航天系统地面站频谱仪远程控制和数据分析系统及方法与流程

本发明涉及航天系统地面站设备自动管控，具体地，涉及一种航天系统地面站频谱仪远程控制和数据分析系统及方法。

背景技术：

1、随着航天事业的发展与各类卫星星座工程的陆续启动，即将入轨的卫星数量与星座规模与现有卫星系统相比大幅提升，对于地面站管控设备资源、人力资源带来巨大的挑战，卫星在轨管理与运行控制的开销也十分巨大，地面站运行管控需不断提升自动化、智能化程度。在航天系统地面站，频谱仪发挥着举足轻重的作用，技术人员需要根据任务计划频繁操作多台频谱仪设备，同一台频谱仪设备也会分时分配给不同的任务使用，频谱仪设备频繁操作全靠人工，且大量的频谱数据仅靠人工观察与判读，效率低容易漏判，缺乏异常及时发现与报警机制，难以进行快速反应，经验不足人员难以精确监视分析频谱特性，其监测的充分性和可靠性均受到影响。

2、为提高地面站任务执行监控自动化、智能化水平，实现多卫星多通道下行频谱数据智能管控，需将原有地理位置分散的频谱仪进行集中管控，将各自独立的频谱资源和计划资源进行整合，设计一种方法及装置能自动按照任务计划自动执行频谱监视及频谱数据存储，对测控、数传、中继等下行频谱数字化采集、监视、分析，运用多种频谱数据分析和呈现方法，发现潜在异常和变化规律，并具备频谱超差实时报警功能有效提高卫星异常状态处理的实效，有效保障卫星在轨可靠运行。通过建立频谱数据实时监视记录模式与事后回放处理模式的双轨机制，为在轨卫星运行健康状态评估与故障诊断提供有力的参考依据。

3、专利号为cn202153238u，专利名称为《基于两次变频技术的数字化频谱仪》，该专利不同于常见的三次变频和模拟中频处理方式，采用二次变频的数字中频方法。与本发明不同的是，它主要为解决仪器电路复杂、体积大、成本高的硬件问题，对于设备软件控制和频谱数据资源利用并未涉及。

4、专利号为cn110726874b，专利名称为《基于远程频谱仪通信的d/a数据采集分析方法》，该专利提出了snr信噪比和sfdr无杂散动态范围的数据分析方法，用于在线对模拟信号量化测评，与本发明不同的是，采用matlab仿真编程环境，兼容性弱，需要特定嵌入式设备发送模拟射频信号。

5、专利号为cn108241091a，专利名称为《利用频谱仪进行2fsk信号峰值搜索的方法及频谱仪》，该专利提出了一种2fsk信号的快速峰值搜索方法，防止输入信号质量差时遗漏峰值点或增加虚假峰值点的情况。与本发明不同的是，该方法针对2fsk信息单独处理，无法适用更高阶调制体制信号的处理分析方法。

6、专利号为cn111007350a，专利名称为《一种多功能仪器控制自动测试系统及其方法》，该专利针对精密电子设备，设计了一套通用化的自动测试系统，避免连接顺序错误或上电顺序错误导致的产品损坏，节约成本和研制周期，与本发明不同的是，该专利适用于批量整机的射频指标对象为微波固态放大器。

7、专利号为cn108875239b，专利名称为《一种航天器射频电磁兼容性分析系统》，该专利解决了航天器射频兼容性分析覆盖率低的难题，克服商用软件无法自定义底层算法的缺点，与本发明不同的是，该方法通过电磁兼容性试验数据和三维电磁仿真数据的比对，提高测试数据的利用率和分析精度。

8、专利号为cn113438042b，专利名称为《一种实时电磁环境监测系统及方法》，该专利提出了一种针对频谱仪测量时间和不确定度的分析方法，弥补了积分导致瞬态信号丢失的缺陷，提高对微弱信号分辨力，与本发明不同的是，该方法用于射电天文观测的电磁环境监测，适用于大口径射电望远镜系统的电磁兼容设计和干扰检测等方面。

