多视窗多任务遥测系统实时监控软件的设计与实现

黄瑞雪

（贵州航天林泉电机有限公司，贵州 贵阳 550081）

1 任务需求

软件系统主要需求如下：

（1）试验信息入库管理，主要包括PCM 帧格式定义、异步嵌入数据流定义、参数格栅定义、参数校准信息定义、用户算法定义、二次推导参数定义、监控画面定义等；

（2）遥测信号接收状态的实时监控，包括信号强度、中频频谱、同步状态等；

（3）实时接收遥测数据并完成原始数据存盘；

（4）实时原始遥测数据网络转发；

（5）实时数据接收丢帧统计；

（6）实时参数挑路及工程量转换处理；

（7）实时挑路后参数工程量数据包网络组播转发功能；

（8）原始存盘数据的回放，实现系统闭环；

（9）遥测任务统一集中管理。

2 软件开发环境

2.1 操作系统

Windows XP 及以上版本操作系统。

2.2 软件开发工具

VC++6.0 及以上版本。

2.3 计算机配置

总线为CPCI；CPU 为双核、主频2.0 GHz 及以上；内存为DDR2、不小于2 GB；硬盘为不小于320 GB；网络接口为1 000 M。

3 软件设计

3.1 软件系统设计思路

遥测实时监控软件系统采用模块化软件设计的总体设计思路，将该软件系统划分为如下软件子系统：试验参数管理子系统、接收机远程监控子系统、前端综合数据处理子系统、终端显示控制子系统。

这些软件子系统，均为最顶层的子系统，每个子系统编写成一个独立的软件，各个子系统下按功能再划分为多个不同的功能模块，各功能模块间以可靠、高效的原则协同工作，以实现各子系统的功能。

在设计原则上，各子系统间除必需的监控和数据接口外，应互相独立、透明的工作。在子系统内部的各功能模块之间，尽量以动态链接库或接口的形式进行调用，在确保子系统工作可靠和效率的同时，尽可能地做到模块间设计高内聚低耦合。

3.2 软件系统组成结构

遥测实时监控软件系统由试验参数管理软件、接收机远程监控软件、前端综合数据处理软件、终端显示控制软件组成，其软件组成结构如图1 所示。该系统可以通过网络通信扩展至多个监控中心使用。

3.3 软件体系结构

遥测实时监控软件系统体系结构按层次划分，可分为平台管理层（硬件接口层）、数据处理层（业务层）、参数管理层、数据应用层四个层次。

图1 软件系统组成结构

平台管理层，又可叫硬件接口层，主要负责与底层硬件进行交互，以达到读取和写入硬件配置信息，控制硬件正常运行的目的。其中包括配置读取、配置写入、中断事件读取、数据块提取、硬件状态信息读取等。出于对用户底层硬件模块的兼容性，平台管理层的硬件接口驱动部分采用动态链接库来进行硬件监控接口的适配，这些接口适配器对上层用户应用是透明的，如此一来，用户在今后的硬件选型的过程中只需考虑重新编写一个硬件驱动接口适配的动态链接库即可。

数据处理层，主要负责数据的实时处理，以达到根据用户的参数定义将原始数据还原成用户的真实工程量数据，其中包括实时数据挑路处理、异步串行流中参数提取处理、参数结位处理、参数工程量转换处理、根据自定义算法进行的推导参数处理、仿真数据的处理以及工程量数据转发处理等。

参数管理层，主要负责用户参数信息和参数校准算法的管理，该部分软件提供接口供用户对参数信息进行编辑、修改、删除和导入，并允许用户自定义算法并将算法应用到推导参数的计算中。该数据层提供给用户的接口会对用户输入的所有信息和算法进行合法性校验，以防止用户的错误操作，确保数据层中数据的完整性和合法性。

数据应用层，主要负责将经过数据处理后的数据根据用户的选择，实时显示参数工程量数据。

3.4 软件工作流程

遥测实时监控软件系统工作流程按时间前后顺序可以分为试验前的参数信息管理，试验过程中的实时遥测接收、实时处理和实时显示，以及试验后的事后数据处理及回放三大部分。软件采用多任务工作模式，可以在运行中同时采集并处理、显示数据，系统工作流程如图2 所示。

