卫星遥测数据系统设计论文

关键词： 飞行器

卫星遥测数据系统设计论文（精选9篇）

篇1：卫星遥测数据系统设计论文

1系统总体设计过程控制

1．１系统应用框架设计过程

基于遥测数据管理系统的数据需求，必须有一个数据系统中心，以数据服务系统的形式保存和处理相关用户需求，对外的数据用户主要包括综合测试系统数据比对用户、办公室数据分析用户、技术实验室数据验证用户以及其它现场数据用户，因此，基于虚拟平台的卫星数据管理与应用系统总体结构。

1．２虚拟数据系统结构

基于上文中虚拟平台的卫星数据管理与应用系统框架，本文设计了基于虚拟平台的卫星数据管理系统结构，系统共包含７个方面的内容，分别为：卫星数据设计中心、数据管理控制中心、数据判读中心、测试数据中心、仿真数据中心、远程数据中心和数据应用中心。卫星数据设计中心基础应用层面进行数据管理与应用的配置设计，为管理中心提供数据管理基础，数据管理中心对全寿命周期数据进行管理和存储，并对外提供数据服务。数据判读中心对卫星研制过程中产生的重要数据进行实时自动判读，并提供报警服务。测试数据中心是对卫星地面测试时产生的数据提供监视、判读与订阅服务的数据中心。仿真数据中心是卫星研制任务仿真验证中心验证的卫星任务、接口以及指标相关的卫星验证数据，为卫星研制提供数据支持。远程数据中心是卫星研制过程中外场测试、联试以及发射场等产生的外部数据，通过远程网络进行传输入库，保证全寿命周期数据的得到存储。数据应用中心主要对外部数据用户开发的系统数据应用软件，包括监视、统计以及相关查询分析软件。

2数据系统单元设计控制

2．１卫星数据设计中心

卫星全寿命周期数据程设计中心，主要是在卫星整星论证准备前期阶段，建立卫星全寿命周期数据业务模型，规划全寿命周期数据。系统以被设计卫星的功能模型为核心，通过建模工具，建立被设计卫星数据模型，通过该数据模型能够用系统性的工具将设计的数据模型导入到系统数据库中，进行录入，自动生成应用指令序列，送交设计执行和判读系统开展工作。系统总的功能结构划分。卫星数据设计中心完成卫星研制前期的功能项目设计与测试设计流程规划，共需研发３个软件，分别包括型号状态配置工具软件、系统管理软件、系统数据设计软件。

2．２数据管理与控制中心

卫星全寿命周期数据系统中，基础数据库管理编辑软件作为参数、指令以及应用管理配置的重要的管理软件，是卫星全寿命周期数据系统建设中的重要核心系统。该项目是在现有卫星地面测试系统上建立一个基础数据库，作为卫星数据配置信息的统一存储地。同时开发出对基础数据库进行管理的系统，以适应卫星数据多用户、长期、需求的实际情况，逐步实现卫星数据应用流程信息化、设计过程自动化，充分利用卫星数据资源，提高卫星研制的效率和质量。

2．３数据判读中心

智能判读技术对卫星在设计过程和验证过程中产生的大量实时、历史遥测数据进行处理，分析卫星海量参数信息的内在联系、变化规律，以及这些变化关系与卫星健康状态、工作状态之间的关系，从而生成与故障诊断需要的故障模式、故障诊断模型。设计过程中，故障诊断服务器接收卫星遥测数据，根据卫星遥测数据、故障模式以及故障诊断模式信息，判断卫星目前所处的状态，诊断故障机理，并将诊断结果、应急处理信息发送给多星数据管理中心管理员，给地面分析人员提出指导性建议，尽快将卫星从故障状态恢复成正常状态。

2．４测试数据中心

测试系统的ＭＴＰ接收控制台指令发送请求，并对照配置信息核对后将遥控指令数据发送到遥控前端，由前端再经测控分系统将完整的遥控帧数据通过无线信道发送到星上。ＭＴＰ接收遥测前端的遥测帧数据，并进行解析，广播完整帧数据，并接收对外的包数据、参数处理结果的订阅服务，数据库服务器接收综合测试局域网上ＵＤＰ广播帧数据，解析帧、包、参数数据，并实时入库，对外提供实时数据订阅监视、历史数据查询、统计、曲线显示功能。

2．５仿真数据中心

仿真系统是卫星研制过程不可缺少的技术验证手段。卫星平台虚拟仿真测试系统具有两种系统仿真模式：全数字仿真模式和半物理仿真模式。全数字仿真环境作为整个仿真系统任务配置和调度的核心，负责对仿真任务的配置和加载与仿真型号对应的仿真软件和星载飞行程序，负责仿真场景的设置、仿真过程的控制及提供仿真数据的显示；半物理仿真环境下，由星务主机半物理仿真设备完成星务的仿真任务，仿真系统作为星务主机的遥测遥控前端，与其他分系统全数字仿真或半物理仿真系统一起配合运行完成星务半物理仿真任务、姿轨控半物理或其他分系统的仿真任务。

2．６远程数据中心

卫星远程数据中心实时接收处理发射场区、在轨等外场区卫星数据、调度信息、视频等信息，对卫星状态进行实时监视分析。建立以远程数据控制为主、北京远程支持为辅的远程数据共享与监视模式，将外场现场下行遥测数据源码、遥控指令执行信息和视频采集数据实时传回北京，支持专家和型号设计师、测试人员实时进行数据判读，远程监视外场的技术进展，远程支持、参与外场的技术状态分析、异常问题分析以及故障处理，提高设计师和测试人员的并行工作效率。

3通讯协议设计控制

3．１以太网通信接

该接口负责按照接口协议进行整个遥测管理与应用系统的数据通信。此通信协议是一个广域网统一的数据协议，适用此系统内部７个系统模块内部的通信，还适用系统与系统之间的协议，也适用仿真测试系统全数字仿真部分。

3．２ＣＡＮ通信接口

此协议适用于半物理仿真部分的半物理设备间的协议。在小卫星的半物理仿真方式下，各仿真分系统与星务主机的通讯通过接口转换计算机采用小卫星ＣＡＮ总线通讯协议进行信。接口转换计算机采用标准１９英寸４Ｕ机箱１台，机箱内安装１块电源控制板卡、４块下位机仿真板卡和１块星务主机仿真板卡。

4设计过程基线控制

4．１设计基线确立过程控制

基线在配置管理计划中规划，在指定里程碑处创建，并与项目中的里程碑保持同步，每个基线都将接受配置管理的严格控制。设计基线是软件开发过程中的一些关键时间节点，便于检查和确认设计阶段的开发成果，同时也有利于变更控制，设计基线的确定过程如图５所示。基线是下一步开发和修改的基准和出发点。有了设计基线的规定后，就可以禁止跨越里程碑去修改设计阶段“已冻结”的工作成果。作为设计阶段的产品线应是稳定的，设计基线的规格说明应该是通过评审的，对基线的修改将严格按照变更控制要求进行。

4．２设计基线变更过程控制

设计变更控制是通过创建产品基线，在整个软件生命周期中对软件变化进行控制。变更控制的主要目的是创建一套控制软件修改的机制，保证生产符合质量标准的软件，同时保证在同一版本中的各元素可以正常工作，以确定在变更控制过程中控制什么、如何控制、谁控制变更、何时接受变更、批准和测试。

