本發(fā)明屬于航天技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種航天試驗(yàn)裝備無線測(cè)控系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著控制系統(tǒng)大型化、分散化和智能化的發(fā)展趨勢(shì)與要求，無線通信技術(shù)在控制領(lǐng)域開始得到越來越多的應(yīng)用。但無線信道是一種復(fù)雜的時(shí)變信道，其不確定性大且易受干擾，難以保證數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間的確定性，這大大阻礙了無線通信在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用。本發(fā)明以某型航天飛行器地面試驗(yàn)裝備為背景，實(shí)現(xiàn)地面控制中心與兩航天飛行器的實(shí)時(shí)通信與指令傳輸?shù)裙δ?。由于兩飛行器移動(dòng)范圍較大且距離控制中心較遠(yuǎn)，現(xiàn)場(chǎng)布線困難，同時(shí)為消除干擾力矩，必須采用無線方式建立通信連接。兩飛行器之間的運(yùn)動(dòng)耦合度極高，且與地面控制中心聯(lián)系緊密，因此必須保證無線數(shù)據(jù)通信具有高實(shí)時(shí)性和高可靠性等特點(diǎn)才能確保系統(tǒng)控制周期的穩(wěn)定。

目前，國內(nèi)外主要采用的無線實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是基于無線通信的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其帶寬很低，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)大批量的實(shí)時(shí)傳輸。而基于實(shí)時(shí)無線mesh網(wǎng)絡(luò)所搭建的測(cè)控系統(tǒng)雖然具有可靠性高、結(jié)構(gòu)靈活等優(yōu)點(diǎn)，但其主要面向?qū)ο筮€是實(shí)現(xiàn)過程變量的無線傳輸。此外，現(xiàn)有的無線局域網(wǎng)實(shí)時(shí)介質(zhì)訪問控制協(xié)議都沒有考慮接入點(diǎn)的功能，其本質(zhì)上屬于競(jìng)爭(zhēng)網(wǎng)絡(luò)，難以保證數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間的確定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本發(fā)明針對(duì)某型航天飛行器地面試驗(yàn)裝備無線測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性要求，提供了一種航天試驗(yàn)裝備無線測(cè)控系統(tǒng)和方法，本發(fā)明為基于封閉專有網(wǎng)絡(luò)的全實(shí)時(shí)系統(tǒng)無線測(cè)控方法，使系統(tǒng)具有高帶寬能力，在保證數(shù)據(jù)傳輸無競(jìng)爭(zhēng)的前提下實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)的無線實(shí)時(shí)通信，提高了系統(tǒng)無線通信的抗干擾性和可靠性，保證通信時(shí)間的確定性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種航天試驗(yàn)裝備無線測(cè)控系統(tǒng)，包括中央主控計(jì)算機(jī)、地面控制中心、主動(dòng)飛行模擬器控制系統(tǒng)、被動(dòng)飛行模擬控制系統(tǒng)；所述地面控制中心通過網(wǎng)絡(luò)與中央主控計(jì)算機(jī)通信，與主動(dòng)飛行模擬器控制系統(tǒng)、被動(dòng)飛行模擬 控制系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)單元和/或客戶端單元進(jìn)行無線通信；

所述地面控制中心接收主動(dòng)飛行模擬器控制系統(tǒng)、被動(dòng)飛行模擬控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，對(duì)飛行器位姿進(jìn)行實(shí)時(shí)解算并發(fā)送控制指令至飛行模擬器；

所述主動(dòng)飛行模擬器控制系統(tǒng)和被動(dòng)飛行模擬控制器均為VxWorks系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制器，分別用于控制主動(dòng)飛行模擬器和被動(dòng)飛行模擬器完成位置及姿態(tài)數(shù)據(jù)采集。

