XTCE标准在卫星遥测信息交互中的应用

唐敏 孙斌 梁秀梅 张新 卢晓伟 赵美玲

（1 上海卫星工程研究所， 上海， 201100；2 西安卫星测控中心， 西安， 710000）

从卫星研制到在轨交付， 遥测信息会在不同单位、 系统以及不同的数据接口之间传递。 同时由于遥测信息在卫星生命周期内是一个不断完善的过程， 这种重复且格式不一致的测控数据定义将导致大量的数据转换、 人工核对、 软件变更[1]。XTCE （基于 XML 的遥测遥控交换） 标准是由OMG （Object Management Group， 对 象 管 理 组织） 提出的利用 XML （可扩展标记语言） 来描述遥测和遥控的数据规范， 它提出了一种有效的数据模型和数据交换格式来描述从卫星研制至卫星发射运行各阶段的数据信息， 以空间系统为根节点， 实现遥测信息在航天任务各系统之间的无缝对接[2-4]。 基于 XTCE 标准的遥测信息交互能够有效地解决系统之间遥测信息交互问题。

1 XTCE 标准简介

XTCE 标准是一种国际化的新体制与标准， 可为不同机构和系统在航天任务的各个阶段进行遥测数据的有效交换提供支持[5]。 XTCE 标准以一个 XML schema （模式， 指的是定义和描述 XML文档的规则） 的形式给出， 可读性好； 其体系结构呈树状分级结构， 包括遥测和遥控信息， 通过元素名称、 元素顺序、 属性及规则等描述遥测遥控信息， 是一种标准化的描述方法， 具有明显的层次化结构， 方便进行遥测的集成与删减。 XTCE标准是一个广泛的集合， 大多数用户使用的是这些功能的子集。 XTCE 标准也是一种非专有格式，无需定制导入导出工具， 它的提出可以促进数据库格式标准化， 提高型号任务之间的数据重用，加强航天器各系统之间的交流与合作[6]。

2 遥测信息接口规范

在卫星研制阶段， 遥测信息会不断地完善修正， 到卫星出厂时遥测信息基本处于稳定、 准确的状态。 卫星具备出厂条件时， 测控中心需要配置遥测信息。 以往卫星研制方和测控中心之间交接遥测信息依赖遥测文件， 以文件为基础就意味着所有遥测信息在测控中心需要重新配置。 人工配置效率低， 不仅浪费人员时间精力， 同时遥测信息又要经历确认更改再确认的迭代过程， 延长卫星试验队飞控时间。

2.1 XML 接口规范

为解决系统之间遥测信息交换问题， 测控中心对具备包结构的航天器设计规范了遥测信息的描述方法， 以XTCE 标准为基础， 形成了以XML文件为载体的通用接口协议。 根据测控中心的XML 文件接口协议规范， 利用遥测大表转XML软件， 将卫星研制方的遥测信息转换为XML 文件， 可以直接导入测控中心使用， 不再需要遥测信息的二次配置。

基于XTCE 标准， 形成了航天器研制方与测控中心之间以XML 文件为准的接口规范。 接口规范采用分层模型构建， 包括航天器名称（Satellite）、 遥测帧的说明 （TmFrames/TmFrame）、插入域的处理定义 （FrameZone）、 分系统的名称定义 （SubSystems/SubSystem）、 航天器遥测包格式的定义和数据包的具体定义 （TmPkts/TmPkt）、 遥测参数的定义 （TmParas）， 以及通用和自定义处理方法库及预留非标准处理的库文件（InputTypes）[7]， XML 文件框架结构如示例所示。

示例：

测控中心所有遥测信息在遥测参数装订软件中进行配置， XML 文件根据测控中心遥测参数通用接口规范生成， 可以作为遥测参数装订软件的输入， 也是研制方和测控中心之间遥测信息交互的新载体。

2.2 卫星遥测接口规范

卫星研制阶段所有遥测信息以表格 （遥测大表） 形式进行配置和调用， 从型号研制初期到卫星发射遥测大表是不断完善的过程。 上海卫星工程研究所对卫星遥测大表的格式进行统一规范并形成所标 《卫星地面测试软件遥测大表编写要求》， 每颗卫星的遥测大表都包含遥测信息表（A 表） 和帧结构表 （B 表）， A 表具体信息内容见表 1， B 表格式见表 2。

表1 A 表的格式

表2 B 表的格式

B 表第一列包括 5 种情况， 分别为： ①注释单元， 方便检查维护； ②帧代号； ③遥测包代号； ④需要展开的遥测代号； ⑤空。 第二列为块内各遥测代号。

3 遥测信息交互实现

遥测信息的交互实现依赖于卫星研制方和测控中心的接口规范以及两方遥测信息的对等。 以测控中心XML 文件为准， 结合研制方遥测大表，进行遥测信息转换， 转换信息主要包括遥测代号、 遥测名称、 字节序、 包内位置信息、 解析条件、 输入输出类型、 处理公式、 遥测显示信息和遥测范围等， 此外还包括遥测帧结构、 包结构、遥测处理公式声明和类型声明等。 对于遥测大表中不能覆盖的信息或不同卫星型号之间有差异的信息， 则借助软件配置文件完成， 包括帧结构信息、 包头信息、 遥测处理公式等。 各个卫星型号相同的信息则采用软件默认， 如软件版本信息和字节序等， XML 文件中关键节点信息转换实现见表3。

表3 通用试验规范中交检次数要求汇总

软件配置文件 （config.xml） 用于解决遥测转换时的不对等信息以及卫星型号之间的不通用信息， 包含型号信息、 帧结构、 包复用、 包结构、输入输出类型、 公式库、 通用公式和专用公式等。 为满足卫星遥测信息转换需求， 配置文件采用最大包络设计， 配置文件的默认设置能够满足大多数型号需求， 有特殊需求的型号可根据实际情况修改配置文件， 各个配置项的名称及涉及到的信息见表4。

表4 软件配置项

XML 遥测转换软件以 C++语言开发， 软件启动后自动读取配置文件 （config.xml）、 遥测信息表 （A 表） 和遥测帧结构表 （B 表）。 解析遥测大表和配置文件， 剔除地面遥测并对遥测大表进行合法性检查， 对不合法的遥测信息进行提示， 最终按照遥测包将遥测信息汇总整合， 根据XML 接口规范协议将遥测信息进行转换生成XML 文件。 软件转换进度和转换过程中的问题在软件界面提示并记录日志。 软件信息流图如图1 所示。

XML 文件导入测控中心的遥测参数装订软件后， 可以在测控中心进行遥测数据处理和遥测信息显示。 XML 文件将卫星研制阶段的遥测信息直接导入测控中心， 不再需要遥测信息的二次配置。 后续卫星型号也将形成以XML 文件为主、遥测处理文件为辅的交互方式。

目前， 基于XTCE 标准的卫星遥测信息交互先后在多个型号进行验证， 实践证明XTCE 标准在遥测信息交互中的应用降低了遥测配置的人工参与度， 减少人为配置错误， 遥测信息的转换更加高效准确。 随着航天事业的高速发展， 近几年卫星型号不断增加， 卫星研制人员和研制周期都将被压缩， XTCE 标准在遥测信息交互中的应用， 可以有效地节约人力资源， 节约研制成本，提高转换效率。