遥测实时与延时数据结果弥补拼合方法*

于长海，倪风岳，沈 惠



遥测实时与延时数据结果弥补拼合方法*

于长海，倪风岳，沈 惠

（中国酒泉卫星发射中心 酒泉 732750）

针对航天发射中实时和延时数据结果多元现象，提出基于双路时标检择算法的实时与延时数据结果弥补拼合方法，解决遥测参数实时、延时数据结果唯一性问题。经多次应用的结果表明，与传统优选数据段替换法相比，方法无需人工干预，执行效率较高，达到了利用延时数据提升实时数据质量的设计目的，满足数据处理要求。

遥测；实时数据；延时数据；结果拼合

引 言

航天发射中，由于产品发动机火焰干扰和再入黑障，以及测量站选址原因，可能造成遥测数据的短时丢失或乱散。为了解决此类问题，遥测系统中增加了数据延时重发装置，主要目的是用延时数据弥补实时数据的丢失和乱散，提升数据质量[1-4]。如何实施数据弥补是遥测数据处理的重要课题，以往的快速处理方法是将遥测实时、延时数据结果独立存储，十分不利于试验的现场快速判决和分析，而采用传统的优选数据段替换法拼合数据，不仅需要大量的人工干预，且处理周期较长[2,4]。为了克服数据结果独立存储的使用不便性和传统数据拼合法效率低的问题，有必要开展完备、高效的数据结果弥补拼合方法研究。

文献[3-11]是国内近十年来关于遥测数据处理的成果，其中文献[5]阐述了提高遥测时间坐标精度的方法，文献[6-10]论证了多站遥测原码优选拼接或逐子帧融合方法，文献[3]、文献[9]讨论了遥测原码虚拟帧解析、嵌套协议树解析技术和基于公式流的参数还原方法，文献[4]提出了基于遥测原码分路数据的延时弥补方法，文献[11]提出了对多站遥测结果分组平均加权的融合算法。根据文献[12,13]对遥测数据处理可按其性质、目的和相互关系划分为三个层次：一是基础层，对同步解调后的时间序列数据标记、分路，取得参数和算法对应关系；二是工程换算层，按参数不同特点恢复具有物理意义的值；三是结果分析层，对数据作进一步的分析计算，这是工程科学领域通用方法，与遥测系统无关。文献[3-11]主要完成了基础层和工程换算层的方法研究，这些方法的应用达到了遥测系统的测量目的，提高了多站测量数据利用率，获得了最优质量的遥测原码，解决了遥测结构数据解析、处理的通用化难题。但是，对遥测多站数据结果融合和弥补问题的讨论，笔者认为：文献[4]存在不适用记忆重发、数字总线等复杂遥测帧结构数据弥补问题，文献[11]方法不适用少于三个数据源情况，且结果融合存在算法复杂度高、软件实现难、执行效率低[9]的弊端。为此，本文在应用文献[3,5-10]方法，同时梳理遥测延时数据特点的基础上，提出一种基于双路时标检择算法的实时与延时数据结果弥补拼合方法。

1 遥测延时数据的作用及原理

遥测数据是对遥测参数测量值的采样编码数据[12]。采样编码后实时向地面传输的遥测数据称为实时数据；为了实现某种目的将全部或部分遥测数据在遥测端缓存，延时向地面传输的数据称为延时数据。遥测数据延时传输有两个目的：一是为了解决早期遥测系统数据传输带宽受限的问题，对冲击、振动等高采样率速变参数不传输实时数据，而是采用快记慢发技术利用有限带宽传输某时段内的大量数据，随着通信技术的进步，遥测信道带宽已经能够满足大数据量传输要求，该项技术基本不再使用；二是为了解决信号传输造成的数据丢失和乱散问题，采用实时和延时双路传输机制，在遥测端延时数据与被延时的实时数据内容完全一致，不同之处是传输时间的延迟，因此发动机火焰、再入黑障等干扰因素影响延时和实时数据的时段是不一致的，可以对二者进行互补处理，实现还原遥测数据的目的。

