用程序中發(fā)送消息，一般使用PostMessage（）和SendMesage（）函數(shù)，但是它們發(fā)送和處理消息的方式是不同的。SendMessage（）函數(shù)將指定的消息發(fā)送到一個(gè)或多個(gè)窗口，直到窗口程序處理完消息再返回，是一個(gè)同步的過(guò)程。PostMessage（）函數(shù)是把消息封裝成一個(gè)MSG結(jié)構(gòu)，送到一個(gè)消息隊(duì)列后立即返回，無(wú)需等待，是一個(gè)異步的過(guò)程。

基于TDMA的多源數(shù)據(jù)處理采用異步方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞，所有數(shù)據(jù)源在位幀同步處理后，組成消息隊(duì)列，經(jīng)過(guò)識(shí)別碼判別后，分發(fā)為不同的線程消息隊(duì)列，再由消息循環(huán)調(diào)度過(guò)程，把不同的消息送往窗口進(jìn)行數(shù)據(jù)處理顯示。

數(shù)據(jù)傳遞中的消息機(jī)制實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖2所示。

2.數(shù)據(jù)顯示

基于TDMA的多源遙測(cè)數(shù)據(jù)顯示，如果不進(jìn)行處理，即使增加了識(shí)別碼，在數(shù)據(jù)刷新率較快的情況下，同一個(gè)界面也將無(wú)法區(qū)分出各目標(biāo)源。計(jì)劃采取控件編寫的方式[6]，將常用功能封裝在控件中，提供給監(jiān)測(cè)軟件調(diào)用，并通過(guò)內(nèi)存拷貝，采用雙緩存機(jī)制，解決數(shù)據(jù)快速刷新引起的閃爍問(wèn)題。經(jīng)測(cè)試，該控件能支持多源數(shù)據(jù)的配置，每個(gè)控件只顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)流。

控件顯示效果如圖3所示。

同時(shí)在分時(shí)模式下，如果對(duì)分流后的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示不進(jìn)行處理，顯示界面將呈現(xiàn)出斷斷續(xù)續(xù)的特點(diǎn)，如圖4所示，影響數(shù)據(jù)分析人員直觀判讀。所以需要采取措施，把分時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行全時(shí)域擴(kuò)展處理顯示，即把一個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)擴(kuò)展為一個(gè)時(shí)幀進(jìn)行顯示。

一種方法是把所有分路后的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，等夠一個(gè)時(shí)幀長(zhǎng)度后，再把緩存后的分路數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)送到前端進(jìn)行同步全時(shí)域擴(kuò)展顯示。為了適應(yīng)這種多路數(shù)據(jù)的高精度（1ms以內(nèi)）同步顯示，需要對(duì)數(shù)據(jù)幀精準(zhǔn)定時(shí)。

實(shí)現(xiàn)高精度定時(shí)的方法有很多[7]，如采用多媒體定時(shí)器等，但需要專門的控件進(jìn)行支持或需要專門工具進(jìn)行開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為復(fù)雜，定時(shí)精度也可能滿足不了需要。為了實(shí)現(xiàn)更高精度的定時(shí)，可以采用在不降低計(jì)算機(jī)性能的前提下，使用通過(guò)獲得系統(tǒng)時(shí)鐘頻率QueryPerformanceFrequency（）和使用次數(shù)QueryPerformanceCounter（）函數(shù)，這兩個(gè)函數(shù)通過(guò)匯編語(yǔ)言讀取CPU中以機(jī)器時(shí)鐘為單位的計(jì)數(shù)器，定時(shí)精度能夠達(dá)到微秒級(jí)甚至納秒級(jí)。

通過(guò)精準(zhǔn)定時(shí)，在多路緩存TDMA數(shù)據(jù)流通過(guò)消息機(jī)制匯聚，并通過(guò)識(shí)別碼分流，進(jìn)入全時(shí)域顯示等待處理過(guò)程，當(dāng)滿足時(shí)幀顯示條件后，在顯示窗口對(duì)數(shù)據(jù)流按幀間隔時(shí)間進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示處理。