3.5 软件各子系统设计情况

3.5.1 试验参数管理子系统

试验参数管理子系统共分为10 部分：任务管理，异步串行流管理，帧格式管理，参数挑路、结位及校准信息管理，自定义算法管理，监控画面管理，采集器格栅自动导入，用户权限管理，参数合法性检查，综合数据处理配置文件导出。每部分又由若干功能实现模块和子模块组成。

试验参数管理子系统是一个类似树形的组织结构。其中，任务管理是试验参数管理子系统的最上层，通过它来管理试验中的每一个任务；帧格式管理用于管理遥测接收的帧格式信息，确保接收机工作正常，并能够正确的接收数据；异步串行流管理是用于管理遥测数据流中异步嵌入的总线数据，如RS232 总线的GPS 异步数据流；参数挑路、结位及校准信息管理，自定义算法管理从原始数据流中得到各个参数的最终工程量的所有信息；用户权限管理是为了保证该试验参数管理子系统不被任意修改，只有特定有权限的人员才可以修改；参数合法性检查和综合数据处理配置文件导出是为了给终端综合数据处理子系统提供可靠、正确、详细的参数信息，以进行数据的实时处理[1]。

3.5.2 接收机远程监控子系统

接收机远程监控子系统主要用于对接收机进行远程监控。该远程监控子系统需要在进行远程控制时申请获取远程控制权，并需要在控制结束后释放远程控制权，以保证同一时刻只能有一个远程控制端具有控制权，其他远程客户端只具有监视权。

接收远程监控子系统是系统的平台管理层和数据层，主要负责接收机设备的硬件管理及配置、接收机设备的工作状态监视以及从接收机设备的数据接口中收取原始数据，并实时以UDP 组播的方式或内存映射共享的方式为前端综合数据处理子系统和其他应用提供PCM 原码数据。

3.5.3 前端综合数据处理子系统

前端综合数据处理子系统是该遥测软件系统中的核心部分。该子系统采用分布式综合数据处理架构，主要工作在软件体系结构中的数据处理层。该子系统从接收机子系统接收原始的测控数据，并根据试验参数管理子系统导出的参数配置文件，对原始数据进行实时的参数挑路、结位、工程量转换处理，并实时以UDP 组播网络传输协议的方式为终端显示控制子系统和其他应用提供工程量数据。该子系统主要由网络初始化程序和各种程序算法组成，其中包括“参数挑路算法”“参数结位算法”“参数校准算法”“用户自定义算法”以及“工程量网络转发模块”等。

前端综合数据处理子系统按照功能模块划分，可分为如下功能模块：数据处理初始化模块、数据处理算法模块、状态信息监视模块、关键参数监视模块、数据存盘归档模块、工程量数据UDP 组播发送模块及日志记录模块[2]。

3.5.4 终端显示控制子系统

终端显示控制子系统通过网络接口接收遥测前端实时处理软件广播传输来的全部遥测解调数据，根据任务规划的遥测帧结构和遥测参数数据库配置的参数信息，一一解析遥测参数，解算出工程物理量并按用户指定选择一种或多种监视模式。由此可见，遥测实时数据监控软件是独立于遥测接收解调硬件而存在的，故可以有多个安装和应用。

4 软件主要模块实现情况

软件中接收机远程监控子系统主要负责对接收机的硬件平台进行管理，这是整个软件的核心部分，界面如图3 所示，采用多视窗模式，在一个界面上可以同时显示硬件参数设置情况、硬件工作运行情况以及数据记录情况。界面上主要包括4 个部分：（1）平台的硬件信息，主要包括板卡型号、通道数、板卡加载是否正常等；（2）平台的工作模式，主要包括遥测解调体制及分集合成工作模式；（3）硬件参数设置，主要包括接收机的点频、中频带宽、码速率、位同步环路带宽以及帧同步的帧格式设置等；（4）平台状态监控，主要包括当前的射频信号强度、中频信号强度、信号Eb/N0、位同步状态、帧同步状态以及中频频谱显示。

图3 接收机远程监控子系统主界面

5 结 论

遥测实时监控软件系统最终产品包括：设备驱动程序、试验参数管理软件、接收机远程监控软件、前端综合数据处理软件、终端显示控制软件以及软件使用说明书。所有软件的安装不设密匙和安装时间、次数限制，只要计算机硬件配置符合系统要求，即可随意安装使用。软件系统经过多次联调、对接试验，性能达到预期效果，满足试验使用要求。