9、专利号为cn111413571a，专利名称为《一种可视化电磁场自动化测试系统及方法》，该专利解决电磁干扰测试emi测试领域产品整机测试难题，通过频谱数据采集分析及时发现和定位产品指标不合格的影响因素，与本发明不同的是，该方法仅针对pcb板级emi测量分析。

10、专利号为cn102928665a，专利名称为《一种中频数字化的频谱分析仪及其方法》，该专利提出了一种模数结合的中频数字化频谱仪，克服了模拟式仪器精度低，易受环境温湿度的缺点，也避免了数字频谱仪工作频率低、频带窄的弊端，与本发明不同的是，该方法主要针对频谱仪信号采集技术的优化升级，只具备iq分路数据输出检测，缺乏信号实时分析。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种航天系统地面站频谱仪远程控制和数据分析系统及方法。

2、根据本发明提供的航天系统地面站频谱仪远程控制和数据分析系统，包括：

3、测控任务计划管理模块：与航天器关联，进行用户输入计划与仪器工作计划转换，设置批量卫星监视参数，并监控计划运行；

4、仪器监控模块：对频谱仪进行远程数据采集分析，传递任务计划控制参数；

5、异常识别模块：地面站干扰信号检测凸点异常；

6、数据存储管理模块：进行实时存储和异常存储，实时存储实现多卫星频谱数据时域内高密度独立分区数字存储，同时实现全站频谱资源集中管控；异常针对异常识别数据进行频域数据存储；

7、多维可视化模块：对多频谱仪进行同时监视，同时针对单台仪器实现二维频谱、三维频谱、瀑布图和峰值功率同时显示；

8、卫星解调体制与宏参数管理模块：实现卫星、解调体制、宏参数三者之间的关联管理，根据用户默认配置文件读取卫星、解调体制与宏参数，根据任务需求调整宏参数，将宏参数修改记录存储到日志文件。

9、优选地，所述测控任务计划管理模块包括：

10、支持设定计划管理资源规模；

11、支持并发操作，同一时间段需要同时操作的频谱仪的最大台数为4台；

12、每有任务开始时管理启动频谱仪连接，开始频谱仪实时监视、检测、记录，任务结束时停止；

13、读取计划xml进行解析，针对任务时间信息进行校验；

14、针对校验后计划xml生成任务列表并显示，任务开始若无空闲的频谱仪监视界面，则进行初始化，否则选择空闲的监视界面并进行频谱仪操作；任务结束时，停止操作断开连接，并将监视界面置为闲置状态，并更新计划的执行情况；

