可重構設計的測控站監(jiān)控系統(tǒng)研究與實現(xiàn)

隨著科學技術的進步，人類對空間探索的步伐越來越大?？臻g任務的需求，推動地面測控系統(tǒng)的更新和發(fā)展，主要體現(xiàn)在：測控站的建設周期越來越短；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需求不斷的擴大。完善高效的地面測控系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)，可以提高測控站的工作效率，提高業(yè)務系統(tǒng)設備的利用率，縮短測控業(yè)務的準備時間，準確、高效地完成衛(wèi)星業(yè)務測控的各項工作任務，對于提高對衛(wèi)星的控制精度，延長衛(wèi)星的使用壽命具有重要意義。

　　測控站監(jiān)控系統(tǒng)在測控系統(tǒng)中的主要任務是：

　　● 地面測控設備的監(jiān)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(jiān)控對于設備調試、系統(tǒng)聯(lián)調、校準等情況特別有用。測控設備之間只有測控數(shù)據(jù)的交換，但對于操作參數(shù)和操作進程缺少相互協(xié)調和配合的途徑。而監(jiān)控系統(tǒng)在業(yè)務操作之外，對所有的設備都可以進行控制和監(jiān)視。在這些關鍵階段，監(jiān)控系統(tǒng)處于“領導地位”，是各種操作任務的發(fā)起和組織者，也是任務進程的監(jiān)視和控制者。

　　現(xiàn)有的集中式監(jiān)控系統(tǒng)，在硬件結構上多采用數(shù)據(jù)采集卡的模式，系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集的瓶頸。在軟件結構上，通常著眼于當時地面系統(tǒng)的組成，監(jiān)控畫面和操作比較固定，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，維護起來很不方便，也影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。因此我們研究并開發(fā)了基于可重構體系結構設計的新型監(jiān)控系統(tǒng)。

　　集中式監(jiān)控系統(tǒng)

　　現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集接口卡構成，協(xié)同專用監(jiān)控程序一起組成監(jiān)控系統(tǒng)（見圖1）。

　　圖1 集中式監(jiān)控系統(tǒng)的組成結構

　　在集中式體系的監(jiān)控系統(tǒng)中，所有測控設備的監(jiān)控信息都通過一塊或者多塊多路數(shù)據(jù)采集卡，收集數(shù)據(jù)到處理計算機，然后由數(shù)據(jù)處理計算機根據(jù)設備的類型進行數(shù)據(jù)處理，并將結果送監(jiān)控程序顯示或者提交用戶處理。

　　采用集中式的監(jiān)控系統(tǒng)存在以下問題。

　　● 所有數(shù)據(jù)采集和處理全部由數(shù)據(jù)處理計算機處理，對計算機的處理能力特別是數(shù)據(jù)采集能力要求很高。如果數(shù)據(jù)處理量很大或者數(shù)據(jù)的實時性要求很高時，會造成計算機負荷超載而出現(xiàn)死機現(xiàn)象，這正是現(xiàn)有集中式監(jiān)控系統(tǒng)存在的最大問題。

　　● 由于集中式監(jiān)控系統(tǒng)大都是專用系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集和軟件處理在一起，系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集接口復雜，集中在一起，容易造成互相干擾。

　　● 布線復雜，故障率高。集中式監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)接口都與數(shù)據(jù)采集接口卡連接，數(shù)字信號、模擬信號等各種信號一起布，布線復雜。

　　可重構監(jiān)控系統(tǒng)的設計思想

　　監(jiān)控系統(tǒng)為了能夠適應新的變化，即能夠用最短的時間完成設計和調試工作，通過調整系統(tǒng)的硬件配置和軟件參數(shù)設置在一定的范圍內支持改造和添加設備，并且克服現(xiàn)有系統(tǒng)存在的弊端。新的系統(tǒng)采用了可重構體系結構設計，即采用分布式的智能數(shù)據(jù)接口單元，將所有測控設備的不同物理數(shù)據(jù)接口，轉換為統(tǒng)一的網(wǎng)絡接口，通過網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理計算機，同時監(jiān)控系統(tǒng)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，從而使實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的可重構設計?？芍貥嬙O計的監(jiān)控系統(tǒng)的體系結構參見圖2。

圖2 可重構監(jiān)控系統(tǒng)的組成結構