Способ восстановления цифровой телеметрической информации

Способ восстановления цифровой телеметрической информации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области телеметрической информации (ТМИ) и может быть использовано в системах восстановления цифровой ТМИ (ЦТМИ) по результатам проведения летных испытаний различных объектов ракетно-космической техники (РКТ).

ЦТМИ, регистрируемая в процессе полета объекта РКТ, обладает большой значимостью для фактического подтверждения в том числе логики построения и правильности функционирования алгоритмов и программ его системы управления. Кроме того, при возникновении в процессе полета нештатной ситуации ЦТМИ служит одним из основных источников информации, позволяющих установить причину неисправности.

Зачастую зарегистрированная ЦТМИ является неполной или искаженной из-за ошибок в процессе приема-передачи, вызванных различного рода внешними помехами, связанными с электромагнитным излучением Солнца, прохождением объекта РКТ радиационных поясов Земли, изменением положения передающей антенны относительно Земли на характерных участках полета и т.д. Для обеспечения послеполетного восстановления максимально достоверной информации используется комплекс аппаратно-программных решений по введению определенной избыточности на каждом этапе работы с ЦТМИ.

Известен патент "Наземный мобильный измерительный комплекс" (RU 2188508 от 27.08.2002), заключающийся в расширении функциональных возможностей наземного мобильного измерительного комплекса за счет:

- возможности регистрации в полном объеме принятой в сеансах связи ТМИ;

- обеспечения предварительной обработки и формирования в реальном времени сокращенного потока ТМИ для принятия оперативных решений;

- отображения в реальном времени телеметрических параметров;

- возможности передачи в послеполетном режиме полных объемов принятой в сеансе информации потребителям по спутниковым каналам связи (при необходимости).

Недостатком данного способа является то, что происходит обработка только одного потока ТМИ, который может быть искажен в процессе приема-передачи.

Наиболее близким аналогом является патент "Устройство для определения достоверности цифровой информации" (SU 1674211 от 30.08.91), повышение точности работы которого осуществляется за счет обнаружения ошибок во всем непрерывно передаваемом потоке цифровой информации. Недостатком указанного устройства является то, что происходит только обнаружение ошибок без их последующего устранения.

Перечисленные недостатки устраняет предлагаемый способ восстановления ЦТМИ.

ЦТМИ, формируемая на борту объекта РКТ, может быть представлена как последовательность кадров вида

где n=1,…,N - текущий счетчик кадров ЦТМИ, характеризующийся увеличением своего численного значения на "1" при переходе от кадра к кадру;

N - суммарное количество кадров ЦТМИ, сформированных на борту объекта РКТ в течение полета;

X[n] - n-й кадр ЦТМИ, содержащий маркерную группу, характеризующую начало (конец) данного кадра, счетчик кадров "n", текущие результаты расчетов функциональных задач, служебную информацию, отражающую ход вычислительного процесса, обменную информацию между различными приборами и подсистемами и пр.

Регистрация ЦТМИ, переданной в эфир, происходит посредством ряда наземных измерительных пунктов (ИП), имеющих, как правило, частично перекрываемую зону видимости. Принятая посредством ИП информация может быть представлена как последовательность слов, среди которых требуется выделить кадры ЦТМИ:

где k=1,…,K - текущий номер ИП;

K - суммарное количество ИП, зарегистрировавших ЦТМИ объекта РКТ;

j=1,…,Jk - текущий номер слова ЦТМИ, зарегистрированного k-м ИП.

В процессе приема-передачи на сигнал действует, в общем случае, некая помеха, являющаяся индивидуальной для каждого k-го ИП и носящая случайный характер

где Tk - время действия помехи для k-го ИП.

Таким образом, техническая задача состоит в обеспечении возможности восстановления информации, максимально приближенной к исходной ЦТМИ X[n] (n=1,…,N), за счет обработки зарегистрированной рядом ИП избыточной информации Z[k,j](k=1,…,K, j=1,…,Jk) в условиях действия случайной помехи y[k,Tk].

Решение данной задачи осуществляется в четыре этапа.

На первом этапе из всей совокупности зарегистрированных по каждому ИП слов выделяется информация, соответствующая отдельным кадрам ЦТМИ. Выделение информации осуществляется путем поиска маркерных групп. В условиях возможных искажений ЦТМИ это может привести как к пропуску отдельных маркерных групп (в случае несовпадения их фактической кодировки относительно расчетной), так к выделению ложных маркерных групп (в случае случайного совпадения искаженной кодировки группы информационных слов с расчетной кодировкой маркерной группы).

После выделения маркерной группы осуществляется формирование оценочной функции W[k,n], характеризующей совпадение фактических кодировок определенных ключевых слов, следующих за (перед) маркерной группой, с соответствующими расчетными кодировками эталонного кадра ЦТМИ:

Для оценки качества выделения кадра ЦТМИ вводится граничное значение оценочной функции W⁺, характеризующее возможность его дальнейшей обработки:

На втором этапе происходит работа с выделенными кадрами ЦТМИ, для которых выполняется условие:

Среди них осуществляется поиск так называемых "связанных" кадров ЦТМИ, характеризующихся фиксированным расстоянием L между соседними маркерными группами и монотонно увеличивающимся счетчиком кадров "n". При этом количество таких подряд идущих кадров ЦТМИ должно быть не меньше заданного.