5结论

卫星全寿命周期数据应用已经被越来越多的专家重视。本文在全寿命周期数据系统设计过程中应用软件的开发过程控制管理，旨在提高软件的开发效率。研究了航天卫星遥测数据管理与应用系统设计过程的基本框架，本文以模块化化设计的理念，分析了卫星数据管理系统的系统框架、模块和功能结构，为保证设计过程有序，最后对系统设计过程的基线确定和基线变更给出了分析。

篇2：卫星遥测数据系统设计论文

1964年美国的一次电网大停电导致了一个工业计算机系统,数据采集及监控(scada-supervisory control and data acquisition)的诞生.电网调度需要调度员实时(秒级)把握地理位置非常分散的各变电站和电厂的运行情况.这套系统仍然广泛使用和完善,在此基础上又出现了分布式控制系统(dcs-distributed control systems).还有过 程 控 制 系 统(pcs-process control systems),紧急关闭系统(emergency shut-down system),系统/能量管理系统等等.我国电力自动化系统发展到今天大致经历了三个阶段:70年代引进的基于scada系统可作为第一代,如华北电网的sd176系统,国调中心的h80e系统;80年代引进的ems系统可称为第二代.第三个阶段是20世纪90年代以后,具有自主知识产权的基于risc/unix的开放式分布式ems/dms系统,以cc-XX系统,sd-6000和open-XX系统为代表.二,目的,意义

由配电系统的发展可以看出电力系统极为庞大各国投入大量资金,人力建立电能管理系统.而且各大学校园也都曾发生过停电事故,甚至有因电失火的灾难,对大学校园用电的智能化管理已成为必然趋势.如上文提到各系统虽然功能强大,但过于复杂,受投入资金限制不可能购买成套系统,而且校园配电室的电压也只有10-35kv,所以采用自主研发.针对校园配电室,设计基于scada,dcs之间,并适当增减功能的系统,以适应首经贸的配电系统.完成对校园用电网络的智能改造,并为设计更加复杂的系统打下基础锻炼实际应用能力积累经验.三,设计方案

通过智能终端设备完成对电网实时运行状况,数据的采集与监视;运用现场总线技术选用可靠的通讯协议将数据传输到电脑主机;主机通过组态软件建立友好的人机界面,系统模型实时监测动态演示,并对一些基本量进行控制;建立数据库存储数据以便查询,处理后数据以表格形式定期发往主管部门电脑,或直接由其主动查询.整个系统类似于下图,具体的人机界面及其动态曲线设计后再截取.预计设计功能有:远程智能抄表使网络上赋予权限的计算机可以直接接收和查询用电信息,各个点监测量的实时变动曲线动态显示,即时和总体数据显示,异常情况报警,对开关的控制,各个时期数据的整理与存档,报表的打印和传输.四,难点及解决方案

1,数据采集:毕设重心在软件系统设计,采用采集模块应用各种智能仪表.生产这种产品的公司很多,例如国内的大连恒源,青岛世润,西安浐河等,国外的lattice semiconductor,adi(analog devices),微软也正涉足这个领域,采集模块任选一款他们的成品不进行研发设计.2,数据传输:连接物理层采用rs485接口

介质采用带屏蔽地的双绞线,数据链路层采用modbus通信方式.协议方面bacnet和lonworks是目前国内构建集成系统中最常采用的两种通信协议,两者都以满足开放性和互操作性为目的,虽然从目前的国内市场占有率上看lonworks略占优势,但这并不能代表lonworks优于bacnet,相反在智能楼宇系统集成方面,bacnet具有lonworks不具备的优点.而我所做的课题,是针对校园内多座建筑进行电力智能化管理,所以选用bacnet(building automationand control network).3,数据库及数据分析:数据库是系统存贮大量信息的核心部件,虽然目前大多智能建筑系统采用微软公司的access数据库,从信息存贮的角度也许是够用的,但由于其安全性较差,目

前发展趋势是越来越多的系统采用微软公司的sql server

数据库,这无疑对数据库的安全性,免遭黑客的袭击以及保

存数据库的操作日志方面有了很大的进步.因为从来没有接

触过数据库知识,通过查阅资料得知组态软件都附有access

数据库,暂时选用access数据库,确实不能满足操作日志或

者安全性时再考虑外挂sql server数据库.组态软件具有强大的数据库功能,但据说数据分析功能

薄弱,要提取出来由其他软件进行分析.看了两款联系数据库的语言sql,filewritefiles.sql是通用的功能极强的关系数据库的标准语言,但听比较复杂,而后者函数方法相对简单,选用filewritefiles学来应该容易.如果access数据库不能满足安全要求,就同时改选用sql.4,人机界面:因为工程量大,选用vb,java实间上很仓促,而且电力器件的编译很可能因为不规范而无法实现监控功能,所以使用组态软件调用其自带模块图形进行编译,只要配置函数命令与设备协调好,建立起数据库关联,相对容易些,而且对于校园配电系统来说是足够用的,很多复杂的智能建筑监控系统(包括采暖,制冷及空调分系统,照明设备控制分系统,给排水分系统,电梯控制分系统,供配电分系统,停车场管理分系统等综合)也只是用组态软件做的.组态软件还是第一次使用,看了一些工程实例,下载了三维力控的pcauto 3.6,和组态王kingview6.5,还有ifix等.导师推荐用组态王有正版的光盘,而且下载的组态软件没有驱动程序,设计的系统没有“狗”的密码无法运行.已经下载了组态王的命令函数手册,使用手册等,只需努力学习.五,进度安排

前3周:调研翻译英文资料及大概的方案设计,开题.第4周:总体方案的详细设计.第5—7周:熟悉采集模块的工作原理及应用,组态软件的使用,熟悉各相关传感器的使用.第8—14周:检测控制程序设计.第15周:系统调试.第16周:撰写论文

篇3：卫星遥测数据系统设计论文

导弹飞行试验中遥测数据反映了弹上工作环境和各系统、各部件的工作状态,记录飞行过程中的重要数据,对于判断导弹飞行试验过程是否正常,以及分析各种异常现象起有着重要作用。如何更加有效地利用这些数据,是靶场面临的一个问题,同时这也对遥测数据信息化管理提出了更高要求。本文基于ASP.NET和SQL数据库技术,结合靶场试验任务需求,构建遥测WEB服务器,实现遥测数据信息化管理,为数据处理、模拟计算、辅助决策和数据再利用等提供支持和保障。

1 系统分析与构建

1.1 遥测数据信息化管理

遥测数据信息化管理主要包括数据归档、数据管理规范化和数据管理自动化三方面内容。

遥测数据归档是对所有遥测结果原始资料以及数据处理产品的归档。包括原始数据、测站信息、校准数据、试验信息、结果数据和报告等。数据管理规范化是指数据管理的内容、名称、数据及信息结构、表达形式、管理方式等应符合统一规定、统一标准,其目的是建立最佳的数据管理秩序,取得最佳的数据应用效率。数据管理自动化指通过应用高速、大容量计算机服务器和选用优秀数据库管理系统,建立大型遥测数据库系统[1]。

1.2 开发环境

本系统使用的开发的软件平台是Windows2003 Server操作系统,WEB服务器为IIS6.0,数据库服务器为Microsoft SQL Server2000,开发工具采用Microsoft Visual Studio.NET。硬件方面,中型服务器两台,工作站若干台,以及配套网络设施。其物理结构如图1所示。

