火箭遥测时间指令参数误码修正方法研究

柳振民，彭宗尧，鄢青青

(西昌卫星发射中心， 四川 西昌 615000)

遥测时间指令参数反映火箭飞行过程中动作指令的发出情况以及执行情况，是掌握火箭飞行状况的重要信息。遥测信号传输过程中，信号强度衰减、外界干扰等，会产生一定的误码[1](比如所传信号是1，而接收的为0，反之亦然)。在数据处理时，若不对误码进行滤除，则会误将其当作指令进行处理。为防止误判情况发生，通常设置一判断条件，如满足“连续三帧或五帧‘发生状态’”时，才认为指令发生[2]。

在数据分析时经常发现一些指令参数无处理结果，究其原因为误码造成遥测数据丢帧，使得“指令发生状态”的数据较少，无法满足为滤除误码所设的“指令发生”判断条件；另外还发现一些“发生状态”持续时间较长的指令由于误码影响，会多次满足“指令发生”判断条件，造成指令被多次错误解出。为避免数据处理时指令误判，又尽量减小漏判，同时还防止指令被多次错误解出，在分析指令参数误码特征以及借鉴相关文献处理方法[3-5]的基础上，开展遥测时间指令参数误码修正方法研究。

1 误码特征分析

1.1 数据解调处理过程

如图1所示，在信号解调环节，需要根据遥测的子帧同步码、副帧同步码实现数据流的子帧同步和副帧同步(无法同步的数据将被丢弃)。

图1 同步解调处理原理框图

在数据处理环节，需要依据参数在遥测帧结构中的位置从二进制数据流中挑出参数的源码。遥测的子帧结构如表1所示。源码挑选时，需要根据副帧同步码定位副帧(一个副帧含固定个数的子帧)的起始位置(也为第一个子帧的起始位置)，根据子帧同步码定位子帧的起始位置，再根据参数在子帧中的位置以及子帧计数值，挑出源码数据。

表1 遥测子帧结构表(8 bit/Word)

1.2 误码特征分析

时间指令参数按测量方式可分为位控参数和时序参数[6]。位控参数采用8位二进制编码格式，即每一参数用缓变数字波道8位码中的一位数码状态来表示；时序参数通过一个相同的缓变数字波道进行传输，当时序出现时，波道的码位状态改变1次。

误码引起的丢帧可能会造成指令参数的缺失或延迟，而保留在参数源码中的误码，在不同类型指令中表现特性也不相同。

一般时间指令参数在每个遥测副帧周期内采编1次，而连续2个副帧数据在同一位置出现误码的概率极低，除非长时间误码。通过数据解调处理过程可知，若误码持续时间较长，则无法实现帧同步，数据将被丢弃，因此误码一般不会连续出现，而是以图2所示的单跳变点形式存在。

图2 误码跳变形式示意图

超采时间指令参数包括时序参数和超采位控时间指令参数，该类参数在每个遥测副帧周期内采编16次。由于副帧周期相对较长，存在副帧同步码同步而副帧内数据出现误码的情况，因此该类参数的源码在一个副帧周期内可能出现数次误码，但数量不会太多(误码太多时无法实现帧同步，数据将被丢弃)。

2 误码修正方法研究

指令参数中的误码可以在数据处理环节设置判断条件进行修正，也可在结果展示环节采用关联参数替换进行修正。

2.1 处理过程预设条件修正法

在指令参数处理过程中，设置一状态标志，根据预设的判断条件将状态标志置为不同的状态。误码引起的跳变往往不能满足判断条件，因此在完成指令参数处理的同时，实现了误码滤除。状态标志分初始状态、指令发生状态和允许解算状态。

2.1.1“指令发生”判断条件设置

“指令发生”判断条件的设置需根据参数的采样频率而定，因此对于一般时间指令和超采时间指令，判断条件也不相同。

1) 一般时间指令参数

对于一般时间指令参数，传统的“指令发生”判断条件为：首先判断副帧同步码和子帧同步码是否正确，不正确的帧不予处理；然后以副帧计数为准判断参数发生变化的时间持续三帧，则认为指令真实发生，将第一帧的跳变时间作为指令发生时间。

因为误码造成的遥测数据丢帧，常使得一些持续时间较短的指令不满足传统的“指令发生”判断条件，而从指令参数误码特征分析可知，在丢弃未同步数据后，同一指令参数误码连续出现的概率极低，即连续2次出现跳变为真实的指令跳变发生，因此在对一般指令参数进行处理时，将“指令发生”判断条件定为“参数‘指令发生状态’连续出现2次”，以解出图3所示含误码的指令，降低指令参数无处理结果的概率。

图3 误码对一般时间指令影响示意图

2) 超采时间指令参数

对于超采时间指令参数，传统的“指令发生”判断条件为：首先判断副帧同步码和子帧同步码是否正确，不正确的帧不予处理；然后以子帧计数为准判断参数发生变化的时间持续一副帧(16次)，中间无干扰数据，且不考虑两副帧之间连续的情况，则认为指令发生。

