航天测控系统中心监控平台

一、系统背景

在我国的宇航科学领域，通常把卫星工程分为五大系统，把载人航天工程分为七大系统，而测控通信系统是其中最关键的系统之一。

航天测控技术是指对航天飞行目标进行跟踪、遥测和遥控的综合技术。航天测控是伴随着人类航天活动的诞生而开始的。从航天工程的角度出发，航天测控可直观地定义为对航天飞行器的远距离测量与控制；从应用的角度出发，航天测控可看作是整个航天活动的有机组成部分，是地面远距离管理航天器、操纵航天器完成其使命的手段。

航天测控网是对卫星、飞船等航天器进行跟踪、遥测和遥控的综合电子系统，它由多个测控站、测控中心及通信系统组成。航天测控网通过对航天器的跟踪测量、监视、控制，实现测轨和航天器的轨道机动，检测和控制航天器上各种装置和系统的工作。航天测控网的任务主要有：对航天器进行跟踪测量，获取其运动参数和内部的各种物理、工程、宇航员生理以及侦察参数，监视其飞行和内部工作状态，为指挥、控制提供信息；实时完成对航天器的轨道和姿态控制；通过对实测数据的处理、分析，为评价航天器的技术性能和改进设计提供依据；进行天地各类业务信息交换和数据传输。

随着航天事业的不断发展，对测控系统的各项技术要求也在不断提高，在航天测控网的各级指挥控制中心，对于各级航天测控工作人员，需要更加及时、准确、直观地对航天测控网中的信息和数据进行监控，以更好的完成航天测控各项任务。

二、总体设计

目前，航天测控系统在数据接收、数据处理、数据传输、数据存储、数据显示、指令发送等方面，已经形成了一个完整的系统。大体的应用模式是：数据和信息经处理后在总体网上传输，各测控中心及部门接收数据，再次进行处理后，显示到监控界面上去。

图1 典型测控中心拓扑结构图

航天测控系统监控平台不改变现有应用模式，将监控应用通过技术手段实现功能和性能上的改造和提高。技术思路体现在4个方面:一是系统功能综合设计;二是数据接口通用化、标准化和规范化;三是监控界面统一化，人机交互形式直观化、多样化；四是保障网络通信的实时性、可靠性和安全性。应用模式如图2所示。

图 2 平台应用模式图

以上技术思路可以在当前测控网的基础上，分模块、分阶段地逐渐应用和实用，可以先与现有系统并行运行，最后形成完整的测控网中心监控平台。

三、技术方案

航天测控系统中心监控平台是一个面向信息和数据的监控系统,平台既可以通过总体网获得真实数据来进行监控工作，也可以接入仿真数据进行方案验证或训练，还可以对历史数据进行回放和事后分析。首先，需要设计数据接口模块来进行数据接收和预处理，同时，联入专家系统模块、数据判读模块，解释与评估模块、对策模块和相关的管理维护模块,目的是对原始数据进行处理、解读和过滤后，得到监控所涉及的数据。这其中包括：利用先验知识对数据进行简单的预先判断,异常出现时启动专家系统诊断模块,并且将其数据进行转换加入事实列表,与规则匹配经过逻辑推理后得到诊断结果；对于复杂情况,故障诊断专家系统提供了对于推理过程的解释功能,操作人员可以很清楚地看到诊断的全过程,便于理解故障机理同时也可以提高使用者对于诊断的信任度；对于检测过程中出现的故障或异常情况可以通过对策模块给出相应的解决方案供操作人员参考，等等。

以上所有数据，通过成熟、稳定、可靠、安全的网络通信方式，以图形化的形式，直观且形象地实时显示在监控界面上。

图 3 系统体系结构图

四、模块组成

数据接口模块

数据接口模块是系统的数据接收部分，具有良好可继承性和重复使用性,具有在不同数据传输协议下的数据接收功能。通过这样的一个数据接口模块可以将系统直接应用于多种型号中,而无需改变系统本身代码。

网络通信模块

保证总体网中的各种数据在发射现场、各遥测站、各级指控中心的采集、分发和传输。

监控界面模块

采用监控界面模块对状态和数据进行实时监测,以图形界面的形式体现出来,在各个界面上可以方便地得到火箭系统的各种数据,并对于重要参数数据给予多种动态显示方式。所有监控界面不以代码形式存在，与数据没有任何耦合关系，可以快速构建，甚至可以在线修改，保证了系统具有良好的可移植性和可扩充性。

专家系统模块

专家系统的核心部分是故障诊断。同时，还包括数据判读、解释与评估、对策等。

管理和维护模块

管理和维护模块负责系统数据的管理维护,主要包括数据接口库、监控界面库、专家知识库等数据库及相应的维护工具。