1.3 关键技术

ASP.NET以ASP技术为基础,用于创建动态WEB网页的服务器端新技术,ASP属于解释型的编程框架,其核心是VBS和JS。受这两种脚本语言的限制,决定了ASP无法进行传统编程语言那样的底层操作。而ASP.NET则是一种编译型的编程框架,它的核心是NGWS runtime,除了和ASP一样可以采用VBS和JS作为编程语言外,还可以用VB和C#来编写。ASP.NET运行机制如图2所示。ASP.NET除了具有ASP技术的一般特点以外,还具有以下的特点[2]。

代码执行性能高:ASP.NET程序代码可以通过CLR编译成MSIL语言。

强大的类库支持:ASP.NET可以使用.Net Framework中所有类库。

程序设计灵活多样:ASP.NET允许使用.Net Framwork支持的所有语言。

强大的服务器控件: ASP.NET所提供的服务器端控件包括HTML控件和WEB控件,这些控件在服务器端执行后都能产生与标准HTML相对应的标记。

Microsoft SQL Server是基于SQL的客户/服务器数据库管理系统,能提供强大的企业数据库管理功能。SQL Server 2000是Microsoft公司开发的大型关系数据库管理系统,是一个完全支持WEB的数据库产品。ASP.NET通过ADO.NET访问数据库和各种数据源的数据,包括OLEDB和ODBC支持的数据库。

1.4 功能需求分析

遥测WEB服务器主要完成遥测事后数据以及试验信息的管理,不仅为数据存储、检索、浏览和统计分析提供全面支持,而且还具备数据传递、数据维护、报表生成与打印等功能,方便使用,具有较高的安全性。

系统管理的信息数据主要包括:试验任务基本信息、导弹信息、测量站位信息、校准数据信息、原始测量数据、处理结果数据和结果报告等。在用户管理方面提供用户权限管理、注册和密码登陆等功能。在数据上传下载方面提供各类试验遥测数据的数据库导入机制和数据导出引擎,任何遥测工作站终端都可通过IE浏览器利用系统的导入(出)功能向(从)遥测数据库导入(出)数据。在数据查询浏览方面提供查询条件,包括精确查询和模糊查询,对查询结果提供全面的浏览功能。在数据安全方面提供加密和备份功能,实现本地磁盘文件以系统规定的加密格式上传至遥测数据以及将遥测数据库中的相关数据以系统规定的解密格式下载到本地磁盘形成数据文件,并具有系统备份和恢复功能。在日志管理方面提供记录用户执行任务信息的功能,包括登陆时间、修改内容等。在报表生成与打印方面提供各种报表生产和数据结果报告打印等功能[3]。系统需求分析结构如图3所示。

1.5 数据库逻辑结构设计

在设计遥测数据库具体结构时,重点考虑两个问题。

(1)查询条件的选择。

任务代号、导弹型号、导弹序号、时间等都可作为查询条件,因此在设计查询条件时应考虑其适用性和执行效率。

(2)数据库中大数据量文件的存储方式。

数据存储的方式可以采用数据流的方式直接保存入库,也可以将数据文件直接保存在硬盘上,而在数据库中只保存其路径地址。另外数据文件格式也不同,校准数据信息为Mdb库文件,原始测量数据为二进制流文件,处理结果数据为文本文件,而结果报告为Word文件。

遥测数据信息化管理系统采用SQL Server 2000企业版来实现数据库的管理,通过在企业管理器中直接添加来创建表,遥测数据库中包含的主要表结构具体如表1-6所示。

由数据表结构可见,大部分数据文件是以Image数据流形式存储[4],而对于数据量巨大的原始数据以及结果数据则采用存储路径地址的方式。

1.6 主要功能模块

遥测数据信息化管理系统以SQL Server2000作为后台数据库,基于ASP.NET 采用先进的三层结构开发方法,如图4所示,它使程序具有良好的扩展性、灵活性、安全性、平台无关性和可维护性。该系统主要功能模块包括用户管理、数据和信息管理、安全管理以及日志管理、报表生成与打印等[5]。

(1)用户管理

根据使用遥测数据库的用户角色不同,分为两种用户:系统管理员和普通用户。

系统管理员除具备普通用户所有职能外,还负责管理遥测数据库各种信息的上传存储、修改和删除,查看数据库日志、用户管理等。普通用户只具有对遥测数据库各种信息的下载和浏览功能。系统管理员不能随便注册,只能手动添加到遥测数据库中,而不通过系统用户注册界面。普通用户可以从用户注册界面中注册。

(2)数据和信息管理

系统管理员可利用任一网络终端的IE浏览器实现对各类遥测数据和信息的管理。包括数据的上传和下载、试验信息和遥测数据文件的浏览、在线绘图以及统计分析等功能。其中统计分析的内容主要包括设备测量性能、系统和随机误差、数据质量等。

(3)数据检索

建立数据源连接之后,使用Command对象执行对数据库的检索操作,并返回检索结果。系统包含两种检索方式:精确查询和模糊查询。精确查询以主键TaskID字段作为查询条件,模糊查询以MissileType和TestDate字段作为复合查询条件,实现对某个时间段内某种类型导弹的模糊查询。

(4)安全管理

主要包括以下三方面内容:数据的加密、修改以及备份和恢复。

数据的加密是指对用户帐号的密码进行加密处理,确保在任何地方都不会出现密码的明文。使用自定义的数据流格式进行数据存储,这样只有使用专用的读取操作才可以恢复数据,使用通用的数据库浏览工具无法浏览数据,从而起到加密作用。数据的修改是指核心数据的修改必须在完整的事务中进行,确保数据的一致性。对于敏感数据的修改必须留有完整的日志记录。数据的备份和恢复是指数据必须能进行方便的备份和恢复,在灾难情况下必须能进行方便的恢复。

(5)报表生成与打印

用户可以通过浏览器实现对某次试验信息报表的生成,该报表覆盖全部浏览、查询以及统计的内容。打印功能不仅包括对各种报表的打印,还包括各种数据结果报告以及各种管理信息的打印。

2 结束语

本文采用ASP.NET和SQL Server数据库技术实现了基于WEB的遥测数据信息化管理系统,该系统提供多种形式的管理模式和简洁的操作,提升了靶场信息化建设能力,同时为遥测数据处理、分析与评估提供了强有力的决策支持。

参考文献

[1]陈以恩.遥测数据处理[M].国防工业出版社,2002.

[2]杨鲲鹏,孟凡琦.ASP.NET+SQL Server动态网站开发[M].电子工业出版社,2006.

[3]辛虎兵,杨延军.靶场遥测全信息实时处理系统设计[J].导弹试验技术,2005.

[4]赵燕军,王旭阳.用ASP.NET实现对Image类型数据的存取[J].无线电工程,2006.