Далее для выделенных кадров ЦТМИ, которые не попали в "связанные" группы, осуществляется проверка на монотонность счетчик кадров "n". В случае несовпадения фактического значения "n" с расчетным происходит коррекция выделенного значения счетчика кадров "n" с одновременным пересчетом соответствующей оценочной функции W[k,n] (4) в сторону ее уменьшения. После этого выделенный кадр также считается связанным.

На третьем этапе осуществляется идентификация кадров ЦТМИ, расположенных между связанными кадрами ЦТМИ. Критерием для их обнаружения служит фиксированное расстояние L между соседними маркерными группами. Для дополнительно идентифицированных кадров ЦТМИ также производится расчет оценочной функции W[k,n] (4). При выполнении неравенства (6) кадры ЦТМИ берутся в дальнейшую обработку.

На четвертом этапе осуществляется формирование единого потока информации (ЕПИ) на основании сводной таблицы по всем выделенным кадрам ЦТМИ всех ИП. В ЕПИ помещается результат побайтного объединения содержимого кадров ЦТМИ, характеризующихся одним и тем же счетчиком кадров "n", на основе мажоритации с весовыми коэффициентами. В качестве весовых коэффициентов выступают значения оценочных функций W[k,n] (4) соответствующих ИП.

Данные, имеющиеся только по одному из всех ИП, а также байты, восстановленные с разных ИП, имеющие отличные друг от друга значения при равных значениях оценочной функции, помечаются особым образом для последующего детального анализа с задействованием ряда дополнительных индивидуальных критериев, определяемых физическим смыслом анализируемого параметра, возможным диапазоном его изменения, критерием гладкости и пр.

В случае, если для счетчика кадров "n" не было выделено ни одного кадра ЦТМИ ни с одного ИП, то соответствующий кадр в ЕПИ, за исключением счетчика кадров "n", заполняется нулевой информацией и помечается особым образом для последующего детального анализа причин его отсутствия.

Предложенный способ может быть реализован в соответствии с фигурой 1.

СТИ (1) передает на Землю ЦТМИ, регистрирующуюся посредством ряда ИП (2). Зарегистрированная на ИП информация подвергается последовательной обработке для формирования ЕПИ (43).

На первом этапе (10) из зарегистрированной на каждом ИП (2) информации Z[k,j] выделяются отдельные кадры ЦТМИ (11). При этом для каждого выделенного кадра ЦТМИ (11) формируется оценочная функция, которая вычисляется на основе поиска ключевых слов в выделенном кадре ЦТМИ (12). В дальнейшую обработку поступают выделенные кадры ЦТМИ (11), для которых сформированная оценочная функция W[k,n] (13) превышает пороговое значение W⁺.

На втором этапе (20) происходит поиск связанных кадров ЦТМИ (21) на основе принципа монотонности: заключающегося в фиксированном расстоянии между соседними маркерными группами L и монотонно увеличивающимся счетчиком кадров в выделенных кадрах ЦТМИ (11). Для несвязанных кадров ЦТМИ происходит проверка и восстановление искаженных счетчиков кадров ЦТМИ (22) на основе расстояния между ближайшими маркерными группами связанных кадров ЦТМИ (21). При восстановлении искаженного счетчика кадров ЦТМИ (22) происходит коррекция оценочной функции кадра W[k,n] (23) в сторону уменьшения.

На третьем этапе (30) происходит поиск и идентификация пропущенных кадров ЦТМИ (31) для счетчиков кадров ЦТМИ, для которых ранее не был найден связанный кадр ЦТМИ (21). Для пропущенных кадров ЦТМИ (31) принудительно назначается значение счетчиков кадров ЦТМИ (32) и пересчитывается оценочная функция W[k,n] (33).

На четвертом этапе (40) происходит формирование сводной таблицы кадров ЦТМИ (41), полученных со всех ИП (2), и мажоритация данных с весовыми коэффициентами (42). В качестве весовых коэффициентов выступает оценочная функция. По результатам мажоритации с весовыми коэффициентами (42) формируется ЕПИ (43).

1. Способ восстановления цифровой телеметрической информации, характеризующийся тем, что зарегистрированную каждым измерительным пунктом цифровую информацию в условиях действия помех приема-передачи подвергают последовательной обработке, заключающейся в нахождении отдельных цифровых телеметрических кадров на основе поиска ключевых слов с выделением номера счетчика кадров и формированием оценочной функции, поиске среди них связанных кадров, характеризующихся фиксированным расстоянием между однотипными ключевыми словами и монотонно увеличивающимся номером счетчика кадров, дальнейшей идентификации пропущенных кадров, которые не вошли в состав связанных кадров, с одновременным восстановлением искаженного номера счетчика кадров и пересчетом соответствующей оценочной функции, формировании сводной таблицы кадров по всем измерительным пунктам и последующем объединении в единый поток информации на основе побайтной мажоритации, где в качестве весовых коэффициентов выступают значения оценочных функций.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оценочную функцию для каждого слова цифрового телеметрического кадра вычисляют индивидуально и она может варьироваться от слова к слову в рамках одного кадра.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при восстановлении цифровой телеметрической информации используют побитовую мажоритацию слов, зафиксированных различными измерительными пунктами.