基于XTCE标准的通用型航天器系统数据处理方法研究

摘要：基于航天器研制过程中需要对不同种类不同格式的系统数据进行统一描述的目的，采用XTCE建立通用型的航天器系统数据处理方法，通过使用某型号航天器地面系统数据管理软件进行地面试验，得出该系统数据处理方法的使用可以实现航天器系统数据交换格式规范性和通用性的结论。提高航天器系统数据解析和处理的效率和可靠性，为航天任务中的信息交换处理提供了便利的方法和新的思路。

关键词：XTCE;航天器;系统数据;数据处理

近年来，随着航天器复杂度和对可靠性要求的提升，对航天器系统数据的解析和处理要求也随之不断升高。如何开发出一套快速有效的航天器系统数据处理系统已成为航天器设计和研制的重要环节和组成部分。

XTCE(XML Telemetric and Command Exchange)是一套由OMG(Object Management Group)提出的，利用XML语言来描述航天器系统数据的规范。其目的是提出一种国际化的

新体制与标准，为不同机构和系统在航天任务的各个阶段对航天器系统数据的有效交换提供支持。目前，XTCE已在欧美的航天器研制中得到了广泛的应用，一些航天器研制机构和厂商还根据自身的设计需求开发出了相应的XTCE应用软件，用于航天器设计中。本文使用XTCE进行航天器系统数据处理模型设计，并设计了XTCE航天器系统数据交换文件设计，提出了基于XTCE的航天器系统数据处理方法。

1 XTCE组织结构

1.1 面向对象的分层描述

XTCE为航天器提供了一个面向对象的树状分层描述结构，结构的根节点是“航天器系统”节点(如图1所示)。XTCE的执行由根节点开始并传播到整个航天器系统的各个层次，在每个层次，每个元素既代表自己又是整个空间系统的一部分(如图1所示)。这种分层管理的方式，方便用户自底向上的描述航天器遥测遥控数据结构，并在逐步成熟后进行组装构成逻辑系统，具有良好的延展性。

如上所述，相比以往的描述方法，XTCE具有以下优点：

1)XTCE是标准化的描述方法，CCSDS推荐在航天任务的各个阶段都采用XTCE描述遥测遥控信息，因此，采用XTCE描述遥测信息在数据交换方面具有方便准确的优势;

2)XTCE在设计之初就考虑到了对异构任务的支持，这与航天器系统数据处理软件支持多任务的需求是完全吻合的;

3)XTCE标准以一个XML schema文件的形式给出，可读性好，同时也便于使用成熟的技术自动处理XTCE文件;

4)XTCE文件具有明显的层次化结构，易于在不同元素层次上进行扩展和集成;

1.2 遥测元数据结构

遥测元数据是对航天器遥测数据的描述，定义了参数类型、参数、容器、消息、数据流、算法等内容，详见图2。

1)ParameterTypeSet(参数类型集)：遥测参数的元数据集合，参数类型实例化后即可以描述遥测参数。参数类型包含的信息有：数据类型、说明信息、告警阈值、输出数据的工程单元、长度、位序量纲和校验方式以及在天地传输过程中的编码方式。

2)ParameterSet(参数集)：一组遥测参数及其引用的集合。

参数是实例化的参数类型，包含名称和指向参数类型的引用(ParameterRef)。参数也可以有别名和实例化后的特殊属性，而“引用”常值以前在其他ParameterSet中定义参数的引用。

3)SequenceContainer(序列容器)：一组有序的参数序列，可以描述数据包、数据帧、子帧或结构数据项。序列容器可以由基础容器派生，方便数据定义。

4)MessageSet(消息集)：消息是在服务过程中通过匹配方式唯一标识一个容器的替代方法，通过比较SequenceContainer中的元素与预定值是否一致，实现对Sequence Conta iner的过滤。

5)StreamSet(数据流集)：一组无序的Stream(数据流)的集合。航天器上、下行数据均是数据流，在数据流层面有很多处理和操作。StreamSet中包含所有包括组帧、解帧在内的上、下行数据的处理方法。

6)AlgorithmSet(算法集)：对于航天器地面测试系统，事先构造一些处理遥测、遥控数据的基础算法，有利于重构复杂逻辑的数据处理算法。

利用遥测元数据描述遥测参数的步骤为：用Parameter Set定义遥测参数，用ParameterType定义遥测参数的数据类型，然后定义SequenceContainer(对于分包遥测，Sequen ce Container用于打包遥测数据并描述遥测数据包，对于时分多路遥测，SequenceContainer用于描述遥测帧及帧结构)，再定义遥测数据的StreamSet(数据流集)，最后定义遥测数据的AlgorithmSet(算法集)。

1.3 遥控元数据结构

遥控元数据的格式与遥测元数据相似，但除了含有与遥测元数据一致的ParameterTypeSet，ParameterSet，MessageSet，StreamSet和AlgorithmSet以外，还有Argument Ty pe(判据类型集)和Meta