篇4：卫星遥测数据系统设计论文

关键词：DSP 遥测数据 固件

1 概述

通常情况下，大量的噪声参数占据了系统相当的容量，遥测数据中1路噪声参数的容量一般会达到160Kbps，而遥测信道的带宽是有限的，需要研究设计一种有效的动态、实时压缩算法，需要充分研究单路噪声数据的特点，以完成更多的噪声参数的测量。这样，可以满足总体测量需求，更好、更多地完成测量项目，将系统容量的压力大大减小[1][2]。

本文就是特别针对遥测数据中的噪声参数进行研究，在深入了解信号特征的基础上，结合当今数据压缩发展的前沿技术，设计、改进得到一种可应用于实际情况、能够满足实际需求的噪声数据压缩算法，对该算法进行各类条件下的仿真，并研制了采用该算法的满足高效、实时要求的原理样机。

2 遥测噪声数据特性分析

通常情况下，声音是指人耳能听到的外部空气振动。能够代替人耳接收到这些振动信号的传感器所复现的信息也可称为声音信息。

声音的产生总是始于某种能量的激励，导致某些机械质点产生周期振动，形成声源，振动通过一定的介质（空气、水、岩石）傳播，然后到达接收点，被人耳接收转换为生物电能，以信息形式与人的大脑发生作用。

噪声数据的获取

遥测噪声属于机械噪声，本文主要研究此类噪声的量化与压缩。

白噪声指在宽频带内幅度(强度)均为随机的一类特殊噪声，通常是用于研究、测试的一种人造噪声。

本文研究的噪声均为噪声传感器接收到的模拟电压量经A/D量化以后的数字数据。所谓压缩就是指如何降低这类数据的存储空间。

3 硬件设计

整个系统由地面计算机（即主机）作为控制单元，通过USB口发送打开设备命令，然后由各级数据处理系统执行相应的操作。外接电源为+5V直流电输入，硬件连接示意图如图1所示。

遥测数据无损压缩器主要由三个部分构成[3]：模/数转换模块、数据处理模块以及数据接口模块。前端由噪声传感器输入的单路噪声信号经过信号调理模块的整形放大以后，输入到模/数转换模块中，模拟量转变为数字量，A/D转换器受可编程逻辑控制，不停地按照设定的采样率进行数据采集，把得到的数据通过总线写入到输入双口RAM，该双口RAM被分割为两个大的数据缓冲，双缓冲轮换工作。某个缓冲被写满，就会出发一次中断，通知可编程逻辑和DSP内核，DSP随后把该缓冲读入到内存中，进行高速压缩以后，写出到输出双口RAM。当中央数据处理模块的输出双口RAM中被写入一定数据后提交，直接会给接口模块的FPGA发送一个状态，FPGA读取数据，通过USB控制器回送给上位PC机，做进一步分析。三个主要模块的原理框图分别如图2、图3和图4所示。

4 工作状态、性能参数测试

主要测试内容有：

①样机系统是否可以正常工作，实现声音信号的量化采集、实时压缩、数据接收和分析等工作。

②逐项测试压缩器的相关参数。

通上电，进入工作状态，通过对电路各环节数据流的测试分析，可得到系统的相关参数。任务要求的主要参数与实际达到的参数对比如下：

从测试结果看出，设计样机的性能完全满足提出的期望。

5 结论

针对某些单一的指标而言，并不能区分孰优孰劣。不同的算法处理对不同的数据而言效率各不相同。LZ+ARC的算法的稳定性和广适性是非常好的，对于遥测噪声这样的未知数据的实时处理是相当重要的。虽然它在每项比较中都不是最优的，鉴于以上结论，本压缩器可以圆满完成任务。[4]

参考文献：

[1]吴净文.遥测速变振动参数数据压缩的研究，航天科工集团第二研究院硕士学位论文，2003.

[2][美]David Salomon，吴乐南等译.数据压缩原理与应用，电子工业出版社，2003.

[3]吴乐南编著.数据压缩，电子工业出版社，2000.

篇5：卫星遥测数据系统设计论文

实时测定坦克在行进过程中舱室内的状态参数和环境参数对分析噪声、冲击、振动及有害气体对舱室人员身心健康的影响具有重要意义.采用PCM/FM体制的遥测系统来实现坦克在行进过程中舱室内被测参数的实时传输.对舱室环境参数测试方法、遥测系统的容量和信道设计等关键技术进行了详细的分析.试验测试结果表明,系统具有数据远距离和高速实时传输的.优点,既可满足地面环境要求,又能够满足实车野外测试的实际应用环境,达到了工程实用化.

作 者：孙发鱼 郑海起 纪立红 曾蕾 SUN Fa-yu ZHENG Hai-qi JI Li-hong ZENG Lei 作者单位：孙发鱼,SUN Fa-yu(军械工程学院火炮工程系,河北,石家庄,050003;西安机电信息研究所,陕西西安,710065)

郑海起,ZHENG Hai-qi(军械工程学院火炮工程系,河北,石家庄,050003)

纪立红,曾蕾,JI Li-hong,ZENG Lei(西安机电信息研究所,陕西西安,710065)

篇6：卫星遥测数据系统设计论文

1 系统组成及工作原理

多路遥测采编系统如图1所示,采用模块化设计结构,主要由主控模块、信号调理采集模块和内部总线组成。

系统采用FPGA作为主控制芯片,AD7667作为模数转换控制器,AD7667具有16位精度,且控制采样简单,最高采样率能达到1MS/s,能满足一般系统的采样率要求,AD7667的输入范围为0～2.5V。FPGA控制模拟开关切换和ADC实现多路信号的模数转化,并按照一定格式进行编帧处理,并根据地面长线接口送过来的命令决定将数据送往存储模块还是直接上传到测试设备中。

2 信号调理采集模块电路设计

在遥测系统中,往往需要利用传感器将待测的物理量转换为电信号,但是这种电信号在形式及幅值等方面常常受到敏感元件及检测电路的特性所限,一般无法直接被测试系统所采集,信号调理就是对这些信号进行处理,将其转换成适合于进行A/D转换的信号[2]。

模拟信号调理电路是被采样信号的输入通道,为达到输入阻抗高,对输入信号进行缓冲与隔离的目的,输入的模拟信号先经过电压跟随电路[3]。如图2所示,设计中电压跟随器采用具有轨到轨特性的运算放大器OPA4340。该运放单电源供电,可以实现rail-to-rail的跟随。在实际使用时采用+5.2V单电源供电可以满足0～5V信号的跟随。同时信号传递速度满足输入信号要求,可以与后续的模拟开关速度和阻抗匹配。该电路输入开路时,输入端通过R1拉低,保证输入信号开路时设备可正常工作,电阻R2(10kΩ)是限流电阻,防止产生过电压损坏电路[4]。

多路模拟信号在经过跟随调理后进入到多路模拟开关输入端,模拟开关器件在选择的时候要求具有较大的关断电阻、较小的导通电阻、较短的切换时间和足够的传输精度。在设计中采用ADG706,该芯片具有16路的模拟通道,通道导通电阻为2.5Ω,开关切换时间为40ns,可单电源供电,供电范围为1.8～5.5V,属于CMOS型器件,为电压控制器件,所需控制电流极小。同时为确保传输的电压信号不失真,在模拟开关后加了一级电压跟随电路,使信号能正常传输。如图3所示,S1～S16为16路模拟信号输入通道;EN为ADG706使能信号,其为高时,芯片能正常工作。图中电路接法使得芯片一直处于使能状态;A0～A3为模拟开关的地址选通端口;D为信号输出端口;图中AD8031为高速运放,实现模拟开关输出信号的跟随。

在实际应用中,当所采集信号较多时,往往需要多个模拟开关进行通道控制,这使得电路往往较为复杂,笔者根据实际测量需求和以模块化设计、高度集成原则及电路最简化设计原则设计了一种级联式的模拟信号采集方案。在模拟信号的采集通道链路上设置有两级模拟开关,可实现72路信号的采集。缓变信号H1～H60连接到4个16:1的第1级模拟开关,第1级模拟开关选择后再跟随到第2级模拟开关,将速变信号S1～S12经过运放跟随后连接到第2级模拟开关,第2级模拟开关输出的0～5V信号经过运放跟随后分压到0～2.5V,再跟随到16位ADC的模拟输入端。

