遥测远程终端系统设计

张建学

（中国空空导弹研究院 河南 洛阳 471009）

无线电遥测特别适合在远距离，不易或无法接近的场合进行测量，因而自诞生起就迅速在军事领域得到应用和发展[1]。随着空空导弹在研和预研型号的发展，外场试验频度不断加快，不仅导弹科研与定型靶试需要遥测，而且各型号的绕飞、系留、主机配套以及导弹研制前期的地面发射试验也同样离不开遥测。试验中指挥员要依据遥测站传来的关键参数信息，来决定能否进行发射试验。因此，开发通用性的遥测数据远程传输显示系统势在必行，该系统运行的好坏将直接影响空空导弹的靶试任务。外场试验场地的复杂性千差万别，既有通讯设施相对完善的空一基地，也有设备简陋的军用机场，随着空空导弹的出口，更有可能面临国外交付试验场地的复杂情况；试验传输的信息量各型号也不相同，既有高码率的图像数据，也有传输流量相对小的关键参数传输。研制了遥测数据远程传输显示系统。使之不仅能满足各型号外场靶试遥测的需求，并且还应具有良好的通用性。遥测数据远程传输显示系统能够通过不同传输链路（电话线、光纤以及无线网络）的选择，把靶区遥测地面站接收的遥测数据实时传送到指挥中心进行处理，并根据型号要求以不同的显示方式进行解调与显示。该系统适应各种不同靶场的通讯条件，在遥测传输速率上，能够满足高传输速率的要求[2]。

1 系统组成

1.1 系统设计原则

该系统必须能够对遥测地面站发送的数据进行实时、高速、可靠地处理，并根据用户需要进行显示。因此遥测远程终端系统必须具备可靠性高、传输速率快、数据处理速度快、显示清晰流畅等特点。为保证遥测远程终端系统的可靠性、实时性、实用性和先进性，系统设计遵循如下原则。

1.1.1 可靠性原则

系统的可靠性是这该系统的生命，系统设计必须保证各个设备能够长期稳定运行，满足用户的要求；系统应满足良好的电磁兼容性要求；系统应具有良好的隔离、屏蔽措施，保证系统具有良好的抗干扰能力。

1.1.2 通用性原则

不同型号实验要求不同；能够快速转换到另一型号的要求并操作简单；能够适应各不同靶场通讯条件的要求；界面设计符合人机工程，操作方便、美观简洁；每个客户端均能由用户定义不同的显示方式和显示参数；显示方式：文本框、数字框、信号灯、条图、仪表盘等。

1.1.3 实时性原则

系统应保证传输速率以满足系统对延时的容许要求；系统应保证数据处理组件处理数据的效率和速度；系统应保证实时显示。

1.1.4 先进性原则

设计思想应保证其前瞻性和先进型；系统硬件选型应保证其配置的实效性和可扩展性；系统软件选型应保证易于维护、修改和升级。

1.2 系统硬件平台

系统由硬件平台和软件平台组成。硬件平台由显示终端计算机、发送设备及接收设备等几部分组成，遥测数据远程传输显示系统硬件结构图如图1所示。

图1 系统硬件结构图Fig.1 Hardware structure of System

1.2.1 遥测接收站

跟踪接收遥测弹上发送来的遥测射频信号，经接收机放大、变换和解调，提供给数据处理系统[3]，并根据要求把有关的数据发送到发送设备。

1.2.2 发送设备

负责把遥测站收集到的原始数据及时间码，通过发送设备及时送往指挥中心里的遥测数据远程传输显示系统。传输线路选择根据试验基地能够提供的通信线路而定，光纤收发器传送速率可高达几Mbps，能够提供的试验基地较少；MODEM使用的是专用电话线，数据速率低，最高只能到50 Kbps，传输距离远；无线网桥是无线网络通信的专用设备，其硬件加密达到128 bits，最高码流达到54 Mbps，但传输距离近。

1.2.3 接收设备

负责把遥测站发送来的原始数据和时间码数据接收，这是遥测数据远程传输显示系统进行数据处理的前提。

1.2.4 处理显示终端

负责把接收的遥测原始数据进行必要的算术运算和其它类型的变换和加工。包括：单位转换，将原始数据转换为工程单位；开关量的提取；形成显示所需的数据格式等。通过屏幕（CRT）显示，显示的方式可以是条图、曲线、数据、动画、告警（声光或图象），供用户进行监视、操作和判决时用。

1.3 系统软件平台

1.3.1 软件开发平台

为了更充分地利用各开发工具的优势，选用以下开发工具：

1）Microsoft公司的 Visual C++6.0 Visual C++6.0 具有功能强大的集成开发环境[4]。

2）NI公司的 LABWINDOWS/CVI 6.0 LABWINDOWS/CVI 6.0虚拟仪器的软件主要包括总线接口软件、仪器驱动软件和应用软件3部分[5]。其中，仪器驱动模块处在软件系统的最底层，用于隔离高层模块和硬件并控制对硬件的访问，它可以为上层模块调用，调用的参数只是发送、接收的数据和被调用模块的返回值，如果下层仪器硬件发生变动，整个系统只需要修改仪器驱动模块。

1.3.2 软件结构

从该系统的功能出发，系统由服务器发送软件和客户端接收软件组成。根据模块化设计思想，将软件划分成若干具有独立功能的部分，并将每一独立部分编写成一个模块程序。在进行模块化设计过程中，既要考虑怎样把软件系统划分成若干个模块，又要决定模块间的接口，即模块间的相互关系，以及模块之间传递的信息。该系统软件结构如图2所示。