15、用户根据卫星宏定义进行添加和删除，实现对仪器参数的图形化配置。

16、优选地，对仪器参数的图形化配置包括：

17、新增宏：可控仪器均在此页面进行新增并分配资源号，新增仪器将在各仪器管控模块中显示；

18、宏管理：对已配置仪器进行宏观管理，包括重新调整参数；

19、参数同步：将配置的参数将同步到xml的资源文件中；

20、宏配置：获取新增宏与卫星的映射关系，及对配置界面进行适应性修改，配置宏代号以及相应的仪器参数。

21、优选地，所述仪器监控模块包括：

22、航天器宏与仪器匹配：根据航天器宏代号、频谱仪ip、频谱仪设备类型选定受控设备，建立/断开连接；

23、参数控制：对中心频点、带宽、分辨率带宽、视频带宽、衰减、基准电平进行设置；

24、相位噪声测量：设置相位测量参数；

25、带宽功率测量：进行自定义带宽功率测量。

26、优选地，所述异常识别模块包括：

27、凸点检测：根据时序差分算法，进行实时频谱监测凸点异常，对异常频谱进行存储；

28、包络检测：通过在线计算控制上下限，进行包络实时监测；

29、频谱功率监视报警：根据预先设定界值，若实时频谱有超差，则进行文本报警和语音报警。

30、优选地，所述数据存储管理模块包括：

31、硬盘存储监控：存储空间小于指定空间时进行报警，存储空间小于指定空间时自动删除指定地址的数据文件，指定空间和指定文件夹支持自定义；

32、频谱回放：具备按时段回放频谱及对应时刻设置的功能、对回放时刻进行拖放，对回放进度进行快中慢设置；

33、记录/回放设置：将记录/回放设置为互斥事件，每次仅允许进行一种模式设置，回放切至记录模式不影响设备在上一次记录模式的状态；

34、全局数据记录：处于记录模式时，每隔0.5秒根据设备id对单台设置、测量设备采集的数据，按时标以统一结构体进行数据库存储，每两小时重新生成一份文件；

35、全局数据回放：处于回放模式时，用户根据数据库存储的全景文件进行批量化回放，回放文件列表支持按时段选取；也支持用户自定义文件位置的数字化频谱数据批量选择回放；

36、磁盘空间报警和删除阈值可配置。

37、优选地，所述多维可视化模块包括：

38、二维频谱显示：显示线标、峰值标识、最大保持、视频平均和自定义标识；

39、瀑布图显示：频谱瀑布图监视、自定义调色板、阈值设置、实时拖动回放、切片显示和多倍速回放；

40、三维频谱显示：动态实时显示三维频谱；

41、报告生成：点选后对当前频谱或相位测量图进行截图生成报告，报告中包含详细设值及特定频点标注。

42、优选地，所述卫星解调体制与宏参数管理模块包括：

43、宏配置读取：通过用户配置文件读取各解调体制中默认宏参数供卫星任务调用；

44、宏配置查看：在卫星宏界面查看所有卫星任务对应的解调体制及具体宏参数信息，按卫星代号、解调体制、参数值条件自定义筛选查看相关信息；

45、宏配置修改：根据需求对卫星频谱监视参数进行临时修改时，在卫星宏界面修改卫星宏参数，修改后卫星使用该临时宏；

46、宏配置删除：宏配置有卫星任务绑定时禁止删除，未绑定的宏配置在宏界面中允许删除。

47、根据本发明提供的航天系统地面站频谱仪远程控制和数据分析方法，包括：

48、测控任务计划管理步骤：与航天器关联，进行用户输入计划与仪器工作计划转换，设置批量卫星监视参数，并监控计划运行；

49、仪器监控步骤：对频谱仪进行远程数据采集分析，传递任务计划控制参数；

50、异常识别步骤：地面站干扰信号检测凸点异常；

51、数据存储管理步骤：进行实时存储和异常存储，实时存储实现多卫星频谱数据时域内高密度独立分区数字存储，同时实现全站频谱资源集中管控；异常针对异常识别数据进行频域数据存储；

52、多维可视化步骤：对多频谱仪进行同时监视，同时针对单台仪器实现二维频谱、三维频谱、瀑布图和峰值功率同时显示；

53、卫星解调体制与宏参数管理步骤：实现卫星、解调体制、宏参数三者之间的关联管理，根据用户默认配置文件读取卫星、解调体制与宏参数，根据任务需求调整宏参数，将宏参数修改记录存储到日志文件。

54、优选地，所述测控任务计划管理步骤包括：

55、支持设定计划管理资源规模；

56、支持并发操作，同一时间段需要同时操作的频谱仪的最大台数为4台；

57、每有任务开始时管理启动频谱仪连接，开始频谱仪实时监视、检测、记录，任务结束时停止；

58、读取计划xml进行解析，针对任务时间信息进行校验；

59、针对校验后计划xml生成任务列表并显示，任务开始若无空闲的频谱仪监视界面，则进行初始化，否则选择空闲的监视界面并进行频谱仪操作；任务结束时，停止操作断开连接，并将监视界面置为闲置状态，并更新计划的执行情况；

