安全可靠多站接力通信自动化控制技术

张 铮

（中国地质工程集团有限公司，北京 100093）

1 研究背景

大多数情况下，多站接力通信对人工操作的依赖均比较高，需要工作者以手动操作的方式运行测控实现通信运行。在此过程中，如果前站支持直接发送上行指令，就可以使用半自动化的形式，通过中心调度实现目标跟踪，而在这种情况下，则主要存在两种运行场景，即标准跟踪+扩频跟踪、同点频不同码组接力跟踪和遥控优先级竞争式跟踪。但在人工模式下，通信运行场景则更为复杂。在此过程中，当中心下发退出接力调度的指令时，前站会接到该指令后，将状态调整为TM+R，完毕后向中心上传报告；当中心下发接力调度指令时，后站会接到该指令，将状态调整为TM+TC+R，然后向中心提交状态报告。最后，当跟踪完毕后，中心会下达结束口令，该跟踪任务会退出通信系统。基于此，为了减少多站接力通信过程中的人工干预需求，消除人的因素对卫星测控的影响，需要积极寻求安全可靠的多站接力通信自动化控制技术，以实现多站接力通信的自动化运行，增强卫星测控运行效果。

2 研究过程

2.1 多站接力通信自动化控制技术方案设计

在多站接力通信上，本文提出了一种可以按照设备现状评估结果，以及XML策略库、指令库，借助以中心调度为主的通信运行框架，实现各类设备的接力跟踪指令通信的多站接力通信自动化控制技术。在该技术下，上述框架能够实时捕捉设施作业现状信息，并借助通信自动控制系统，将该信息作为控制命令执行反馈，以及命令执行参考、命令制定参考，由此形成一个自动化多站接力运行系统，降低人为因素造成的干扰，让设备的运行更加安全可靠，推动卫星测控水平的发展。其中，该自动化控制系统下的通信流程如图1所示。在具体的技术方案设计中，可以围绕上述通信流程，搭建一个通信自动化控制平台，用于实现多站接力条件下的信息传输。在此过程中，应为该通信平台设置两个外部数据接口，分别用于传输设备现状信息和中心调度指令。其中，设备现状信息主要指对设备关键点、测控任务存在影响的信息。在通信过程中，自动化控制平台会运行设备现状评估算法，在XML策略库中，提取用于判断设备现状的策略，借此得出判断结果，采用遥控方式发出命令判断。此后，中心会按照上述判断，运用上述通信自动控制平台，发送指令。通常来说，该通信自动控制平台需要发送的中心调度指令包括接力开始与结束指令、前后站设置与切换指令、设备参数状态设置指令。此外，还要为该自动控制平台设置相应的算法，用于将调度指令转化为设备可识别的控制指令，由此利用该通信自动控制技术实现多站接力条件下设备的自动化运行。

图1 通信流程图

2.1.1 控制方案设计

在多站接力的条件下，需要各个站内的多套设备实现联合作业，但各个站的工作模式均存在差异，站内各套设备的作业方式也不同，这使得在多站接力时，会涉及通信流程的变化，因此，为了保证通信的自动控制运行效果，需要采用策略配置的方式，根据各站、各套设备的实际运行需求，对通信控制策略予以定制，确保多站接力期间的正常通信。在此过程中，定制的通信自动控制策略通常包含以下三个部分。

一是设备现状评估结果通信控制策略。其中，设备现状评估结果是中心判断设备是否正常运行的主要依据，其从本质上是一种描述参数集合合法性的信息，中心将该信息与参照信息相对比，即可确定设备的状态是否正确。一般来说，设备现状评估结果中所包含的信息项目如表1所示。基于此，需要根据上述参数集合的构造、传输方向等情况，从策略库中，选择合适的通信策略，保证设备现状评估结果的顺利传输到位。二是命令转换通信控制策略。在通信过程中，需要将一个调度命令，分解成为多个简单的控制命令，同时运用基础指令库，将这些简单命令转化成为各个设备能够识别的命令，由此达到对设备的自动控制。为此，需要定制一套符合当前情况的命令分解传输通信控制策略，确保分解后的简单命令能够被准确传送到相应的设备。三是通信安全控制策略。在多站接力的条件下，通信环境会不断发生改变，因此，也要采用XML配置策略的方式，进行安全控制策略定制，以保证信息通信的可靠性，提升通信自动化控制技术的应用水平。此外，为了信息通信的安全，也要采用A、B双平面的网络通信结构，进行通信控制，并同时运用这两个网络平面发送信息。待设备接收信息时，再将A、B两个平面进行融合，得到完整的信息，这样如果其中一条链路出现了信息丢失问题，那么另外一条链路则能够为设备提供该信息，由此增强通信自动控制的可靠性。但在此过程中需要注意，必须为每个平面设置UDP加密包，而且要将冗余备份机制应用到数据传输上，并执行3判2对比的模式，确保设备接收到的数据正确，增强通信的安全性。其中，3判2对比的模式是指，在通信时一次发送三个数据包，如果有两个相同，则证明数据正确。

