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泉源:UC欧博娱乐网2016-01-19 20:16

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航天空中软件零碎是支持航天器全生命周期一切空中软件零碎的聚集,是一个庞大大零碎。随着航天器品种和数目越来越多,航天空中软件零碎的范围和庞大性也在大幅度添加。航天器

    航天空中软件零碎是支持航天器全生命周期一切空中软件零碎的聚集,是一个庞大大零碎。随着航天器品种和数目越来越多,航天空中软件零碎的范围和庞大性也在大幅度添加。航天器生命期中有2个紧张的阶段,即空中研制阶段和运转控制阶段。传统的办法是为每一个航天器研制一套空中测试零碎,一套空中运转控制中央,这种办法在晚期航天器数目很少的状况是很正常的。但是,随着每年发射的航天器数目大幅度添加,且需求办理的在轨航天器数目越来越多时,这种状况就无法满意义务的需求。

  1基于开放平台的航天空中软件零碎开展

  航天空中软件零碎第一次大的革新是20世纪90年月,随着盘算机体系构造从基于主机的零碎,向基于网络的零碎开展,1993年美国航空航天局开端接纳开放规范,如Unix操纵零碎平台、TCP/IP协媾和以太网络作为控制中央的根底平台,研制国际空间站空中控制中央软件零碎。国际空间站空中控制中央和航天飞机空中控制中央相邻,但物理上不衔接,2其中心的前端处置局部相反,其他局部差别,控制员可以很容易地在2个义务之间停止切换,整个零碎的设置装备摆设量比原来控制中央增加了一半,节流了少量经费。

  欧空局在航天空中软件零碎接纳开放平台的工夫根本上和下面类似,比拟典范的零碎是欧空局不断运用的航天器控制操纵零碎(SpacecraftControl Operation System,SCOS)软件,这套软件便是树立在开放零碎上的。该软件从20世纪90年月初的SCOS I、II,开展到SCOS 2000,方案2016年推出SCOS 3000.这套软件在欧空局航天零碎项目中使用的十分普遍,该软件最大的使用是欧洲伽利略导航卫星项目,可以支持多达50颗卫星,运转平台是SuSE Linux Enterprise 9和SUN Solaris 10.国际航天空中软件零碎接纳开放零碎平台是从航天器空中测试零碎开端的。“空中测试零碎”,欧 空 局 称 为 地 面 电 气 支 持 设 备 (ElectricGround Support Equipment,EGSE),新近国际经过从法国引进的一套空中测试零碎树立起比拟零碎的航天器空中测试体系,用于“西方红三号”卫星的测试。该零碎硬件接纳MicroVAX II,操纵零碎是Micro VMS,接纳字符终端,测试设置装备摆设接纳串口衔接。

  1996年3月,配备学院承当了国际第 一套基于开放平台 的 卫星 综合 测试软件零碎---“XX型号卫星”空中测试总控软件零碎的设计和开辟任务。该零碎接纳Solaris操纵零碎、TCP/IP和以太网络作为测试零碎平台,1996年7月该零碎参与了“XX型号卫星”空中测试任务。

  经过改良该零碎参与了从1996年10月开端的“神舟一号”飞船空中测试的全进程,以及后续神舟飞船系列型号空中测试。改良后的零碎接纳的是HP-UX操纵零碎,除了零碎的范围更大一些,还添加了一些飞船特有的功用,如工程遥测处置等,其他内容根本相反。随后该效果又推行到“陆地星”等一系列卫星型号项目标研制中。

  航天器控制中央义务控制软件和航天器空中测试零碎所接纳的软件零碎,在功用上有肯定的类似性,因而,欧空局从TEAM和YES卫星项目开端,尝 试 研 制 低 成 本 的、可 移 植 的、通 用 的MCS/EGSE零碎。零碎接纳了1997年2月推出的SCOS-II,零碎在施行进程中获得了许多无益的经历。随后在Herschel/Planck卫星项目中,又停止了 进 一 步 的 尝 试,该 项 目 采 用 了SCOS2000作为零碎中心。从实行的后果看,的确可以延长项目研制周期,低落用度。国际在一些卫星项目上也停止过类似的实验,行将空中测试软件零碎作为空中站软件运用。