60、用户根据卫星宏定义进行添加和删除，实现对仪器参数的图形化配置；

61、对仪器参数的图形化配置包括：

62、新增宏：可控仪器均在此页面进行新增并分配资源号，新增仪器将在各仪器管控步骤中显示；

63、宏管理：对已配置仪器进行宏观管理，包括重新调整参数；

64、参数同步：将配置的参数将同步到xml的资源文件中；

65、宏配置：获取新增宏与卫星的映射关系，及对配置界面进行适应性修改，配置宏代号以及相应的仪器参数；

66、所述仪器监控步骤包括：

67、航天器宏与仪器匹配：根据航天器宏代号、频谱仪ip、频谱仪设备类型选定受控设备，建立/断开连接；

68、参数控制：对中心频点、带宽、分辨率带宽、视频带宽、衰减、基准电平进行设置；

69、相位噪声测量：设置相位测量参数；

70、带宽功率测量：进行自定义带宽功率测量；

71、所述异常识别步骤包括：

72、凸点检测：根据时序差分算法，进行实时频谱监测凸点异常，对异常频谱进行存储；

73、包络检测：通过在线计算控制上下限，进行包络实时监测；

74、频谱功率监视报警：根据预先设定界值，若实时频谱有超差，则进行文本报警和语音报警；

75、所述数据存储管理步骤包括：

76、硬盘存储监控：存储空间小于指定空间时进行报警，存储空间小于指定空间时自动删除指定地址的数据文件，指定空间和指定文件夹支持自定义；

77、频谱回放：具备按时段回放频谱及对应时刻设置的功能、对回放时刻进行拖放，对回放进度进行快中慢设置；

78、记录/回放设置：将记录/回放设置为互斥事件，每次仅允许进行一种模式设置，回放切至记录模式不影响设备在上一次记录模式的状态；

79、全局数据记录：处于记录模式时，每隔0.5秒根据设备id对单台设置、测量设备采集的数据，按时标以统一结构体进行数据库存储，每两小时重新生成一份文件；

80、全局数据回放：处于回放模式时，用户根据数据库存储的全景文件进行批量化回放，回放文件列表支持按时段选取；也支持用户自定义文件位置的数字化频谱数据批量选择回放；

81、磁盘空间报警和删除阈值可配置；

82、所述多维可视化步骤包括：

83、二维频谱显示：显示线标、峰值标识、最大保持、视频平均和自定义标识；

84、瀑布图显示：频谱瀑布图监视、自定义调色板、阈值设置、实时拖动回放、切片显示和多倍速回放；

85、三维频谱显示：动态实时显示三维频谱；

86、报告生成：点选后对当前频谱或相位测量图进行截图生成报告，报告中包含详细设值及特定频点标注；

87、所述卫星解调体制与宏参数管理步骤包括：

88、宏配置读取：通过用户配置文件读取各解调体制中默认宏参数供卫星任务调用；

89、宏配置查看：在卫星宏界面查看所有卫星任务对应的解调体制及具体宏参数信息，按卫星代号、解调体制、参数值条件自定义筛选查看相关信息；

90、宏配置修改：根据需求对卫星频谱监视参数进行临时修改时，在卫星宏界面修改卫星宏参数，修改后卫星使用该临时宏；

91、宏配置删除：宏配置有卫星任务绑定时禁止删除，未绑定的宏配置在宏界面中允许删除。

92、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

93、(1)设备监视自动化：不必根据地面站任务计划人工监视接收频谱数据异常，通过任务计划自动化执行监视及异常识别，提高地面站业务执行效率；

94、(2)设备控制自动化：不必根据地面站任务计划中航天器对应的解调参数，手动控制频谱仪设备设置对应的解调参数，通过卫星宏管理和解调宏管理自动化控制设备参数，提高地面站站控系统效能；

95、(3)设备资源集中化：不必根据地面站任务计划手动设置频谱参数或人工监视异常，通过任务计划自动化执行监视及数据存储，积累单颗卫星在轨全生命周期有效频谱资源，为航天器在轨维护管理、健康监测提供参考，从而提高地面站业务执行效率和系统效能；

96、(4)频谱数据资源集中化：原有的频谱数据只能本控设备手动单帧存储，本发明实现地理位置分散的频谱仪设备数据集中分类存储，积累卫星在轨全生命周期有效频谱资源，可用于后期数据挖掘分析、航天器健康监测等方面。