所述無線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)單元和客戶端單元可配置為雙頻段冗余傳輸模式。

一種航天試驗(yàn)裝備無線測(cè)控方法，包括以下步驟：

主動(dòng)飛行模擬器控制系統(tǒng)、被動(dòng)飛行模擬控制系統(tǒng)分別采集主動(dòng)飛行模擬器和被動(dòng)飛行模擬器的反饋信息；

若反饋信息為周期性實(shí)時(shí)信號(hào)，則對(duì)其進(jìn)行封裝；若反饋信息為突發(fā)性實(shí)時(shí)信號(hào)，則不封裝；將反饋信息通過無線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)單元或客戶端單元傳送至地面控制中心；

地面控制中心接收反饋信息得到所需數(shù)據(jù)：若反饋信息為周期性實(shí)時(shí)信號(hào)，則對(duì)其進(jìn)行解析分類；若反饋信息為突發(fā)性實(shí)時(shí)信號(hào)，則不做處理；并發(fā)送控制命令至主動(dòng)飛行模擬器和被動(dòng)飛行模擬器。

所述周期性實(shí)時(shí)信號(hào)包括飛行模擬器的位置、姿態(tài)數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)控制指令。

所述突發(fā)性實(shí)時(shí)信號(hào)為開關(guān)量信號(hào)。

所述進(jìn)行封裝具體為：將周期性實(shí)時(shí)信號(hào)的數(shù)據(jù)大小、數(shù)據(jù)分類，數(shù)據(jù)內(nèi)容依次裝入數(shù)據(jù)幀；數(shù)據(jù)大小為4字節(jié)，數(shù)據(jù)分類為2字節(jié)；所述數(shù)據(jù)內(nèi)容包含數(shù)據(jù)分類號(hào)碼。

所述進(jìn)行解析分類具體為：提取周期性實(shí)時(shí)信號(hào)數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)分類，并選取所需數(shù)據(jù)分類以及含有該數(shù)據(jù)分類號(hào)碼的所有數(shù)據(jù)內(nèi)容存入緩存。

所述主動(dòng)飛行模擬器控制系統(tǒng)和被動(dòng)飛行模擬控制系統(tǒng)均包含命令解析器；所述命令解析器收發(fā)周期性實(shí)時(shí)信號(hào)時(shí)，首先查找數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)分類信息，將其中的數(shù)據(jù)分類號(hào)碼與預(yù)設(shè)的優(yōu)先級(jí)別劃分表對(duì)比，依次查找優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)進(jìn)行處理和響應(yīng)

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果為：

1.本發(fā)明成功實(shí)現(xiàn)了基于實(shí)時(shí)無線測(cè)控機(jī)制的航天器地面試驗(yàn)裝備，解決了現(xiàn)場(chǎng)布線困難的問題，并消除了通信線纜對(duì)航天模擬器的干擾力矩，提高了航天飛行器全物理仿真的精度，為評(píng)估航天器的工作性能及其改進(jìn)和定型提供更加精確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)奠定了基礎(chǔ)。

2.本發(fā)明搭建的封閉專有網(wǎng)絡(luò)的全實(shí)時(shí)系統(tǒng)，可確保數(shù)據(jù)傳輸不受網(wǎng)絡(luò)流量等其他因素影響，同時(shí)又具有時(shí)間確定性，寫入該網(wǎng)絡(luò)的變量在特定時(shí)間內(nèi)都可被該網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所用。

3.本發(fā)明的自定義通訊協(xié)議解決了TCP協(xié)議擁塞機(jī)制對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懀诿罱馕龊托畔⑻崛?，可有效阻止協(xié)議傳送多余的數(shù)據(jù)信息，提高了無線測(cè)控傳輸?shù)撵`活性。同時(shí)數(shù)據(jù)封裝和解析方法是統(tǒng)一的，可提高軟件的通用性。針對(duì)不同的傳輸信道只需開發(fā)相應(yīng)接口即可，減小軟件開發(fā)的難度和工作量。