表1 设备现状评估结果中包含的信息项目表

2.1.2 设备现状评估算法

在通信自动控制系统的输入端，需要设置一个设备现状评估算法，用于向通信系统输入设备的现状信息，由此让通信系统可以将该信息顺利传输给中心，作为指令下达的依据。在此背景下，设备现状评估算法是一个重要的通信自动控制系统组成部分，其运行效果会影响通信整体效率，因此，为了节约运算成本，可以考虑使用结构简单、参量需求少的二叉树向量机模型作为设备现状评估算法模型，如图2所示。在该模型中，wi为参数影响系数，当该系数值为0时，该参数则不是影响因子；当该系数值为1时，则为设备状态的影响因子。其中，Pi为第i个参数；Si为Pi的状态；Si=0为错误状态；Si=1为正确状态；R为设备现状正常；W为设备现状异常。在设备现状评估中，仅考虑参考影响系数为1的参数。根据图2能够了解到，若Pi的状态表述为Si=0，那么则当前的设备现状评估结果为设备状态异常，当Pi的状态表述为Si=1，才能进一步判断Pi+1的情况，如果所有的节点，均呈现出正常的状态表述结果，就可以将设备状态评估为正常，即为R状态。由此，若设S为设备现状，可以得到，然后根据，可以得到，基于该公式能够了解到此算法的运行策略是，当wi=0时，反馈值为1；当wi=1时，反馈值为Pi的计算值，而Pi的计算值需要运用设备现状判断策略得出，该策略如图3所示。在此背景下，通信自动控制平台即可实时向设备控制平台传输设备现状信息，以支持各项控制决策的制定和执行，提升多站接力自动化运行水平[1]。

图2 二叉树向量机模型图

图3 设备现状判断策略图

2.1.3 多站接力通信控制算法流程

待信息输入后，通信系统即可通过运行通信控制算法对信息传输进行自动化控制，由此完成信息的自动化传输。在此过程中，多站接力通信控制算法流程可以被阐述为以下几个步骤。一是根据多站接力运行流程对信息传输进行跟踪划分与严格的安全控制；二是通过运算，将调度命令分解转化为各个设备能够识别的简单质量，并分散传输到相应的设备；三是实时传输设备现状评估结果；四是当设备运行状态异常时，及时将纠正指令传输到相应的设备[2]。

3 技术方案实现结果

将上述通信自动化控制技术予以实现后，可以得到以下的多站接力通信自动控制场景。一是在多站接力条件下，各站的各套设备进入了自动通信状态；二是自动化通信控制平台根据实际运行需求，控制中心与前站、后站的信息传输；三是通信自动化控制平台，协助设备自动运行操作平台，对前站、后站运行情况予以实时跟踪；四是通信自动控制系统会将设备控制平台的指令发送到前站、后站，由此根据运行策略和中心调度要求，退出、开启多站接力运行。由此可知，本文的技术主要有以下优势：①解决了多站接力自动化运行下的通信问题；②运用可配置策略进行通信控制，可以让通信系统的运行对各类环境实现自适应，提高了通信运行的灵活性；③消除了传统条件下多站接力运行对人工操作依赖过多的问题，提高了多站接力运行的可靠性[3]。

4 技术方案实现结果分析

根据上述对通信自动控制技术的论述可知，该技术的主要作用是支持多站接力的自动化运行，由此提升卫星测控作业水平。不过还要注意，虽然该技术存在上述优势，但在使用过程中依然需要工作者对配套算法做好部署，才能让该技术充分发挥效能。在技术部署上应当注意，由于技术部署本身就是一个专业性较强的工作，因此，必须安排具备足够经验且业务能力过硬的人来承担此项工作。在此过程中，需要在正式开始技术部署之前进行充分的技术交底，并围绕具体的技术方案，让所有参与技术部署的人员都能够围绕该技术方案在理解达成一致，以免因理解冲突造成技术部署问题，影响技术应用效果[4]。

在技术实现上还要注意，通信自动控制技术的应用离不开软硬件设施的支持，因此，在技术的前期部署上也要重点关注软硬件设施的性能水平，并结合实际情况以及通信运行需求，选用合适的软硬件设施，而且要在设施正式投入使用前进行全面的调试检查，确认其性能状态符合要求后，才能将其应用到技术部署上[5]。

待技术部署完毕后，也要对软硬件系统进行定期的维护，保持其良好运行状态，增强技术应用效果。为此，在运维中需提前根据技术方案以及实际情况，编制出一个完善、系统的维护管理方案，并提出具体的检修、运维侧重点，以提高运维工作效率，优化技术实现效果。此外，应综合考虑技术的应用条件、应用需求，针对技术运行中可能存在的问题，提前做出解决预案，让工作者可以及时对突发的问题、情况做出正确响应，由此强化技术运行的稳定性，提升多站接力自动化运行水平。在此过程中需要注意，虽然该技术属于自动化技术，无须人工操作即可自动作业，但为了避免一些潜在的不确定因素为技术运行带来影响，依然需要重点关注技术部署、技术运行监测、技术运维等工作，并确立配套的工作制度，然后借助制度，规范、引导工作者的操作，保证通信自动控制技术的正常运行，提高技术应用效果[6]。

5 结束语

综上所述，增强自动化控制技术的应用效果可以优化卫星的通信系统性能。在卫星测控作业中，借助安全可靠的多站接力通信自动控制技术方案，能够改善原有通信条件下存在的各类问题，优化卫星设备自动化运行的灵活度，让轨道测控工作得以顺利完成，从而获得更好的卫星作业效果，推动卫星通信领域的优化发展。