由于系统采集各通道信号的采样率是不完全相同的,速变信号的采样率要高于缓变信号,在控制采集的时候,需要根据通道的最小采样率编辑帧格式,要保证在一个完整的数据帧内,最低采样率的通道只控制选通一次,而其它N倍最低采样率的通道则需选通N次。在电路设计中,信号调理模块上60个缓变信号经过调理后输入到4个一级模拟开关ADG706的接口输入引脚S1～S16,选通端D输出信号经过高速运放跟随后接入到二级模拟开关的输入引脚。同时12路速变信号直接接入到二级模拟开关输入端口。一级模拟开关、二级模拟开关地址选通端A0～A3受FPGA控制,实现多路信号采集。

3 A/D转换电路及控制时序设计

A/D转换电路设计是整个采编系统的关键,很大程度上决定了系统的采样精度。设计中采用16位A/D转换器AD7667。AD7667转换速率有两种选择:Impulse模式下,其转换速率为1MS/s;Normal模式下,其转换速率为800kS/s,信号输入范围是0～2.5V,典型功耗为133mW。控制单元采用FPGA作为主控制芯片,当接收到采集启动命令后,FPGA启动A/D进行模数转换,与此同时根据采样帧格式切换模拟开关选通信号通道。系统的总采样频率为144kHz。系统时钟选用36.864MHz的晶体,经过计算可知将系统时钟进行256分频可得到系统采样周期,即256个时钟周期为一个采样周期。在逻辑内部采用d_count信号进行256计数,当开始采集后,在系统时钟上升沿的时候,d_count信号自加1。当d_count自加到255的时候,在下一个时钟的上升沿清零,模拟开关切换和A/D转换控制都在此周期内完成,实现一个通道模拟信号转换和数据输出。

4 系统优化与测试

4.1 信号输入接口电路优化设计

在进行电路验证时,对某一路信号输入端接入频率为4Hz,幅值为0～5V的方波信号,并启动采集,采集完成后,利用计算机对采集回来的波形数据进行重绘,其重绘波形出现严重失真现象。用示波器观察运放输出信号,输出信号出现过冲,并且出现了自激振荡。对电路进行分析发现运算放大器OPA4340在电路中起电压跟随的作用,其电压放大倍数接近于1,而在电路中带有容性负载,如模拟开关ADG706就是一种容性负载(ADG706特性),相当于在OPA4340输出端接一电容,它与运算放大器的输出电阻造成输出端相位滞后。当输入信号与输出信号之间的相位相差180°时,负输入与正输入刚好相同,形成正反馈电路。这与自激振荡产生的条件相吻合:

a. 放大倍数为1;

b. 附加相移达到180°,使负反馈转化为正反馈。

同时,在信号采集过程中,模拟开关ADG706在使用的过程中EN使能一直有效,当模拟开关选通某一通道后,该通道便一直处于导通状态,而且模拟开关选通后并不存在信号传输的方向性,这样,ADG706输出的信号不仅会影响到下一级运放的输出,同时还会通过ADG706选通的这一通道返回输入端,并和原来输入的振荡信号叠加,输出信号的干扰增强;一直到A/D转换器的输入端都会受到该振荡信号的影响,使得采集的信号失真,影响采集精度。

为提高运放电路容性负载的稳定性,提高采集系统精度,对模拟信号接口电路进行了优化设计,如图4所示,在运放的两输入端接电阻R173(10kΩ),反馈端接入电阻R174(100kΩ)。此设计是提高电路的噪声增益,这是使低频电路稳定的有效方法。即通过增加了电路的闭环增益(噪声增益)而不改变信号增益来使电路稳定。此时电路的信号增益仍为1,而噪声增益为:1+R147/R173=11,与原设计相比增加了10倍。此设计的缺点就是使得信号的带宽受到很大的限制。由于整个系统的增益带宽积是固定的,系统增益增加,则系统带宽就会相应地降低,此设计是牺牲系统带宽而提高系统稳定性。利用同一方波信号对优化后的电路进行验证,运放输出的方波信号波形如图5所示,自激振荡现象消失,但过冲现象仍然存在。计算机对采集回来的波形数据进行重绘,结果显示振荡消除,电路稳定性明显提高。

4.2 采样时序优化

为了进一步提高系统的采集精度,对FPGA内部逻辑进行优化设计。主要措施有:修改FPGA控制模拟开关ADG706选通控制的逻辑,使其对模拟开关ADG706的EN使能的控制不是一直有效,这样,ADG706作为容性负载的特性不是一直成立;在A/D转换器AD7667开始转换之前,模拟开关ADG706的EN使能置为有效,待采集信号转换完成后又立刻关闭EN使能,尽可能地减少模拟开关通道选通的时间,从而使整个采集链路较少地受到振荡信号的影响。针对信号过冲现象,修改FPGA控制A/D采样时序,主控单元发出地址选通信号控制一级模拟开关,将下次准备采集的信号提前选通输出到二级选通开关上。充分保证输入信号的稳定时间,使得信号稳定后再开始转换。

5 结束语

多通道遥测数据实时采编系统是遥测系统的关键组成部分,笔者按照信号的传输要求进行多通道数据量的分时采集与处理。通过对模拟信号调理电路和实时采样控制时序的优化设计,增强了运算放大器电路在容性负载条件下的稳定性,有效提高了系统采样精度,实现了72通道遥测信号的实时采样编帧处理,其采样精度高达0.1%。该硬件电路设计简单,实用性较强,满足多路遥测模拟信号采集要求,具有一定的应用与推广价值。

参考文献

[1]甄国涌,孙德冲,赵慧.混合信号数据采集系统设计[J].仪表技术与传感器,2008,(12):48～51.

[2]刘志平.基于FPGA的高速数据采集存储系统设计[D].西安:西安电子科技大学,2009.

[3]Obeid I,Nicolelis M A L,Wolf P D.A Low PowerMultichannel Analog front End for Portable NeuralSignal Recordings[J].Journal of NeuroscienceMethods,2004,133(1-2):27～32.

