基于可重构设计的测控站监控系统研究与实现

测控站监控系统是空间任务地面设施的重要组成部分，随着科学技术的飞速进步，对测控站的建设周期和测控设备的更新、改造频率提出了更高要求。为了满足这些需求，监控系统必须能够迅速响应地面测控设备的监视和控制需求，并具备高效的可扩展性。传统集中式监控系统在硬件和软件结构上都存在一定的局限性，为了克服这些问题，可重构监控系统的提出变得尤为重要。 集中式监控系统通常由工业控制计算机和多路数据采集接口卡组成，它们协同专用监控程序完成监控任务。然而，集中式监控系统在处理大量数据或高实时性数据时，容易导致计算机负荷超载，出现系统性能问题；并且由于其专用性和集中性，系统一旦建成，就很难根据需求进行扩展和改造。此外，复杂的布线和数据接口集中布置也增加了系统故障的风险。 为了解决集中式监控系统的缺陷，本研究提出了可重构监控系统的设计思想。可重构监控系统采用分布式智能数据接口单元（DIU），这些单元能够与多种物理数据接口的测控设备通信，并将数据统一传输至数据处理计算机。DIU的使用使系统能够灵活地适应不同的测控设备，具备了更好的可扩展性和灵活性。同时，监控系统的控制软件采用工业控制组态设计思想，将测控设备抽象化为控件，通过这些控件的排列组合，可以灵活配置成不同的信道控制链路。 可重构监控系统的实现基于硬件的分布化和软件上可配置控件的概念。硬件方面，多个DIU分散布局，每个DIU能够管理多路不同接口的测控设备，实现设备的就近连接或直接通过网络连接至数据处理计算机。软件方面，监控系统通过接口配置软件建立起配置数据库，实现对测控站硬件设备通信链路和通信协议的配置。图形制作软件被用于绘制系统显示图形和参数表格，以此来支持新增设备的快速集成。 智能数据接口单元（DIU）是可重构监控系统中的关键技术之一，它能够与串口、数字量接口、继电器接口的测控设备进行通信，并将数据通过网络接口发送给数据处理计算机，同时也负责将监控系统的控制指令发送给测控设备。这种设计大大提高了系统的可维护性和稳定性，而且便于未来进行系统升级和设备更换。 在可重构监控系统的具体实现中，DIU单元可以管理多达8路串口接口测控设备、8路数字量接口测控设备和4路继电器接口的开关设备。这种灵活性使得监控系统能够轻松应对不同型号和类型的测控设备，大大提高了监控系统的通用性和适应性。 通过可重构监控系统的研究与实现，不仅提高了测控站监控系统的效率，也显著增强了其对卫星业务测控任务的支持能力。新型的监控系统能够准确、高效地完成各项测控工作，对于提升对卫星的控制精度和延长卫星的使用寿命有着不可估量的贡献。此外，可重构监控系统的设计思想也为未来地面测控系统的持续发展提供了技术储备和可能。