4.本發(fā)明利用無線AP和Client具有的PCF(點(diǎn)協(xié)調(diào)功能)和QOS(網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量)功能，有效的解決了本系統(tǒng)的兩個(gè)站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)，AP的無線信道會(huì)呈現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)從而產(chǎn)生傳輸沖突的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的航天地面試驗(yàn)裝備控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中自定義通訊協(xié)議的數(shù)據(jù)包格式；

圖3為本發(fā)明的軟件總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中地面控制中心工作流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。

一種航天試驗(yàn)裝備無線測(cè)控方法，包括中央主控計(jì)算機(jī)、地面控制中心、主動(dòng)飛行模擬器控制系統(tǒng)、被動(dòng)飛行模擬控制系統(tǒng)、圖形工作站；

其中地面控制中心，主動(dòng)飛行模擬器控制系統(tǒng)和被動(dòng)飛行模擬控制系統(tǒng)均配備無線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)單元(AP)和客戶端單元(Client)等設(shè)備。

本發(fā)明立足于實(shí)際，將地面控制中心和主被動(dòng)飛行模擬器控制系統(tǒng)組建為一種基于封閉專有網(wǎng)絡(luò)的全實(shí)時(shí)系統(tǒng)，通過配備無線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)單元(AP)和客戶端單元(Client)實(shí)現(xiàn)地面控制中心和主被動(dòng)飛行模擬器控制系統(tǒng)之間的無線數(shù)據(jù)通信。其中無線AP和無線Client需具有PCF和QOS功能，并可配置為雙頻段冗余傳輸模式。

同時(shí)，通過詳細(xì)分析系統(tǒng)傳輸信號(hào)和自定義無線通訊協(xié)議，并在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和軟/硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)等諸多方面加入實(shí)時(shí)性考慮提高無線通信的可靠性與實(shí)時(shí)性，確保數(shù)據(jù)高效且平穩(wěn)的傳輸，實(shí)現(xiàn)地面控制中心與主被動(dòng)飛行模擬器控制系統(tǒng)的無線實(shí)時(shí)測(cè)控。

所述地面控制中心為系統(tǒng)的控制核心，采用PXI實(shí)時(shí)系統(tǒng)，具有 雙以太網(wǎng)設(shè)備，其接收主被動(dòng)飛行模擬控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，并對(duì)飛行器位姿進(jìn)行實(shí)時(shí)解算，進(jìn)而為飛行模擬器發(fā)送下一步控制指令。地面控制中心與主被動(dòng)飛行模擬控制器均通過無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和指令傳輸。

所述地面控制中心還向中央主控計(jì)算機(jī)傳送監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并為圖形工作站提供運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)飛行器的運(yùn)動(dòng)在線回放等功能。

所述主被動(dòng)飛行模擬控制器為VxWorks系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制器，分別控制主動(dòng)飛行模擬器和被動(dòng)飛行模擬器完成空間范圍內(nèi)六自由度運(yùn)動(dòng)及位姿數(shù)據(jù)采集。

所述封閉專有網(wǎng)絡(luò)的全實(shí)時(shí)系統(tǒng)為全部由實(shí)時(shí)系統(tǒng)組建而成的確定性閉合通信網(wǎng)絡(luò)，可確保數(shù)據(jù)傳輸不受網(wǎng)絡(luò)流量等其他因素影響，同時(shí)又具有時(shí)間確定性，這意味著寫入該網(wǎng)絡(luò)的變量在特定時(shí)間內(nèi)都可被該網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所用。

