一种动态可重构的地面测控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种动态可重构的地面测控系统，属于自动化测试领域，该系统包括资源池、连接矩阵、集中监控平台，资源池包括地面测控系统内所有前端子系统、终端设备和公共设备；连接矩阵，由两列中频开关矩阵组成；资源池中所有设备都预先连接在连接矩阵的输入/输出端，集中监控平台控制虚拟矩阵来改变资源池内设备的连接关系，每种连接关系对应一个测试系统，具备执行一类任务的能力，从而实现地面测试系统的快速重构，解决了多任务支持能力差、配套设备多、研制成本高、资源利用率低、地面测控站改造升级工作量大等问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种动态可重构的地面测控系统，可应用于地面测控系统，属于自动化测试领域。
技术介绍
地面测控系统是航天测控系统的重要组成部分，其和船载/舰载/弹载设备一起，完成对航天器的跟踪测轨、遥测、遥控、天地通信、数据传输等任务。随着我国航天事业的发展,日益增多的航天发射任务和大量在轨运行卫星，对地面测控系统的多任务支持能力提出了越来越高的要求。现有地面测控系统架构已逐渐不能满足这些需求。现有地面测控系统架构及其对多任务需求的解决途径主要有以下几种：(1)型号订制，按套扩展长期以来，我国的地面测控系统是根据型号任务进行研制，这种“型号订制”的研制方式，导致地面测控系统在架构上比较固定，在功能上比较单一，无法灵活支持多任务。因此，当新的型号任务出现时，需要“按套扩展”，增加新的地面测控设备，各套地面测控设备之间相互独立。这种“型号订制，按套扩展”的方法具有配套设备多、研制成本高、资源利用率低、改造升级工作量大等突出缺点。(2)射频切换这种方法是同时建设多套天馈设备、信道设备及后端基带设备，在天馈设备和信道设备之间安装射频开关网络，通过射频开关网络切换天馈设备、信道设备及后端基带设备的连接关系，每一种连接关系可以看做一套完整的地面测控系统。这样，通过连接关系的切换，可以得到多套功能和指标各不相同的测控系统，从而支持多种任务需求。由于高频信号处理技术和设备制造工艺的不成熟，该方法存在以下缺点：①工作频段的提高及射频开关网络的规模增大引入的射频插入损耗会大大增加，使射频开关网络不可能做得太大，限制了地面测控系统规模；②射频交换开关、放大器随温度变化会引入相位和群时延的不稳定性，无法满足高精度测轨需求；③随着交换规模的增大，高频段多路交换设备内的同频隔离与干扰问题会越来越突出，导致系统指标进一步恶化。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是：针对现有地面测控系统架构对多任务支持能力的不足，提出一种动态可重构的地面测控系统，该系统在集中监控平台控制虚拟矩阵来改变资源池内设备的连接关系，每种连接关系对应一个测试系统，具备执行一类任务的能力，从而实现地面测试系统的快速重构，解决多任务支持能力差、配套设备多、研制成本高、资源利用率低、地面测控站改造升级工作量大等问题。本专利技术的技术方案是：一种动态可重构的地面测控系统，该系统包括资源池、连接矩阵和集中监控平台，其中：资源池，包括地面测控系统内所有前端子系统、终端设备和公共设备，所有设备根据其功能的不同与连接矩阵的输入接口或者输出接口相连；连接矩阵，由两列中频开关矩阵组成，第一列开关矩阵的输出端与第二列开关矩阵的输入相连，按照使每个第一列的开关矩阵到达尽量多的第二列开关矩阵的原则均匀布线，根据集中监控平台发送的开关指令建立各开关矩阵的输入/输出连接关系，实现地面测试系统的快速重构；集中监控平台，根据前端子系统、终端设备、公共设备和开关矩阵的实际连接关系，建立虚拟矩阵和有向图，采用数组元素对有向图的节点、边和方向进行描述，节点对应每个设备的输入输出端口，边对应设备端口间信号连接，边的方向表示信号流向，根据地面测试任务的需要在有向图上选择起点和终点，计算起点和终点之间的路径，根据路径计算结果向连接矩阵发送开关指令。