图2 系统软件结构图Fig.2 Software structure of System

1.4 关键技术

1.4.1 遥测数据可靠传输设计

空空导弹研制过程中需要在靶场进行大量的发射试验[6]。导弹的靶场飞行试验是一件极其重要而复杂的工作，其关键而繁重的工作之一就是对飞行试验的遥测数据进行实时传输与监视。这些遥测关键数据是对飞行目标监视和控制的依据，直接关系到飞行试验能否圆满完成。因此，传输的可靠性设计尤为重要。本系统采用多种传输链路，实现发送和接收的专线方式，同时，同时在传输前，通过对发送方和接收方之间的传输通道的畅通情况进行自检，从而有效地保证了遥测数据的可靠传输。

1.4.2 基于客户/服务器的分布式处理技术

把整个系统合理地划分为两大块，数据采集、解调、打包任务放在服务器实现，而接收显示任务则放到客户端实现。能够有效地利用计算机资源。

1.4.3 数据传输实时性设计

遥测数据远程传输显示系统中的数据源是连续不断的数据流，它要求计算机及时采集和处理数据，否则遥测数据就要被丢失。因此，采用高优先级的多线程设计，及时存取数据。从而，大大提高数据传输的实时性。

1.4.4 用户界面可定制技术

实现遥测数据处理系统的通用性，必须实现用户界面的可定制功能，具体来说，涉及到控件动态创建技术、界面指令编码/解码技术等。

2 特 点

2.1 多种传输通道选择

可满足国内各靶场对遥测系统远程终端的需要。根据试验基地可提供的通信线路，可以灵活方便地选择传输设备（如电话线、光纤、无线网络）方式，使指挥中心与地面遥测接收站紧密地连接起来，把关键的参数数据实时提供给指挥员和试验队，另外，独特的GPS显示传输设计，为简陋机场提供良好的飞行调度服务，为靶试指挥的科学决策提供了可靠的依据。

2.2 独特的打包分发方式

有效地解决了线路带宽限制问题，空空导弹各个型号遥测速率变化很大，如果遥测参数全部传输，则远程终端[7]的实时性不能得到保证，为此采用独特的挑帧打包方式，有效地提高了线路带宽的利用率。采用了多线程技术，使数据挑帧、打包、分发、处理和显示并行工作，提高了程序的运行效率。

2.3 采用多种传输协议

可满足不同距离不同速率远程传输的需求。根据试验场地通信条件，采用不同的传输协议 （RS232C、IEEE802.3、IEEE802.11b），借助数传线、光纤以及无线网络等方式，使指挥中心与地面遥测接收站可靠地连接起来。

3 系统可靠性设计

可靠性设计准则是从影响可靠性的各因素入手，根据已有的、相似产品的工程经验，通过设计使这些因素得到解决或改善。在工程设计中主要考虑以下几种方面的问题：

3.1 精心设计各类接口

系统各个模块之间的接口电路可靠性直接影响系统的性能和效能。各类接口采用标准化设计，使系统接口的可靠性满足指标要求。

3.2 容错设计

为降低人为故障，在设计中充分考虑容错设计（如信息容错、硬件容错），并加强评审和测试，进行单元模块测试时，确保每项功能都被测试用例覆盖。软件设计输入接口时，应该充分考虑非法输入时系统能够安全可靠的运行，以提高系统的可靠性和安全性。

3.3 成熟设计

系统中尽量采用成熟技术，运用已有的技术成果。由于新技术发展迅速，采用新技术是必不可少的，但没有经过长时间考验的新技术，可靠性得不到保证。为此，通过扎实地搞好预先研究，通过实验使技术成熟。不过多地使用新技术，并通过与其他经过考验的技术一起接受新的考验，使设备的可靠性不会随着新技术使用而降低。

4 使用效果

图3为某导弹通过光纤传输的遥测远程终端。

图3 遥测远程终端（光纤传输）Fig.3 Optical fiber transmission

图4为某导弹通过无线网桥传输的遥测远程终端。

图4 遥测远程终端（无线网桥传输）Fig.4 Wireless Bridge transmission

5 结 论

通过选择不同传输链路（电话线、光纤以及无线网络），把靶区遥测地面站接收的遥测数据实时传送到指挥中心进行处理，并根据型号要求以不同的显示方式进行解调与显示。该系统研制成功以来，已应用于空空导弹各个型号的所有正式外场试验，全部无差错地实时传输、处理与显示遥测数据，为设计师系统及时地掌握导弹关键参数工作状态都提供了可靠的宝贵依据，为各空空导弹型号的成功研制作出了重要贡献。

[1]刘春亭，王胜利.空空导弹遥测的应用与发展[J].航空兵器，2000（3）：77-79.LIU Chun-ting，WANG Sheng-li.Application and development for telemetry of air-to-air missile[J].Aero Weaponry，2000（3）：77-79.

[2]张建学.遥测飞行终端软件研究[D].西安：西北工业大学，2000.

[3]李英丽，刘春亭.空空导弹遥测系统设计[M].北京：国防工业出版社，1996.

[4]林俊杰.Visual C++6.0程序经典设计[M].北京：科学出版社，1999.

[5]刘鑫.Compact PCI/PXI关键技术的发展与应用[J].航天控制， 2004 （6）:62-68.LIU Xin.Development and application of compact/PXI key technologies[J].Aerospace Control，2004（6）:62-68.

[6]安桂生，陈雷.空空导弹靶场遥测接收处理的现状与发展趋势[J]. 航空兵器，2006（3）：56-59.AN Gui-sheng，CHEN Lei.Actuality and trend for telemetry data receiving and processing of air-to-air missile[J].Aero Weaponry，2006（3）:56-59.

[7]樊会涛.空空导弹总体设计[M].北京：国防工业出版社.1997.