如圖1所示為某航天飛行器地面試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖，整個(gè)系統(tǒng)包括中央主控單元、地面控制中心、主動(dòng)飛行模擬器控制系統(tǒng)、被動(dòng)飛行模擬控制系統(tǒng)、圖形工作站及無線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)(AP)和客戶端(Client)等設(shè)備。其中，由CompactRIO實(shí)時(shí)控制器(CRIO)分別構(gòu)建兩個(gè)航天飛行模擬器的控制系統(tǒng)，同時(shí)借助于PXI實(shí)時(shí)系統(tǒng)構(gòu)成的遠(yuǎn)端地面控制中心，兩飛行器可實(shí)現(xiàn)空間范圍內(nèi)六自由度運(yùn)動(dòng)。地面控制中心為系統(tǒng)的控制核心，其接收CRIO發(fā)送的數(shù)據(jù)信息對(duì)飛行器位姿進(jìn)行實(shí)時(shí)解算，并為CRIO發(fā)送下一步控制指令，兩者之間均通過無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。同時(shí)PXI還向中央主控單元傳送監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并為圖形工作站提供運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)飛行器的運(yùn)動(dòng)在線回放等功能。

相對(duì)于兩端實(shí)時(shí)控制器，無線傳輸速度要慢的多，這時(shí)制約系統(tǒng)傳輸速率的瓶頸則主要是無線傳輸部分。另外當(dāng)本系統(tǒng)的兩個(gè)站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)，AP的無線信道會(huì)呈現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)從而產(chǎn)生傳輸沖突，這對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性有著很大影響。

圖1中實(shí)線表示有線網(wǎng)絡(luò)通信，虛線部分表示無線網(wǎng)絡(luò)連接。從圖中可以看出地面控制中心為控制系統(tǒng)核心，其配置兩臺(tái)以太網(wǎng)設(shè)備。其主以太網(wǎng)設(shè)備經(jīng)由交換機(jī)連接至公共以太網(wǎng)，完成與上位機(jī)和圖形工作站的通信，這主要是因?yàn)樯衔粰C(jī)運(yùn)行的Windows操作系統(tǒng)無法保證時(shí)間確定性，因此并沒使用它參與下位機(jī)的實(shí)時(shí)控制，而只作為主機(jī)端，實(shí)現(xiàn)程序調(diào)試和監(jiān)控等功能。

另一個(gè)以太網(wǎng)設(shè)備將PXI(PCI extensions for Instrumentation)和兩個(gè)CRIO連接成一個(gè)閉合的專有網(wǎng)絡(luò)，PXI和 CRIO均運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)控制程序，它是一個(gè)全部由實(shí)時(shí)系統(tǒng)組建而成的確定性通信網(wǎng)絡(luò)，可確保數(shù)據(jù)傳輸不受網(wǎng)絡(luò)流量等其他因素影響，同時(shí)又具有時(shí)間確定性，這意味著寫入該網(wǎng)絡(luò)的變量在特定時(shí)間內(nèi)都可被該網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所用。

工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)一般分為三類：突發(fā)性實(shí)時(shí)信號(hào)、周期性實(shí)時(shí)信號(hào)和非實(shí)時(shí)信號(hào)，優(yōu)先級(jí)依次降低。本系統(tǒng)要求較高，要求數(shù)據(jù)全部實(shí)時(shí)傳輸。表1為系統(tǒng)的傳輸數(shù)據(jù)類型，由于突發(fā)性和周期性兩種實(shí)時(shí)信號(hào)對(duì)傳輸特性的要求不盡相同，因此需要設(shè)計(jì)兩種不同的方式分別實(shí)現(xiàn)兩者的傳輸。

表1

突發(fā)性實(shí)時(shí)信號(hào)要求指令能夠準(zhǔn)確傳達(dá)至對(duì)方并快速響應(yīng)，但其傳輸數(shù)據(jù)量小且發(fā)送間隔時(shí)間長。共享變量具有讀寫速度快、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，但為減少CPU占用率，共享變量不宜過多使用，這非常適合傳輸操作不頻繁的開關(guān)量。針對(duì)這些特點(diǎn)采用共享變量技術(shù)傳輸急停和剎車等突發(fā)性信號(hào)。本實(shí)施例的采樣周期為2ms，在每個(gè)采樣周期內(nèi)，兩個(gè)CRIO都要向PXI傳送多達(dá)500字節(jié)的飛行器運(yùn)動(dòng)信息，隨后PXI對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)解算處理為每個(gè)CRIO發(fā)送20字節(jié)的運(yùn)動(dòng)周期控制指令。由此可見周期性實(shí)時(shí)信號(hào)的傳輸數(shù)據(jù)量大且發(fā)送周期間隔短，采用基于TCP協(xié)議的傳輸方式實(shí)現(xiàn)其信號(hào)傳輸。