篇7：水位遥测自动控制系统的设计

【摘 要】本控制系统以AT89S51单片机为主控单元，通过超声波传感器和液位变送器实现液位实时数据的检测和自动控制。该系统具有有性价比高、操作简便、可视化操作等优点。

【关 键 词】AT89S51单片机， nRF24L01， 超声波传感器，GFSK

【中图分类号】G71【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0259-02

1 前言

由于需要测量的水池或水塔与控制室有相当长的距离，常常需要架设上百到近千米的输电和控制线路，费用大。给测量和控制带来了极大的不方便。本系统利用单片机的无线测量和自动控制系统完成了不需要架设电缆和实现水位的远程自动控制和遥测，对于工业生产和生活有极大的实用价值。

2 原理框图

应用单片机控制的水位遥测自控系统的原理框图如图1所示：

以AT89S51单片机为主要控制核心，构建成两个无线短矩离通信数字电台，利用软件控制水位传感器测量出实时的水位信息。而数据的无线传送应用Nordic公司的高速无线单片无线射频芯片nRF24L01通GFSK调制以最高达1Mbit/s的速度快速发送出去。通过设置主控制站的键盘可以远程设置水位的上下限，主控制站采用易于人机交换的LCD1602作为数据显示。采用单片机设计具有成本低、效益高的优点。另外，单片机控制系统的灵活性和程序的可移植性好。

键盘：采用独立式键盘，AT89S51的I/O口具有位驱动能力，而且所用按键数目不多，可以通过单片机软件利用查询或中断方式简单地实现各种控制。考虑到该控制软件系统和硬件系统都比较复杂，CPU需要驱动较多的电子器件，要利用到单片机内部的资源较多，所以采用独立式键盘显示模块：使用专用的LCD1602显示驱动器和LCD1602显示模块。LCD1602显示模块通过接口接收显示命令和数据，并按指令和数据的要求进行显示。LCD显示模块一般带有内部显示RAM和字符发生器，只要输入ASCII码就可以进行显示而且不用一直扫描显示，可以减轻CPU的工作负担，使其可以去做其它更重要的处理。

液位传感器：使用超声波液位传感器，这种传感器是通过测量超声波在空气中行走时间来计算液位的实时高度。因为超声波测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果，而且超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。而且它的造价也不高，且安装方便，实用性好。本设计属于近距离测量，采用常用的压电式超声波换能器来实现。超声波因其方向性好、测量精度高，已广泛应用于液位、流量、物距等方面的检测。本系统采用单片机输出40KHZ的方波经过74HC04所组成的几个与非门放大发射出去，经过一定时间延时以后再打开外中断。CX20106A接收到40KHz的信号时，会在第7脚产生一个低电平下降脉冲，这个信号可以接到单片机的外部中断引脚作为中断信号输入。超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差△T，然后求出距离S。在速度V已知的情况下，距离S的计算，公式如下为S=V△T/2

远程测量与控制：采用无线RF射频模组进行数据传输。采用Nordic公司的收发一体的无线RF芯片nRF24L01，通过简单的几个外部连接元件可以实现最高2Mbit/S的速率传输。nRF24L01工作在全球开放2.4～2. 5GHZ波段，只要通过SPI把配置字写到nRF24L01里，就可以把所要传送的数无线传送出去，还以实现自应答和自动重发。其操作简单，成本低，且能够满足本设计要求。

3 总体硬件系统电路设计

主测控站系统设计原理详图如图2 所示：

从测控站系统设计原理详图如图3 所示：

4 系统软件流程图

（1） 测控站主程序流程图如图4所示：

（2） 超声波测距流程图如图5所示：

（3） 主控站流程图如图 6所示：

（4） 无线发射流程图如图7所示：

5 结论

本水位遥测自动控制系统对于小型水泵的控制采用慢速汲水，以确保超声波传感器测量的精度和水位控制的精度，在测量水位时，安装超声波传感器时要离容器正上方一定高度按装，以消除超声波测量的盲区。本系统是安装在容器正上方十厘米处。整套设备结构简洁，操作方便，具有比较好的稳定性，能够精确的测量液位，遇警时能自动调至正常，并且可以在允许范围内任意设定液位。通过按键可以在允许范围内任意设定水位报警的上下限，使得装置更加智能化。

参考文献

[1]朱爱红、朱宁文等，基于 AT89C51的超声波测距系统

[2]求是科技，单片机通信技术与工程实践，人民邮电出版社，2005.1

[3]徐晋、赵俊逸、黄勇，《ET13X210/221射频收发芯片原理及应用》

[4]赵亮 侯国锐编著，单片机C语言编程与实例，人民邮电出版社，2003

[5]康华光主编.电子技术基础：数字部分.高等教育出版社

篇8：卫星遥测数据系统设计论文

在现代卫星中, 许多分系统都自带CPU, 星上信源的自主能力得到了一定的加强, 它不仅具备数据处理的能力, 而且能够在不同的应用过程中动态地、自主地生成具有不同数据发生率和包长度的数据包。这些包的特点是自主发生的, 具有随机性, 源包之间是异步的, 因此卫星遥测信息量急剧增大, 致使遥测信息动态性控制与管理的难度提高。传统的PCM遥测体制采用同步采集数据方式为异步数据流安排固定的时隙、固定的格式来实现同步传送, 属于静态的管理方式[1]。这种方式既增加时延, 又浪费信道带宽, 基于PCM固定模式的遥测技术已经无法满足星上日益复杂多变数据源的传输要求了。针对PCM遥测固定采样率、固定格式的局限性, 本文提出了CCSDS标准的分包遥测体制。分包体制与传统PCM遥测体制最大的不同在于分包遥测体制在动态管理、自主控制方面具有突出的特点, 这种体制已被业界认可并得到广泛使用。目前, 我国对CCSDS标准的研究尚处于理论阶段, 缺乏系统设计的工程实践经验, 传统的经验型设计方法已不能满足新技术的需求。因此, 探索基于分包体制的卫星遥测信息流的设计方法对于提高卫星遥测的动态性能具有极其重要的意义。

1 分包遥测可行性分析

传统PCM遥测体制的设计方法存在较大局限性, 星上设备不具备对遥测信息及时调整的能力, 不能够对某些敏感点生成的数据进行增减, 无法根据任务的变化将所需遥测信息准确及时地传回地面。

CCSDS推荐的分包体制则采用动态管理方式, 主要特点是“需求驱动”, 取代了固定传输时隙, 同时可以实现多类型数据流的合路传输, 便于星上预处理, 又可以提高信道效率[2]。但是CCSDS分包遥测结构复杂, 对信道质量要求高, 冗余信息多, 适合于一定的服务对象。从PCM遥测到分包遥测的过渡不仅仅是遥测方法上存在差异, 同时带来的将是新硬件、新设备、新工艺、新设计方法的改变, 彻底取代虽然能提高系统的遥测性能, 但是带来的经济、技术、人力物力上的投入是巨大的, 开发研制周期很长。鉴于目前我国的卫星用户数量有限, 任务也相对单一, 星上的很多分系统对于遥测数据的采集频率和遥测量的需求并不大, 对于星上每个分系统完全采用分包的设计思想会造成星上资源的浪费等实际情况, 在综合考虑卫星测控需求的基础上, 借鉴现有的工程经验将分包遥测的设计思想分阶段地融入到设计方案中, 达到既控制成本又提高遥测的实时性、动态性的目的。

2 分包遥测信息流设计

在符合CCSDS分包遥测标准的前提下, 通过合理的分配虚拟信道, 制定合理的调度策略, 提出完善的动态管理方式, 对卫星完整的遥测信息流进行了设计。

2.1 总体设计

由于目前卫星各分系统并不都具备自主组包的能力, 综合考虑, 在不增加分系统复杂性和成本的基础上, 采用直接组包与间接组包相结合的方式。直接组包方式指具备组包能力的分系统自主采集遥测量, 并存贮在各自的内存中, 再由CPU对其组包, 发送给星务计算机统一组帧。间接组包方式指不具有CPU或者处理能力的分系统, 统一由遥测采集单元根据采集策略采集遥测量, 通过总线传输到星务计算机固存中, 再由星务计算机进行组帧。

星务计算机组帧完成后, 根据虚拟信道调度策略, 将遥测帧传输至信道关口模块进行编码, 然后发送至测控应答机, 测控应答机通过对地通道或者对中继通道将遥测信息传回地面。遥测信息流如图1所示。