遥测延时数据按照延时目的可分为快记慢发和记忆重发；按照延时时段可分为全时段延时和部分时段延时；按照编帧性质可分为波道延时、副帧延时和参数延时；按照延时关系可分为平行延时、事件延时和滚动重传等。对不同类别的遥测延时数据，均有适应其各自特点的遥测数据解析和计算方法，航天发射结束后能够准实时或快速得到对应的遥测延时数据处理结果，这是与遥测实时数据处理结果进行弥补拼合的前提。

2 基于双路时标检择算法的数据结果弥补拼合方法

航天发射多站遥测数据融合处理过程框图如图1所示。

图1 多站遥测数据融合处理过程框图

航天发射遥测数据从多站原码到最终结果的生成可以分为两个处理过程，一是遥测原码数据加工过程，二是数据结果拼合过程。如“引言”所述，文献[3-10]对前一过程的论述已经较为充分，但是很少涉及后一过程，一般是采用优选数据段替换法进行处理，其主要缺点是人工干预多、处理周期长。

本文针对数据结果拼合过程提出了一种基于双路时标检择算法的实时与延时数据结果弥补拼合方法，算法流程如图2所示，算法中“数据质量文件”是遥测原码数据加工过程产生的数据质量等级评估文件，其中标识了遥测测量时段的数据质量级别，由低到高分为丢失、乱散和优质三个等级。

图2 实时与延时数据结果弥补拼合方法流程

实时与延时数据结果弥补拼合方法的核心步骤是双路时标检择算法，算法描述如下。

……

iStateFlag_1 = 1; // 0-文件结束；1-读取数据；2-暂停读取

iStateFlag_2 = 1; // 0-文件结束；1-读取数据；2-暂停读取

for(int irow=0; iStateFlag_1!=0 || iStateFlag_2!=0; irow++)

{

if( iStateFlag_1==1 )

{

读取文件中的一行数据;

if( strReadData_1 != _T("") )

提取实时结果数据当前时标dReadDataTime_1;

else

iStateFlag_1 = 0;

}

if( iStateFlag_2==1 )

{

读取文件中的一行数据;

if( strReadData_2 != _T("") )

提取延时结果数据当前时标dReadDataTime_2;

else

iStateFlag_2 = 0;

}

if( iStateFlag_1!=0 && iStateFlag_2!=0 ) // 两个读入数据同时有效

{

if( fabs(dReadDataTime_1－dReadDataTime_2)>dTimeInterval*0.66 )

{

if( dReadDataTime_1>dReadDataTime_2 )

iStateFlag_1 = 2; iStateFlag_2 = 1;

else

iStateFlag_1 = 1; iStateFlag_2 = 2;

if( iStateFlag_1 == 1 )

选择实时数据作为有效数据源;

else

选择延时数据作为有效数据源;

}

else // 时间差较小视为相同时刻数据点的情况，根据数据质量选择数据源

{

iStateFlag_1 = 1; iStateFlag_2 = 1;

根据数据质量等级，选用优质数据源作为有效数据源，如果两个数据源的数据质量为相同等级，则沿用原来的有效数据源;

}

}

else // 其中一个数据源有效，另一个数据源结束的情况

{

选用有效的数据源，将对应的iStateFlag_1或iStateFlag_2赋值为1;

}

if( iStateFlag_1!=0 || iStateFlag_2!=0 )

{

将有效数据源的数据写入弥补拼合结果;

}

}

……

双路时标检择算法根据参数时标逐点对数据进行检择，不篡改结果数值，主要通过两个文件读取指针状态变量iStateFlag_1和iStateFlag_2，分别控制对实时结果文件和延时结果文件的读取过程，根据实时结果数据当前时标dReadDataTime_1和延时结果数据当前时标dReadDataTime_2所处时段的数据质量等级，以及|dReadDataTime_1-dReadDataTime_2|与参数采样间隔dTimeInterval的关系选择有效数据源，并将其写入弥补拼合结果文件。