  由于欧洲航天器研制、运转控制每每都是多国、多机构同时到场,而差别国度、机构在航天器生命周期的差别阶段运用的软件零碎都不相反,给合作带来了很大的题目,研制一致的欧洲航天空中操纵软件(European Ground Operation Soft-ware,EGOS)势在必行。因而,欧空局提出了树立一致的航天空中软件零碎建立的方案。

  EGOS包罗航天义务控制零碎 (Mission Control Sys-tem,MCS)、任 务 规 划 系 统 (Mission PlanningSystem,MPS)、飞举动力学零碎(Flight DynamicSystem,FDS)、航天器电气空中支持设置装备摆设软件零碎,空中站软件零碎、种种航天仿真软件零碎、航天空中数据库零碎等。前3项是航天空中控制中央的中心构成局部。这一方案的次要内容包罗:

  ①子零碎和条理之间的接口界说;②空中操纵软件的参考模子;③中心体系构造;④部件间的接口规范;⑤接纳一致的平台和操纵零碎、言语和规范;⑥接纳一致的开辟模子和东西;⑦一致的设置装备摆设办理。

  2002年景立了委员会,停止零碎直接口界说,次要界说了MCS、MPS、FDS 3个子零碎之间的接口干系。随着研讨任务的深化,发明一致的航天空中软件零碎想象太大,很难办到。并且,随着种种新技能的不时呈现,如面向效劳的体系构造、云盘算、假造化等,怎样将这些技能使用到航天空中软件中,另有许多需求讨论的题目。

  因而,从2009年开端,欧空局将这方面的任务重点 转 到 欧 洲 地 面 系 统 公 共 核 心 (EuropeanGround Systems-Common Core,EGS-CC)和航天数据零碎根底设备上。

  2航天空中软件零碎大众平台

  欧洲空中零碎大众中心(EGS-CC)项目[1]的目的是开辟一种通用的欧洲航天义务监督控制根底设备,可以无缝掩盖从航天器组装、集成和测试就任务控制的一切阶段,经过共享开辟、维护和保证来减低全零碎用度,低落航天项目标危害,完成EGSE和MCS零碎的古代化,在整个构造之内共享先辈的软件技能。

  EGS-CC的次要功用是支持一切航天义务范例和阶段,接纳开放的、基于组件的和面向效劳的体系构造,具有通用性、可扩大性、高功能和可扩展性,接纳条理完成方法,零碎监督控制内核的通勤奋能和公用功用的别离,支持二进制兼容、规范接口,只管即便隐蔽技能细节,顺应航天器的临时办理。

  EGS-CC的体系构造如图1所示。

  此中,斜纹底方框局部代表测试顺序参考完成,灰色方框局部代表中心功用,网状底纹方框为中心扩展功用和接口的参考完成。

  中心的根本功用包罗两方面:使用支持层及监督与控制组件。使用支持层包罗运转时支持框架、零碎办理和实行、拜访控制、工夫同步和数据归档等。监督与控制组件包罗监督和控制模子、控制运动无效性验证、调理实行和确认、下令(TC功用)、进程实行、陈诉参数处置状况、工夫处置、支持在线、回放、检索和重放等处置形式。

  中心扩展功用和接口的参考完成包罗4个方面:适配层、用户使用、离线东西和内部接口。适配层包罗:遥测遥控数据处置、监督和控制适配器,如遥测遥控接纳和发送,公用控制操纵设置装备摆设接口等,树立监督和控礼服务模子、空间和空中工夫校正。用户使用包罗:用户桌面零碎、用户自界说的表现、监督和控制使用、零碎办理表现、监督控制模子阅读。离线东西包罗:初始化预备东西、预先处置和陈诉东西。内部接口包罗:剪裁、设置装备摆设、归档数据导入导出、监督和控礼服务等。

  现在项目曾经完成了阶段A的一切任务,发生了一系列标准和文档,包罗范畴剖析、用户用例、用户需求、名词搜集、零碎观点、观点体系构造、内部接口确定、次要技能评价。阶段B方才开端,正在停止软件需求工程和体系构造设计,观点演示验证。阶段C/D接纳基于增量和迭代方法停止开辟,在目的情况中不时地集成和验证相干技 术 和 产 品,最 初 的 应 用 预 计 在2015-2016年。抱负的目的是将欧空局空中软件的一切内容都放在一同,包罗航天器、运载器、空中站、义务控制零碎、飞举动力学零碎、义务计划零碎、调理实行零碎、数据分发零碎、仿真零碎等,构成一个相似苹果公司的航天使用市肆,可为差别的义务选取适宜的使用。