2.2 关键技术

2.2.1 遥测信息划分

卫星的遥测信息主要有:模拟量、状态量、数字量、温度量等[3], 对数据源的研究重点在两方面:一是产生的时刻, 二是数据量的大小。各应用过程每次产生的数据量可以认为是固定的, 但在不同工作状态, 比如正常状态、故障或遥控响应状态时, 数据量大小会不同。根据星上产生数据的用途、类型和特点, 可以加以划分, 以区别不同传输要求, 为不同传输要求的数据安排不同的传输机制。数据从产生的时间上可以划分为:均匀等时间隔和随机产生的数据。如卫星平台的健康监视参数, 一般按照固定的时间间隔进行采样并传回地面, 以对平台工作情况进行监视。随机数据的产生时间间隔不固定, 根据卫星工作的需要随时生成, 这类数据有较高的卫星故障诊断或工作状态分析价值, 因此需要准确及时传回地面。

综合分析, 可以从传输实时性、数据重要性、数据容量等方面进行划分:

有CPU的分系统, 如测控星务、姿轨控、载荷等, 遥测量的采集与组包由分系统自身完成。

无CPU的分系统, 如供配电、空间环境监测等, 模拟量、温度量的采集由遥测采集单元完成, 数字量和状态量通过总线送到星务计算机。

遥测量的采集周期和数据的组帧、复用及调度由星务计算机控制。

2.2.2 虚拟信道技术

虚拟信道 (Virtual Channel) 是一种对多数据流的信道动态管理机制, 信源以动态时分的方式虚拟独占物理信道, 从而使多数据流共用同一物理信道进行数据传输, 并且对于每个VC都拥有不同的优先级, 以便为不同需求的数据提供不同等级的服务[4]。

(1) 虚拟信道划分

CCSDS分包遥测最多提供8个虚拟信道, 建议为保持信道同步的空闲帧专用一个虚拟信道, 考虑到每个应用过程都可能产生多种不同类型的数据, 这些不同类型的数据对传输的要求也不同, 因此在实际使用中建议不按照信源划分, 而是按照不同数据的特性划分虚拟信道;对于某个信源产生的一种需要处理的源包或者地面需要独立送用户的特殊数据也可以独占一个虚拟信道。在此基础上提出了一种虚拟信道划分的方法:

VC1:用于传输突变的数据, 数据即时产生, 即时传送。

VC2:用于传送强实时性重要的遥测参数, 周期可设置为1s。例如:每秒固定传送的实时遥测参数、空间环境探测实时遥测数据源包、数管软件下传数据源包, 以及随机产生的数管比对数据源包。

VC3:发送空闲帧以维持星地同步或测试星地误码使用。空闲信道数据副导头数据为当前实时数据包, 帧数据域可设置为“FFH”填充数据。

VC4:受遥控指令控制内容, 该类数据不是实时固定存在, 是在受控后产生的数据, 这些源包大多数下传一遍, 结束后就停止下传, 因此为了充分利用信道资源, 当下传源包长度超过一定长度, 采用分包下传。

VC5:延时遥测数据, 在境外存储的遥测数据在卫星过境时使用此虚拟信道下传。

VC6:用于传送卫星各分系统内存中的数据。

(2) 虚拟信道调度与控制

为了防止某一个虚拟信道超时垄断信道, 需要考虑在虚拟信道调度方案中各虚拟信道被延迟的时间, 在实际系统中, 各个虚拟信道对延迟的要求是不同的, 可对各个虚拟信道定义不同的优先等级。基于以上考虑, 提出基于“优先级轮询”的调度方案。遥测VC调度与控制流程如图2所示。

VC调度和动态信道管理的目的就是提供一个设计手段, 以防出现长源包超时垄断信道的现象, 并能充分利用实际物理信道, 提高信道利用率。

在任何情况下, 首先为传送紧迫度高的VC提供服务, 在某些情况下, 会出现最高传送紧迫度相同的情况, 此时, 需要通过设定优先级避免冲突。

2.2.3 信道编码技术

目前大部分卫星的下行遥测信息速率不大于4kbps, 这样的速率已经不能满足卫星的测控需求, 因此需要提高遥测信息速率, 但是对于测控链路的余量国军标做出了规定, 当提高遥测信息速率以后, 相应的减少了链路的余量, 因此需要通过增加信道编码的方式以增加遥测链路的增益, 以满足链路余量的要求。CCSDS推荐的遥测信道编码主要包括:卷积码 (2, 1, 7) 、RS (255, 223) 、Turbo、级联[5]。一般来说, 卷积码对抗随机噪声引起的误码更有效, RS码对抗突发干扰误码更加有效。本文提出一种自适应的信道编码调制方式, 可根据信道链路余量的需求, 自适应的选择编码方式, 一方面不仅满足了链路余量的需求, 另一方面也可以提高信息传输的效率。

信道编码模块对遥测数据进行编码, 输出符合CCSDS分包遥测标准的遥测码流, 并且通过接入不同频率的时钟脉冲, 控制输出不同速率的遥测码流。

2.3 遥测下传模式和控制方案

2.3.1 遥测下传模式

在境内和境外提供对地直接下传和通过中继下传的遥测下传模式, 不仅可以通过测控通道下传, 而且可以经过控制通过数传通道下传遥测。

2.3.2 遥测控制方案

卫星在轨飞行的单圈, 地面测控站对卫星的可见时间在20min内, 其余时间卫星处于境外, 因此需要研究遥测数据的控制方法, 以提高对遥测数据的控制和利用, 基于分包遥测对遥测数据具有很强的可操作性, 提出“自主+地面”相结合的控制方式。

地面控制方法:地面测控站发送遥控指令控制星上各源包使能和禁止、虚拟信道优先级设计、延时遥测各种控制手段、根据特殊的需求将若干分系统的数据组合成一个新的数据源包等进行传输, 这是一种灵活的控制分包遥测的手段。

自主控制方法:分包遥测除具备遥控指令控制功能外, 还可以自主运行, 以减少地面测控站长期管理工作量。自主控制方法包括对延时遥测存储下传的自主控制、对于某些源包具备自主使能、并能在指定长度的内容下传结束后自动禁止下传、虚拟信道优先级自动恢复等功能, 提供灵活控制分包遥测的手段。

3 结束语

本文对分包遥测体制下的卫星遥测信息流进行了设计, 在分析了PCM遥测体制在现代卫星遥测体制中不足的基础上, 提出了基于CCSDS分包遥测体制下的卫星信息流设计, 以适应遥测数据量大、动态性需求高的遥测需求。分析和实践表明, 基于分包遥测的设计方法, 可以大大地提高遥测能力和信道利用率, 很好地适应不同航天任务的需求, 达到实用化的目的。

参考文献

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[2]CCSDS 102.0-B-5 Packet Telemetry[Z].Blue Book, November2000.

[3]姬鹏, 赵瑞峰, 温俊健, 等.面向高速卫星载荷的统一数据流设计[J].信息技术, 2011 (11) :128.

[4]谭维炽, 顾莹琦.空间数据系统[M].中国科学技术出版社, 2004.