所述有向图分为三类：前端子图、终端子图、切换子图，前端子图对应前端子系统和接入连接矩阵输入端口的公共设备及其连接关系；终端子图对应终端设备和接入连接矩阵输出端口的公共设备及其连接关系；切换子图对应连接矩阵中各开关矩阵及其连接关系。前端子图和终端子图分别用前端子图二维数组和终端子图二维数组表示，二维数组中每一行数组元素对应子图中的一个节点的状态信息，该状态信息包括该节点编号、相邻节点编号、该节点和相邻节点之间的边的方向，所述节点编号包括设备类别、设备类型和设备编号；切换子图采用多个切换子图二维数组表示，每个二维数组对应一个独立的开关矩阵，二维数组中每一行数组元素对应开关矩阵中1个输入接口和1个输出接口的状态信息，该状态信息包括输入接口的节点编号、输出接口的节点编号、与输入接口相连的前端子系统/其他矩阵接口的节点编号、与输出接口相连的本矩阵输入接口的节点编号、与输出接口相连的终端设备/其它矩阵接口的节点编号。所述集中监控平台计算起点和终点之间的路径的具体方法为：(1)、读取起点S对应的节点编号S1和终点E对应的节点编号E1；(2)、查询前端子图二维数组和终端子图二维数组，获得节点编号S1对应的相邻节点编号S2和节点编号E1对应的相邻节点编号E2；(3)、解析节点编号S2获得该节点的设备编号，确定节点S2所在的开关矩阵的编号M1；解析节点编号E2获得该节点的设备编号，确定节点E2所在的开关矩阵的编号M2；(4)、判断开关矩阵M1和开关矩阵M2是否可达，如果可达，则进入步骤(5)，否则，认为起点S和终点E设备物理上无法连接，退出计算过程；(5)、找出所有M1到M2的可达路径，依次判断每一条可达路径的可用性，直到找到一条可用路径：从节点P到节点K，转入步骤(6)，如果所有路径均不可用，退出计算过程；(6)、将开关矩阵M1对应的切换子图二维数组中节点P对应的“与输出接口相连的本矩阵输入接口的节点编号”更改为S2的节点编号；将开关矩阵M2切换子图二维数组中节点E2对应的“与输出接口相连的本矩阵输入接口的节点编号”更改为K的节点编号；(7)、根据步骤(6)所得的开关矩阵M1和M2切换子图二维数组中“与输出接口相连的本矩阵输入接口的节点编号”值，发送开关指令给开关矩阵M1和M2，开关矩阵M1收到指令之后将输入S2和输出P连接起来，开关矩阵M2收到指令之后将节点K和输出E2连接起来，最终将设备接入系统中。所述的开关矩阵M1和开关矩阵M2之间是否可达的具体判断方法为：解析开关矩阵M1对应的切换子图二维数组中“与输出接口相连的终端设备/矩阵接口的节点编号”，判断是否存在开关矩阵M2所对应的设备编号，存在，则认为开关矩阵M1和开关矩阵M2之间可达，否则，认为开关矩阵M1和开关矩阵M2之间不可达。所述判断从矩阵M1中节点P到矩阵M2中节点K的路径是否可用的方法为：根据矩阵的一个输出接口不能同时与多个输入接口相连的原则，查询矩阵M1对应的切换子图二维数组中节点P所对应的“与输出接口相连的本矩阵输入接口的节点编号”是否已经存在有效的节点编号，如果存在有效的节点编号，则认为该路径不可用，否则，认为该路径可用。所述设备属性包括设备类别、设备类型、设备编号、工作频段、工作模式、在用状态。所述集中监控平台根据地面测试任务的需要确定有向图上选择起点和终点的方法包括自动方法和手动方法两种。所述自动方法为：(1)、获取外部输入的任务指令，所述任务指令包括卫星轨道根数、任务起止时间、工作频段、工作模式；(2)、根据卫星轨道根数计算卫星轨道，根据任务起止时间计算任务时间内卫星轨道弧段相对于本站站址的角度变化范围和变化速率，根据工作角度变化范围和角度变化速率、工作频段选择与其功能相匹配的前端子系统，根据工作模式，选择匹配的终端设备；(3)、判断所选择的设备是否可用，若前端子系统的设备属性中的“在用状态”为“可用”或“在用但可调用”，则此前端子系统可用于执行任务，否则，重复执行步骤(2)～步骤(3)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动态可重构的地面测控系统，其特征在于包括资源池、连接矩阵和集中监控平台，其中：资源池，包括地面测控系统内所有