可见，基于双路时标检择算法的实时与延时数据结果弥补拼合方法能够自动拼合实时与延时数据结果，提高了数据处理效率。

3 应用效果分析

3.1 数据弥补拼合方法应用实例与分析

以某遥测参数在380s~430s的模拟数据为例，其对应的实时、延时和弥补拼合结果如图3所示。

实时数据在407.97s~416.01s时段传输中断约8s，为了补足数据，航天器使用了数据延时重发装置，延迟16s发送延时数据，因此，延时数据对应的缺失时段是391.97s~400.01s。利用双路时标检择算法对实时和延时数据结果弥补拼合处理时，当延时结果时标dReadDataTime_2运行到400.01s时，实时结果时标dReadDataTime_1的当前时刻为391.97s，双路时标检择算法会暂停对延时结果文件的读取，并选择实时数据作为有效数据源，400.01s恢复对延时结果文件的读取；同理，当实时结果时标dReadDataTime_1运行到416.01s时，此时的延时结果时标dReadDataTime_2的当前时刻为407.97s，双路时标检择算法会暂停对实时结果文件的读取，并选择延时数据作为有效数据源，416.01s恢复对实时结果文件的读取，最终生成弥补拼合数据。比对分析可知：在380s～430s时段内，实时数据和延时数据分别存在约8s时长的数据丢失段，弥补拼合数据没有数据丢失段落，数据质量良好。

图3 实时、延时和弥补拼合数据结果

3.2 与其他数据拼合方法的比较

传统优选数据段替换法通常采用手工方式事后对部分关键遥测参数进行数据拼合操作，对于航天发射模拟数据乱散段数多达53段的情况，由于乱散段落多且碎小，因此对多个关键遥测参数结果的挖补剪辑工作量十分巨大，数据拼合耗时久。

若采用文献[4]所述对遥测原码数据弥补方法，则存在不适用记忆重发、数字总线等复杂遥测帧结构数据弥补的问题，不能完全消除航天发射实时和延时数据结果多元现象。

基于双路时标检择算法的结果弥补拼合方法与传统优选数据段替换法，及遥测原码数据弥补法的优劣比较如表1所示。

表1 数据拼合方法优劣比较

通过比较可知：本文提出的基于双路时标检择算法的结果弥补拼合方法的数据结果拼合质量好，在消除数据结果多元现象方面有普适性，且具有方法实现复杂程度低的优点，数据结果准实时拼合时效不大于2分钟，满足航天发射现场评估和分析需求。

4 结束语

为了解决航天发射遥测数据丢失或乱散问题，将全部或部分遥测数据缓存后延时向地面传输，却导致了数据结果存在实时结果和延时结果的多元现象。为此本文提出了基于双路时标检择算法的实时与延时数据结果弥补拼合方法，实现了遥测参数实时、延时数据结果的唯一性，达到了航天器延时重发装置的设计目的，满足数据处理要求。

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A fusion method of real-time and delay telemetry data

YU Changhai, NI Fengyue, SHEN Hui

（Jiuquan Satellite Launch Center, Jiuquan 732750, China）

To select the real-time and delay telemetry data automatically in space launches,this paper proposes a fusion method based on twin-channel time-mark checking algorithm,by which the unique result of relevant telemetry parameter can be obtained.Several practical applications indicate that the method without manual intervention is more efficient than traditional substitutions of optimized data,which further improves the quality of real-time data and meets the demand of data processing.

Telemetry; Real-time data; Delay data; Fusion

V557.3

A

CN11-1780(2019)02-0051-06

2019-01-08

2019-01-30

于长海 1975年生，工程师，研究方向为航天测控与数据处理研究。

倪风岳 1975年生，工程师，研究方向为遥测与GNSS弹道数据处理。

沈 惠 1988年生，工程师，研究方向为航天测发通信及图像处理。