从指令参数误码特征分析可知，超采时间指令参数的误码在一个副帧周期内可能数次出现，但数量不多，因此在对超采时间指令参数进行处理时，将“指令发生”判断条件定为“连续判断参数的状态16次，若有12次以上为‘发生状态’，则认为指令发生”，以解出表2所示的“发生状态跨帧或含有误码的指令”。

表2 某任务某指令参数源码数据

注：t为副帧周期。

2.1.2“允许解算”判断条件设置

如图4所示，指令参数在发生状态“1”期间出现误码“0”，重新满足了连续2帧“1”的判断条件，会再次解算一个错误的指令时间。为防止此类情况发生，设置“允许解算”判断条件，只有满足此条件时，才允许对时间指令参数进行解算。

1) 一般位控指令

对于一般位控指令，“允许解算”判断条件的设置方法与“指令发生”判断条件类似，当“参数‘指令未发生状态’连续出现2次”时，将状态标志置为“允许解算”状态，才允许进行指令解算。

2) 超采位控指令

超采位控指令“允许解算”判断条件的设置方法也与“指令发生”判断条件的类似，即：“连续判断参数的状态16次，若有12次以上为‘未发生状态’”，则认为满足“允许解算”判断条件。

3) 时序指令

在进行时序参数处理时，通常以波道的码位改变解算时序的发生，再结合时序参数的理论值范围确定为那个时序参数值。对于理论范围有交集的参数(2个相邻的时序参数理论范围可能有交集)，若因某种原因未能收到或收到时间较晚时，可能造成参数解算错误。

为防止此类问题发生，设置“00”和“FF”2种状态的“允许解算”判断条件，当满足“00”状态“允许解算”判断条件时允许解算由“00”跳变为“FF”的时序，当满足“FF”状态“允许解算”判断条件时允许解算由“FF”跳变为“00”的时序。由于时序指令参数均为超采参数，其“允许解算”判断条件与超采位控指令相同。

2.2 参数结果关联替代修正法

一些重要的指令参数，若因误码等因素未能解出结果，或者结果明显错误时，用关联参数或延时处理结果进行替代。

2.2.1关联参数替代

对于遥测时间指令参数，关联参数主要有2种类型[7]：

1) 共同反映某个动作的发生。该类参数共同反映火箭飞行过程中某个动作的发生情况，如箭载计算机发出的执行某动作指令参数、该动作执行结果相关的时间参数共同反映了火箭这一动作的发生情况。

2)具有严格的时间先后顺序。该类参数发生顺序具有固定的时间，如指令A发生后，间隔t1 s发出指令A1，间隔t2 s发出指令A2。由于指令A为指令A1、指令A2发生的必要条件，因此指令A发生的时间可用“A1-t1”或“A2-t2”替代。

另外，为提高替代修正的准确性，将用于替换的相关参数按理论时间相似性设置优先级，如表3所示，替换时优选优先级高的参数。

表3 指令参数关联关系

2.2.2延时波道处理结果替代

为解决火箭飞行期间级间分离火焰或其他因素对遥测信号的干扰，箭上遥测系统对重要缓变参数进行了平行延时，延时固定时间后，通过延时波道下传。实时波道指令无法解出时，若对实时性要求不高，也可用延时波道的解算结果进行替代。

3 实用性验证

由于参数结果关联替代修正法是直接对结果进行替换，效果比较直观，因此只对处理过程预设条件修正法进行验证。

3.1 案例选取

以某次任务火箭飞行过程中某指令参数为例，该参数为一般位控指令参数，对应波道码位值为64。如图5所示，由于误码，使得本应持续采集8次的发生状态仅有3次，且只有2次连续，传统处理方法未能解出指令发生时间。

图5 某指令参数实时波道源码数据截图

3.2 验证过程

设状态标志变量St_f，其具体含义如表4所示。用Matlab编程验证，程序执行流程如图6所示。

表4 状态标志变量(St_f)含义

图6 程序验证流程示意图

3.3 结果分析

程序执行结果正确地解出了144.890 s指令发生时间；另外，利用此方法对另一次任务采用传统方法解算错误的5个参数(因爆炸螺栓起爆干扰产生误码)进行重新处理，均解算正确。验证结果表明，处理过程预设条件修正法能较好地对误码进行修正，具有较好的实用性。

4 结论

1) 处理过程预设条件修正法将状态标志和判断条件相结合，并根据误码特征分析结果提出较为宽松的判断条件、根据时序参数跳变规律设置不同的解算状态，验证及应用结果表明：有效地解决了指令误判和指令漏判的问题；

2) 参数结果关联替代修正法对指令参数的关联特性进行了分析，并在此基础上提出了结果替代修正方案，该方法作为一种备保手段对处理结果仍有错误的指令参数予以替代修正。

2种方法结合使用，有效地修正了误码对火箭遥测时间指令参数的影响。