由于TCP協(xié)議具有擁塞控制機(jī)制，在帶寬不足時(shí)會(huì)自動(dòng)降低傳輸速率，而標(biāo)準(zhǔn)TCP協(xié)議無法保證帶寬占用的最小化，這對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸有很大的影響，同時(shí)其無內(nèi)置方法識(shí)別數(shù)據(jù)，不利于命令解析和信息提取。本文通過創(chuàng)建自定義通訊協(xié)議對(duì)標(biāo)準(zhǔn)TCP通訊進(jìn)行修改和簡化，在協(xié)議層中引入關(guān)鍵字來傳送信息，并通過緩沖機(jī)制和確認(rèn)字符(ACK)等方法來保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。

如圖2所示，自定義的數(shù)據(jù)包格式使用關(guān)鍵字來索引數(shù)據(jù)的屬性和分類等信息，告知接收方發(fā)送數(shù)據(jù)內(nèi)容的組成和含義。是配置參數(shù)還是握手信息或測(cè)量數(shù)據(jù)等。當(dāng)首次建立聯(lián)系時(shí)，客戶端和服務(wù)器先通過交換關(guān)鍵字來執(zhí)行協(xié)議，使每條信息只包含6個(gè)字節(jié)，這樣就可以阻止協(xié)議傳送多余的數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)幀格式依次為：數(shù)據(jù)大小、關(guān)鍵字信息和數(shù)據(jù)內(nèi)容。其中，數(shù)據(jù)大小占用4字節(jié)，表征數(shù)據(jù)分類信 息的關(guān)鍵字占用2字節(jié)。數(shù)據(jù)內(nèi)容包括多組數(shù)據(jù)信息，每組數(shù)據(jù)信息包含該組信息的數(shù)據(jù)分類號(hào)碼，用于命令解析和數(shù)據(jù)提取，并表征著該組信息的優(yōu)先級(jí)。

標(biāo)準(zhǔn)的TCP協(xié)議當(dāng)中，TCP/IP堆棧都采用Nagle算法，而Nagle算法在數(shù)據(jù)傳輸過程中會(huì)自動(dòng)將即將出棧的多個(gè)小數(shù)據(jù)包合并為一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)包傳送，以達(dá)到節(jié)省帶寬的目的。這在連續(xù)使用TCP傳輸數(shù)據(jù)時(shí)將減緩系統(tǒng)的傳輸速率，降低系統(tǒng)的數(shù)據(jù)讀寫能力。解決方法就是將數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)大小合成一個(gè)包發(fā)送，而不是使用兩個(gè)數(shù)據(jù)包。

針對(duì)無線傳輸過程中存在的諸多干擾和不確定性，以及本系統(tǒng)存在多從站數(shù)據(jù)傳輸之間的競(jìng)爭(zhēng)等問題，在選用無線AP和Client時(shí)考慮多項(xiàng)實(shí)時(shí)性功能，用以實(shí)現(xiàn)高實(shí)時(shí)性、高可靠性的通信模式，主要包括：

①點(diǎn)協(xié)調(diào)功能(PCF)

當(dāng)使用兩個(gè)及兩個(gè)以上站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)出現(xiàn)的無線信道競(jìng)爭(zhēng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性有很大影響，PCF可使無線AP獲得信道控制權(quán)，使數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)入無競(jìng)爭(zhēng)期，雙方采用輪詢方式共享信道，使被輪詢的站點(diǎn)不必競(jìng)爭(zhēng)信道就可傳送數(shù)據(jù)。