數(shù)據(jù)分時(shí)全域顯示的處理過(guò)程如圖5所示。

四、多源數(shù)據(jù)協(xié)同處理算法實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證

通過(guò)需求分析和算法設(shè)計(jì)可以看出，基于TDMA的多源數(shù)據(jù)協(xié)同處理算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：多源數(shù)據(jù)在規(guī)定時(shí)隙內(nèi)向外發(fā)送數(shù)據(jù)流，遙測(cè)站接收數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)位幀同步處理后，通過(guò)識(shí)別碼對(duì)多路數(shù)據(jù)進(jìn)行分路保存，同時(shí)在數(shù)據(jù)處理后端緩存一個(gè)時(shí)幀后，觸發(fā)消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，后端把緩存數(shù)據(jù)送往數(shù)據(jù)處理前端，顯示窗口通過(guò)精準(zhǔn)定時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)按照幀間隔時(shí)間進(jìn)行全時(shí)域擴(kuò)展實(shí)時(shí)處理顯示。

多源數(shù)據(jù)協(xié)同處理算法實(shí)現(xiàn)流程如圖6所示。

為了驗(yàn)證算法的有效性，分別對(duì)幀間隔時(shí)間為4ms的兩路TDMA數(shù)據(jù)和幀間隔時(shí)間為1ms的三路TDMA數(shù)據(jù)進(jìn)行了模擬處理顯示。

（一）幀間隔為4ms的兩路TDMA數(shù)據(jù)

幀間隔為4ms的兩路TDMA數(shù)據(jù)基本配置信息如下。

每秒時(shí)隙數(shù)：4個(gè)；

時(shí)隙長(zhǎng)度：240ms；

幀長(zhǎng)：10Byte；

單路一個(gè)時(shí)隙的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：600Byte。

此次模擬數(shù)據(jù)幀間隔時(shí)間為4ms，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，算法能夠及時(shí)準(zhǔn)確分路數(shù)據(jù)，并能夠在一個(gè)時(shí)域內(nèi)正確擴(kuò)展，實(shí)時(shí)顯示所有數(shù)據(jù)。處理效果如圖7所示。

（二）幀間隔為1ms的三路TDMA數(shù)據(jù)

幀間隔為1ms的三路TDMA數(shù)據(jù)，基本配置信息如下。

每秒時(shí)隙數(shù)：6個(gè)；

時(shí)隙長(zhǎng)度：160ms；

幀長(zhǎng)：10Byte；

單路一個(gè)時(shí)隙的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：1600Byte。

此次模擬數(shù)據(jù)幀間隔時(shí)間為1ms，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，算法能夠及時(shí)分路處理三路數(shù)據(jù)，并能夠在一個(gè)時(shí)域內(nèi)正確擴(kuò)展實(shí)時(shí)顯示所有數(shù)據(jù)。處理效果如圖8所示。

五、結(jié)語(yǔ)

基于TDMA的多源遙測(cè)數(shù)據(jù)協(xié)同處理算法，通過(guò)在發(fā)送端信源編碼時(shí)增加識(shí)別碼，在接收端采用消息循環(huán)機(jī)制區(qū)分識(shí)別碼，并通過(guò)時(shí)域擴(kuò)展方式，實(shí)現(xiàn)了多流數(shù)據(jù)的全時(shí)域擴(kuò)展處理顯示，較好地實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理需求及數(shù)據(jù)分析需求。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，在模擬數(shù)據(jù)幀間隔時(shí)間為1ms的情況下，算法仍能夠及時(shí)分路處理數(shù)據(jù)，并在一個(gè)時(shí)域內(nèi)正確擴(kuò)展處理顯示所有數(shù)據(jù)，體現(xiàn)出了算法運(yùn)行的穩(wěn)定性和健壯性。

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作者單位：劉亞南、陳飛，中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院；張育，中國(guó)人民解放軍93160部隊(duì)

■ 責(zé)任編輯：張津平 尚丹