  3航天义务数据零碎

  航天义务数据零碎根底设备[2]是从传统的义务数据零碎开展来的,最后次要支持遥测遥控数据的归档和分发等根本功用。随着航天义务的扩展,数据零碎的支持功用不时增长,如欧空局的伽利略项目,不只具有导航功用,同时,还具有空间态势感知 (Space Situation Awareness,SSA)功用,包罗空间目的监督和跟踪(Space SurveillanceTracking,SST)、空间气候情况(Space WeatherEnvironment,SWE)、近地目的监督(Near EarthObject,NEO)3大功用。为此,欧空局专门接纳面向效劳的体系构造设计了一个数据中央。

  3.1面向效劳体系构造的航天数据零碎

  假如接纳传统的办法来设计航天空中使用零碎,每个空中零碎都是独立的,但是,构造又很类似,并且,有许多相反的功用。图2表现接纳传统的办法设计的空间气候情况(SWE)和近地目的监督(NEO)使用零碎。而接纳面向效劳的体系构造设计方法,可以将这些类似的功用,如平安、用户办理、数据归档、数据公布等,可以用效劳的 方法提供出来,图3所示。

  接纳新技能,包罗可视化、云盘算等技能[3-6],以及开源软件开辟,可以提拔欧洲产业在环球市场的竞争力,低落经费、危害和开辟工夫。这些新技能怎样在航天空中零碎中使用,每每选取数据零碎作为实行的打破口,由于数据零碎的功用比拟合适面向效劳的体系构造。义务控制零碎由于有比拟严厉的及时性和平安性方面的要求,需求停止更深化的研讨。

  3.2航天数据零碎数据模子

  随着空间军事使用的进一步开展,对航天数据零碎根底设备的要求又进一步深化,以美军结合作战义务零碎(Joint Mission System,JMS)项目为例,该项目以面向结合作战构成集成的、网络中央化的空间态势感知和指挥控制才能为目标,可以疾速检测、跟踪和辨认相干目的,提供实时的结合作战空间结果工夫表现,支持传统的和非传统的目的辨认和发明,支持用户自界说的作战图像和空间作战下令,提供空间要挟剖析等。

  空间数据零碎只是结合作战数据零碎中的一个方面,但这个零碎又是各军军种都感兴味的,因而,空间数据零碎的树立必需统筹思索作战队伍的需求,需求在指挥控制态势感知大众框架(C2SSA COI)下停止研讨,在国防部元数据注册名字空间构造框架(DOD MDR NAMESPACE)下,树立 相 应 的 产 品。

  JMS Enterprise Data Modelv1.0企 业 数 据 模 型 就 是 这 种 产 品。

  JMS DataModel v1.0是从曾经同意的美国空军JMS需求模子中导出的,JMS需求模子是基于国防SSA义务主线,颠末5年的高兴从观点模子开端树立的。

  JMS需求模子中的 所 有 能 力 都 能 映 射 到JMSCDD项目需求中,JMS需求观点模子用于树立数据条款、属 性 和 关 系 的 逻 辑UML模 型。逻 辑UML模子用于发生JMS数据模子的物理模子(XML方案)。

  完成大众数据模子的益处是可以使数据元素标准化,增加了冗余,提供了分歧性的元数据构造来支持牢靠的决议计划支持;消弭了数据构造的纷歧致性,消弭了数据转换,支持散布式数据存储和更无效的假造机分派;基于大众数据的Web效劳可以应用顺序构造的高效性,取得更好的零碎功能;一种大众的企业数据框架可以支持数据的准确性和零碎才能的扩展。

  完成大众数据模子的要害是必需鼓舞接纳开放和合作的办法,必需活期召开面临面的集会停止相同,需求树立一支高程度的步队,成员包罗国防部、当局部分、官方和贸易范畴、疆土平安部分、中央当局、大学、联邦成员。从义务需求开端,提供一个片面的处理方案,将次要精神放在证明模子的可完成性上,支持实践空中使用,提供最根本的产物集,提供可以办理少量信息的东西。