②網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量(QOS)

QOS是提高網(wǎng)絡(luò)性能的一種保障機(jī)制，它可通過給數(shù)據(jù)幀表明優(yōu)先級(jí)從而區(qū)分實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和普通數(shù)據(jù)，在不增加帶寬的情況下使實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及時(shí)得到服務(wù)，降低實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的響應(yīng)時(shí)間。提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃耘c實(shí)時(shí)性。

③雙頻段無線冗余

工業(yè)環(huán)境中的電磁干擾和射頻干擾等信號(hào)通常會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)在特定頻率的傳輸過程中產(chǎn)生信號(hào)錯(cuò)誤或數(shù)據(jù)丟失。將無線AP和無線Client設(shè)定為冗余模式，使其同時(shí)在2.4GHz/5GHz雙頻段上傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在不同頻段上傳輸可防止干擾信號(hào)對(duì)其產(chǎn)生影響，實(shí)現(xiàn)高度可靠的點(diǎn)到點(diǎn)操作。

如圖3所示，針對(duì)系統(tǒng)的多任務(wù)處理要求，采用基于命令觸發(fā)的多線程并行處理機(jī)制設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，將地面控制中心作為TCP的Client端，通過數(shù)據(jù)接收器將采集數(shù)據(jù)進(jìn)行控制解算，為飛行模擬器控制系統(tǒng)發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令。飛行模擬器控制系統(tǒng)作為Server端，通過命令解析器實(shí)現(xiàn)控制指令解析和任務(wù)級(jí)別劃分，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)進(jìn)程的并行處理。

其中，任務(wù)管理/數(shù)據(jù)解算/控制命令模塊負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)兩飛行器的運(yùn)動(dòng)控制，其將接收到的主被動(dòng)飛行模擬控制器發(fā)送的兩飛行器位姿數(shù) 據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)解算，并為飛行模擬器發(fā)送下一步運(yùn)動(dòng)控制指令。

命令解析器/任務(wù)級(jí)別劃分模塊負(fù)責(zé)提取并解析地面控制中心發(fā)送的運(yùn)動(dòng)控制指令和指令響應(yīng)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)別劃分。對(duì)于突發(fā)性實(shí)時(shí)信號(hào)，命令解析器直接提取全部信息，并優(yōu)先響應(yīng)系統(tǒng)急停信號(hào)。對(duì)于周期性實(shí)時(shí)信號(hào)，命令解析器首先查找數(shù)據(jù)幀中的關(guān)鍵字信息，將其中的數(shù)據(jù)分類號(hào)碼與預(yù)設(shè)的優(yōu)先級(jí)別劃分表對(duì)比，確定每條指令響應(yīng)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)別；然后根據(jù)數(shù)據(jù)大小開辟RT緩存空間，選取所需數(shù)據(jù)分類以及含有該數(shù)據(jù)分類號(hào)碼的所有數(shù)據(jù)內(nèi)容存入緩存；最后依次查找優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)進(jìn)行處理。

同時(shí)，為提升軟件運(yùn)行效率和數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性，軟件從總體方案和具體函數(shù)設(shè)計(jì)上進(jìn)行優(yōu)化考慮：

(1)在總體方案設(shè)計(jì)上，程序在開始發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前完成所有的硬件參數(shù)配置及控制變量復(fù)位等操作；

(2)盡量簡化目標(biāo)機(jī)上的代碼，使其CPU占用率和內(nèi)存使用率等指標(biāo)降到最低；

(3)運(yùn)行在PXI和CRIO上的程序存在多個(gè)線程并行完成多項(xiàng)任務(wù)，在主程序之前創(chuàng)建FIFO，采用RT緩沖技術(shù)進(jìn)行各線程間的數(shù)據(jù)交互，確保程序平穩(wěn)高效的運(yùn)行。