前端子系统、终端设备和公共设备，所有设备根据其功能的不同与连接矩阵的输入接口或者输出接口相连；连接矩阵，由两列中频开关矩阵组成，第一列开关矩阵的输出端与第二列开关矩阵的输入相连，按照使每个第一列的开关矩阵到达尽量多的第二列开关矩阵的原则均匀布线，根据集中监控平台发送的开关指令建立各开关矩阵的输入/输出连接关系，实现地面测试系统的快速重构；集中监控平台，根据前端子系统、终端设备、公共设备和开关矩阵的实际连接关系，建立虚拟矩阵和有向图，采用数组元素对有向图的节点、边和方向进行描述，节点对应每个设备的输入输出端口，边对应设备端口间信号连接，边的方向表示信号流向，根据地面测试任务的需要在有向图上选择起点和终点，计算起点和终点之间的路径，根据路径计算结果向连接矩阵发送开关指令。

【技术特征摘要】
1.一种动态可重构的地面测控系统，其特征在于包括资源池、连接矩阵和集中监控平台，其中：资源池，包括地面测控系统内所有前端子系统、终端设备和公共设备，所有设备根据其功能的不同与连接矩阵的输入接口或者输出接口相连；连接矩阵，由两列中频开关矩阵组成，第一列开关矩阵的输出端与第二列开关矩阵的输入相连，按照使每个第一列的开关矩阵到达尽量多的第二列开关矩阵的原则均匀布线，根据集中监控平台发送的开关指令建立各开关矩阵的输入/输出连接关系，实现地面测试系统的快速重构；集中监控平台，根据前端子系统、终端设备、公共设备和开关矩阵的实际连接关系，建立虚拟矩阵和有向图，采用数组元素对有向图的节点、边和方向进行描述，节点对应每个设备的输入输出端口，边对应设备端口间信号连接，边的方向表示信号流向，根据地面测试任务的需要在有向图上选择起点和终点，计算起点和终点之间的路径，根据路径计算结果向连接矩阵发送开关指令。2.根据权利要求1所述的一种动态可重构的地面测控系统，其特征在于：所述有向图分为三类：前端子图、终端子图、切换子图，前端子图对应前端子系统和接入连接矩阵输入端口的公共设备及其连接关系；终端子图对应终端设备和接入连接矩阵输出端口的公共设备及其连接关系；切换子图对应连接矩阵中各开关矩阵及其连接关系。3.根据权利要求2所述的一种动态可重构的地面测控系统，其特征在于：前端子图和终端子图分别用前端子图二维数组和终端子图二维数组表示，二维数组中每一行数组元素对应子图中的一个节点的状态信息，该状态信息包括该节点编号、相邻节点编号、该节点和相邻节点之间的边的方向，所述节点编号包括设备类别、设备类型和设备编号；切换子图采用多个切换子图二维数组表示，每个二维数组对应一个独立的开关矩阵，二维数组中每一行数组元素对应开关矩阵中1个输入接口和1个输出接口的状态信息，该状态信息包括输入接口的节点编号、输出接口的节点编号、与输入接口相连的前端子系统/其他矩阵接口的节点编号、与输出接口相连的本矩阵输入接口的节点编号、与输出接口相连的终端设备/其它矩阵接口的节点编号。4.根据权利要求3所述的一种动态可重构的地面测控系统，其特征在于：所述集中监控平台计算起点和终点之间的路径的具体方法为：(1)、读取起点S对应的节点编号S1和终点E对应的节点编号E1；(2)、查询前端子图二维数组和终端子图二维数组，获得节点编号S1对应的相邻节点编号S2和节点编号E1对应的相邻节点编号E2；(3)、解析节点编号S2获得该节点的设备编号，确定节点S2所在的开关矩阵的编号M1；解析节点编号E2获得该节点的设备编号，确定节点E2所在的开关矩阵的编号M2；(4)、判断开关矩阵M1和开关矩阵M2是否可达，如果可达，则进入步骤(5)，否则，认为起点S和终点E设备物理上无法连接，退出计算过程；(5)、找出所有M1到M2的可达路径，依次判断每一条可达路径的可用性，直到找到一条可用路径：从节点P到节点K，转入步骤(6)，如果所有路径均不可用...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯延顺，王圆圆，李树忠，
申请(专利权)人：北京遥测技术研究所，航天长征火箭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11