可重構設計的測控站監控系統研究與實(shí)現

可重構設計的測控站監控系統研究與實(shí)現

隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類(lèi)對空間探索的步伐越來(lái)越大?？臻g任務(wù)的需求，推動(dòng)地面測控系統的更新和發(fā)展，主要體現在：測控站的建設周期越來(lái)越短；測控設備更新、改造和添加變得更頻繁，測控站的控制容量和鏈路隨著(zhù)需求不斷的擴大。完善高效的地面測控系統的監控系統，可以提高測控站的工作效率，提高業(yè)務(wù)系統設備的利用率，縮短測控業(yè)務(wù)的準備時(shí)間，準確、高效地完成衛星業(yè)務(wù)測控的各項工作任務(wù)，對于提高對衛星的控制精度，延長(cháng)衛星的使用壽命具有重要意義。

　　測控站監控系統在測控系統中的主要任務(wù)是：

　　● 地面測控設備的監視

　　● 地面測控設備的控制和設置

　　● 地面測控設備間的聯(lián)合控制

　　測控設備間的聯(lián)合監控對于設備調試、系統聯(lián)調、校準等情況特別有用。測控設備之間只有測控數據的交換，但對于操作參數和操作進(jìn)程缺少相互協(xié)調和配合的途徑。而監控系統在業(yè)務(wù)操作之外，對所有的設備都可以進(jìn)行控制和監視。在這些關(guān)鍵階段，監控系統處于“領(lǐng)導地位”，是各種操作任務(wù)的發(fā)起和組織者，也是任務(wù)進(jìn)程的監視和控制者。

　　現有的集中式監控系統，在硬件結構上多采用數據采集卡的模式，系統擴展比較困難，單一插卡難以適應多種多樣的設備接口，而且存在數據采集的瓶頸。在軟件結構上，通常著(zhù)眼于當時(shí)地面系統的組成，監控畫(huà)面和操作比較固定，一旦更換了其他型號的設備，或者設備接口發(fā)生了變化，需要修改源代碼才能適應，維護起來(lái)很不方便，也影響了系統的穩定性和可靠性。因此我們研究并開(kāi)發(fā)了基于可重構體系結構設計的新型監控系統。

　　集中式監控系統

　　現有的監控系統通常是和地面設備一起構建，一般采用集中式體系結構，即由工業(yè)控制計算機加上多路數據采集接口卡構成，協(xié)同專(zhuān)用監控程序一起組成監控系統（見(jiàn)圖1）。

　　圖1 集中式監控系統的組成結構

　　在集中式體系的監控系統中，所有測控設備的監控信息都通過(guò)一塊或者多塊多路數據采集卡，收集數據到處理計算機，然后由數據處理計算機根據設備的類(lèi)型進(jìn)行數據處理，并將結果送監控程序顯示或者提交用戶(hù)處理。

　　采用集中式的監控系統存在以下問(wèn)題。

　　● 所有數據采集和處理全部由數據處理計算機處理，對計算機的處理能力特別是數據采集能力要求很高。如果數據處理量很大或者數據的實(shí)時(shí)性要求很高時(shí)，會(huì )造成計算機負荷超載而出現死機現象，這正是現有集中式監控系統存在的最大問(wèn)題。

　　● 由于集中式監控系統大都是專(zhuān)用系統，數據采集和軟件處理在一起，系統一旦建成，控制設備容量和模式都基本確定，體系結構封閉，不易擴展。

　　● 數據采集接口復雜，集中在一起，容易造成互相干擾。

　　● 布線(xiàn)復雜，故障率高。集中式監控系統的數據采集接口集中于一臺計算機中，分布于測控站不同地方的所有的測控設備數據接口都與數據采集接口卡連接，數字信號、模擬信號等各種信號一起布，布線(xiàn)復雜。

　　可重構監控系統的設計思想

　　監控系統為了能夠適應新的變化，即能夠用最短的時(shí)間完成設計和調試工作，通過(guò)調整系統的硬件配置和軟件參數設置在一定的范圍內支持改造和添加設備，并且克服現有系統存在的弊端。新的系統采用了可重構體系結構設計，即采用分布式的智能數據接口單元，將所有測控設備的不同物理數據接口，轉換為統一的網(wǎng)絡(luò )接口，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將數據傳送至數據處理計算機，同時(shí)監控系統的控制軟件也采用工業(yè)控制組態(tài)的設計思想，將測控設備抽象為不同類(lèi)別的控制控件，將控件排列組合后形成不同的信道控制鏈路，從而使實(shí)現了整個(gè)系統的可重構設計?？芍貥嬙O計的監控系統的體系結構參見(jiàn)圖2。

圖2 可重構監控系統的組成結構