  4航天器主动办理和空中测控站网络

  随着在轨航天器的日益增多,航天器空中办理的任务也越来越庞大,空中控制站网络的优化办理面对着许多应战[7].欧洲航天局跟踪空中站中心网络(European Space Tracking Station Net-work,ESTRACK)[8],是散布在环球的空中站网络,如图4所示。

  晚期的EMS(ESTRACK Management Sys-tem),每个空中站根本上都是为欧洲航天局的一个牢固义务效劳,空中站独立运转,接纳人工停止空中站计划(有大批东西支持)。现在的状况是整个空中站网络零碎曾经有相称范围,功用比拟强,也很庞大。这些空中站同时支持多个义务,同时,还能支持欧空局以外的义务。整个网络有一个一致的调理表。将来的开展是进步差别义务穿插支持的水平,充沛应用网络以及空中站的才能,进步零碎的可扩大性。

  EMS是欧空局空中站网络主动化计划和和谐地方控制零碎,由3局部构成:计划子零碎、调理子零碎、和谐子零碎,计划和调理子零碎曾经投入运转4年,在线和谐零碎正在开辟。

  ESTRACK计划和调理零碎在2005年就可以支持10个用户,计划零碎能在3h之内完成2周的全部计划任务。全部计划要求一切的义务要求都可以满意,一切的限定条件都颠末了查验。

  到了2008年,零碎可以支持20个用户,计划东西可以支持10颗卫星在3周限定滑动窗口下,在6h内完成6个月的计划任务,在36h之内完成一年的计划任务。

  2011年的状况是在6h之内完成15颗星6个月的计划义务。

  ESTRACK和谐子零碎(ESTRACK Coordi-nation System,ECS)是一个在线控制模块,由一个操纵员来监督一切的空中站和网络安康状况,监督调理的实行状况。将一切监控信息归档在地方存储零碎中,将空中站监督参数发送给义务控制零碎。

  ESTRACK功用构成如图5所示。

  ESTRACK软件的完成接纳重用战略,次要应用欧洲空中操纵软件EGOS中已有的部件,如主动化义务零碎、数据归档东西、文件归档东西、监督引擎,接纳面向效劳的体系构造与义务控制零碎接口。

  EMS曾经作为欧空局空中站网络的计划和调理零碎乐成地运转,空中站主动分派目的曾经完成,但是,还需求和谐来确保各个义务可以重新更新方案。和谐零碎将进一步加强以后零碎的才能,希冀将来可以有更好的互操纵性和更高的主动化程度。

  5结 束 语

  航天空中软件零碎在航天义务中的作用越来越紧张,同时航天空中软件零碎的庞大性也越来越高,除了少量接纳面向效劳的体系构造、云盘算技能以外,外洋曾经开端接纳体系构造DoDAF办法来设计航天空中软件零碎。国际航天空中软件零碎开展状况和欧洲前几年的状况很类似,也是多个部分辨别开辟种种功用类似、互欠亨用的软件零碎,主动化水平还比拟低,对航天空中软件零碎的研讨不敷深化片面,缺乏一致的计划和办理。欧空局的做法可以为我们提供办理和技能方面的自创,特殊是现在国际正在接纳国产软硬件零碎来设计和完成新的航天空中软件零碎,欧空局接纳的一致的信息根底设备、面向效劳的数据零碎、航天数据模子、空中站主动控制等技能,可以为我们设计新一代航 天地 面软 件零碎 提供参考。

  参考文献(References)

  [1]PECCHIOLI M,CARRANZA J M.The main concepts of theEuropean ground systems-common core(EGS-CC)[EB/OL].[2014-09-12]

  [2]MERRI M.Future evolution of mission data systems[EB/OL].[2014-09-12]

  [3]MURATORE J.Space ground systems:let's have more fun![EB/OL].[2014-09-12]

  [4]PARSONS P,WALSH T.SOA4GDS:evaluating the suita-bility of emerging service-based technologies in ground datasystems[EB/OL].[2014-09-12].

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