如圖4所示，所述地面控制中心是本系統(tǒng)的控制樞紐，飛行器的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)、上位機(jī)監(jiān)控及圖形工作站等信息均需要通過它進(jìn)行解算和中轉(zhuǎn)，同時(shí)還要完成系統(tǒng)的急停和剎車等功能。軟件經(jīng)上電初始化后，自動(dòng)完成與兩航天飛行模擬控制器的無線通信連接，等待試驗(yàn)開始指令。試驗(yàn)開始后，軟件優(yōu)先響應(yīng)急?；騽x車等停止信號(hào)，無停止信號(hào)時(shí)，完成飛行器位姿數(shù)據(jù)的接收和實(shí)時(shí)解算，進(jìn)而發(fā)送下一步控制指令。收到試驗(yàn)結(jié)束指令，先完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的本地保存，再退出程序。

本發(fā)明的工作原理為：

首先，構(gòu)建地面控制中心的PXI系統(tǒng)需具有配置千兆級(jí)雙以太網(wǎng)設(shè)備。其主以太網(wǎng)設(shè)備經(jīng)由交換機(jī)連接至公共以太網(wǎng)，完成與上位機(jī)和圖形工作站的通信；另一以太網(wǎng)設(shè)備將PXI和兩個(gè)CRIO連接成一個(gè)閉合的專有網(wǎng)絡(luò)借助于PXI和CRIO運(yùn)行的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)控制程序，組建一個(gè)全部由實(shí)時(shí)系統(tǒng)構(gòu)成并具有時(shí)間確定性的封閉專有網(wǎng)絡(luò)。

其次，針對(duì)無線傳輸過程中存在的諸多干擾和不確定性，以及本系統(tǒng)存在多從站數(shù)據(jù)傳輸之間的競(jìng)爭(zhēng)等問題，在選用無線AP和Client時(shí)考慮多項(xiàng)實(shí)時(shí)性功能，主要包括點(diǎn)協(xié)調(diào)功能(PCF)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量(QOS)及雙頻段無線冗余傳輸?shù)裙δ埽靡詫?shí)現(xiàn)高實(shí)時(shí)性、 高可靠性的通信模式。

再次，將系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)劃分為突發(fā)性和周期性兩種實(shí)時(shí)信號(hào)，針對(duì)兩者對(duì)傳輸特性的不同要求，設(shè)計(jì)了兩種不同的方式分別實(shí)現(xiàn)兩者的傳輸。突發(fā)性實(shí)時(shí)信號(hào)采用共享變量技術(shù)進(jìn)行傳輸。對(duì)于周期性實(shí)時(shí)信號(hào)，將標(biāo)準(zhǔn)的TCP協(xié)議進(jìn)行修改和二次封裝，使其具有實(shí)時(shí)性，并利于命令解析和信息提取，在協(xié)議層中引入關(guān)鍵字來傳送信息，并通過緩沖機(jī)制和確認(rèn)字符(ACK)等方法來保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。在程序底層的數(shù)據(jù)傳輸方式上將數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)大小合成一個(gè)包發(fā)送，抑制TCP/IP堆棧中所采用的Nagle算法對(duì)系統(tǒng)傳輸速率的影響。

最后，采用基于命令觸發(fā)的多線程并行處理機(jī)制設(shè)計(jì)軟件的總體結(jié)構(gòu)。主要包括：(1)程序在開始發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前完成所有的硬件參數(shù)配置及控制變量復(fù)位等操作；(2)盡量簡化目標(biāo)機(jī)上的代碼，使其CPU占用率和內(nèi)存使用率等指標(biāo)降到最低；(3)運(yùn)行在PXI和CRIO上的程序存在多個(gè)線程并行完成多項(xiàng)任務(wù)，在主程序之前創(chuàng)建FIFO，采用RT緩沖技術(shù)進(jìn)行各線程間的數(shù)據(jù)交互，確保程序平穩(wěn)高效的運(yùn)行。