篇9：卫星遥测数据系统设计论文

【关键词】电子对抗；航天遥测技术；侦查对抗；天基测控

航天遥测系统是航天工程中不可缺少的重要支持系统，在航天飞行器的试验和运行阶段提供获取飞行器内部各系统工作状态和环境参数并传输至地面，作为获取飞行器试验过程工作状态参数的主要手段，在航天器实时飞行监控、性能评定、设计改进方面发挥着不可替代作用。遥测系统是把被测量对象的参数传给远端测量站的一种系统。遥测系统可以为航天设备的性能评定以及设计改进提供依据；可以获得航天设备飞行时的参数以及机载设备的数据，这些数据提供给研制部门，作为评定以及方案改进的依据。

1.电子战条件下的航天遥测与侦察对抗技术

鉴于航天遥测系统在发展航天武器装备过程中的重要作用和地位，特别是遥测参数中包含大量令人感興趣的工作状态信息，成为窥探航天技术和武器装备发展动态的重要途径。因此，针对航天遥测系统的侦察干扰必然是热点和重点：和平时期，开展侦察手段获取信息，掌握别国航天发展动态；战时，实施干扰，阻止对方获得正确的航天遥测信息，使其不能达到试验目的或不能正确判断航天器状态，阻止对方利用空间。对航天遥测系统而言，高可靠性、高码率和低误码率是其最重要的指标，为了获得好的性能，总希望弹（箭、星）载分系统发射功率足够并具有宽的对地覆盖能力，火箭和导弹遥测天线往往采用全向覆盖。但是，这也给敌方截获、侦察带来有利条件。

目前，典型的遥测对抗战法是：平时侦察遥测信号，开展参数测量和信息解调，积累其遥测信号规律和信息处理方法，总结和分析遥测体制；战时依据数据库结合实时测量参数引导干扰设备发射瞄准的干扰信号，干扰方式以装载电子对抗载荷的空基和天基平台进入遥测站接收天线波束或旁瓣实施干扰。由于遥测传输属于一种广播式的传输，在飞行器遥测发射机天线覆盖范围内均可建站接收，遥测系统干扰实施起来并不容易，需要先验信息和辅助情报系统支持，因此，从局部单点设备级干扰无法造成系统性的性能下降和失效，对抗技术已经向系统对抗、网络对抗、体系对抗方面发展。

2.航天遥测系统设计中的关键技术

航天遥测系统组成包括采集、发送、接收、处理几部分，工作的基本原理是：将待测的非电参数用各传感器转换为电信号，各路电信号通过信号调理成符合采集规范的信号并按照一定体制形成适合单一信道传输的群信号，再调制发射，接收端接收到信号后进行一系列逆过程，先解调、再恢复出各路遥测信号，遥测信号经过后端数据处理进行显示、记录和判读。

2.1 系统模型分析

设计遥测系统应优先考虑采用基于“软件无线电”的数字遥测系统方案。采用软件无线电技术实现遥测系统就是构造一个开放式的标准化通用硬件平台，在航天器发射端，遥测参数实现非电信号到电信号转换以后，采集、调理、编码、加密、调制等都可以采用软件方法实现；接收站采用的综合基带是软件无线电技术较好的体现，整个接收站以一种“天线+射频信道+综合基带和计算机”模式组成。这种基于软件无线电技术的遥测系统通过软件升级重新配置，可以实现遥测传输能力扩展、更改传输信号波形、更换编译码方式、更换加密密钥等，因此，只有采用“软件无线电”架构才能很好适应不断增长的遥测需求和技术发展，以极小的代价不断提升遥测系统抗截获、抗干扰能力。

2.2 电子战条件下的航天遥测系统“三抗”设计

抗截获、抗侦收、抗干扰（“三抗”）的技术手段必不可少，遥测信号侦收过程是通过截获遥测信号并对信息解码实施窃取数据，在这里我们只考虑针对遥测系统的无线侦收；干扰手段则包括单音/多音干扰、噪声阻塞干扰、数据篡改和伪造等，因此，抗侦收、抗干扰可采取数据加密、信号扩频等方式。数据加密方法在通信系统中已相当成熟，遥测应用原理相同，为了保护信息的保密性、抗密码破译，建议最好采用一次一密，并通过遥测系统开辟高安全等级的密钥通道传输。扩频信号展宽频带降低带内信号谱密度并具有不可预测特性，使侦察接收机难以检测；扩频信号是通过相关检测，如果不掌握扩频码（跳频图形）参数则无法解调信号，因此具有良好保密性。可见，信号扩频技术是有效应对侦察干扰的手段之一，建议可选择直接序列扩频（DS）、跳频（FH）或混合扩频体制；但是，由于遥测系统本身要求较高数据率，要想获得扩频增益必须努力提高扩频码率，而这又给工程实现增加难度，需要在系统设计时折衷考虑。

3.航天遥测设计的发展探讨

经过半个多世纪的发展，我国的遥测技术取得了长足的进步，随着与遥测技术有关的技术领域的发展，对遥测技术提出了更高的要求。PCM-FM是当前航天遥测系统采用的主要体制，随着技术发展，又不断在PCM-FM的基础上逐步发展其它技术。如采用多符号检测（MSD）技术和Turbo乘积码（TPC）技术，大大提升了遥测系统的性能。工程应用表明，同时采用MSD技术和TPC技术相对于传统FM技术可获得8dB以上的信道增益。另一方面，众多新的调制体制不断应用于遥测系统，如FQPSK-B、FQPSK-JR、SOQPSK-TG等新型体制由于具有频带利用率高等突出特点，也已被列入IRIG-106标准中。在遥测系统工程实现上，通过应用软件无线电（Software Defined Radio，SDR）技术实现测速、测距、测角、遥测、遥控等多功能综合，以统一载波代替原分离设备，并具备软件功能现场重构能力；另一方面，数据中继卫星系统（TDRSS）建立后，导弹、火箭和中低轨卫星的遥测有由“直接对地遥测”向“天基中继遥测”发展的趋势。

天基测控网，是一种经2颗地球同步轨道卫星转发，与一个地面终端站相配合，可同时为多颗中、低轨在轨航天器提供连续覆盖，高达300Mbps数传能力，并能精确测轨的新型航天测控网。天基测控网由中继星、地面终端站、用户航天器3大部分组成。中继星将地面终端站发送的遥控指令、测距信号和其他数据转发给用户航天器，在用户航天器上接收、解调出遥控指令，并返向转发回测距信号和它本身所获得的数据（含遥测信息）给中继星，中继星接收到这些信号后，在返向转发到地面终端站，从而实现了测距、测速、跟踪、测轨，同时实现了数据中继。中继星起中继器的作用，不作任何信号和数据处理，实现低空→高空→低空的“弯管”传输。

4.结束语

随着飞行器对遥测系统需求发展和针对遥测系统的电子战技术发展，遥测系统设计将面临越来越多的难题。遥测系统技术发展引发对其侦察和干扰技术的研究，侦察对抗能力的提升又必然促使任务功能电子系统设计中充分考虑其抗截获、抗干扰能力，这也是遥测系统设计需要考虑的重要因素。

参考文献

[1]张碧雄，巨兰.2030年前航天测控技术发展研究[J].飞行器测控学报，2010（05）.

[2]王晓斌，黄伟，吕智慧，徐弘达.航天着陆试验场指挥控制系统设计与实现[J].航天返回与遥感，2013（01）.

[3]曲卫，贾鑫.我国航天测控系统体制与技术现状以及发展[J].科技信息，2010（14）.

[4]王刚，武小悦.美国航天测控系统的构成及发展[J].国防科技，2010（05）.