一种偏馈波束合成解调处理方法、装置及软件设计方法

技术领域

本发明涉及偏馈多波束下的测控系统，尤其是涉及一种偏馈波束合成解调处理方法、装置及软件设计方法。

背景技术

传统的测控天线通常只有一个接收天线，用以跟踪、接收目标下发的遥测数据。传统的一个天线无法适应超高速的目标的遥测功能。为提高目标的捕获概率，在主馈天线周围增加许多的偏馈天线用以辅助发现目标，实现目标信号的早期快速检测、跟踪和解调。偏馈波束合成解调体制给传统的测控系统，尤其是传统测控软件的设计与开发带来一些问题：

（1）由于增加了大量偏馈波束通道的数据，因此软件对于数据处理能力要求具有高效性；

（2）由于大量偏馈天线接收信号过程中会带来一些错误信息，因此对于数据处理要求具有准确性；

（3）由于偏馈天线的数量、体制等因素，因此处理软件需要具有良好的适应性。

传统测控软件设计方法都是采用基于数据驱动的方式进行设计，面向数据驱动的设计思路通常以界面为导向，采用分层结构的架构减少数据与业务之间的耦合程度。但是，该方式在软件对于数据处理量增加、业务功能增加或改变等场景下，需要重新从顶层进行设计。而当前基于面向业务的微服务软件架构通常带来系统复杂、维护困难等问题，并不适用于测控软件的开发场景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种偏馈波束合成解调处理方法、装置及软件设计方法，其能够实现对偏馈波束的可靠控制，掌握偏馈天线接收与处理的数据。此外，本发明采用新型的增量开发软件设计过程，在原有分层结构的测控软件基础上，采用面向新增业务的驱动方式，将需要扩展的业务需求进行插件化开发，具备软件设计灵活、开发效率高等优点。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种偏馈波束合成解调处理方法，包括以下步骤：

步骤1，通过系统监控处理模块接收测控系统中的系统监控下发的控制命令、参数，将控制命令、参数下发给基带设备处理模块、主馈天线处理模块、偏馈天线处理模块，用以控制各个分机设备；将基带设备处理模块、主馈天线处理模块、偏馈天线处理模块采集的硬件设备的状态，通过系统监控处理模块上报给系统监控；接收系统监控下发的任务数据，将任务数据传递给任务处理模块；

步骤2，通过基带设备处理模块给基带设备下发参数及控制命令，接收基带设备上报的状态数据、解调数据；将解调数据传递给解调数据处理模块进行解调处理；

步骤3，通过主馈天线处理模块给主馈天线下发参数及控制命令，接收主馈天线上报的状态数据、波束合成信息，并传递给天线状态显示模块；

步骤4，通过偏馈天线处理模块给偏馈天线下发参数及控制命令，接收偏馈天线上报的状态数据、波束合成信息，并传递给天线状态显示模块；

步骤5，通过解调数据处理模块处理基带设备处理模块上报的主馈天线和偏馈天线接收到的解调数据，剔除异常数据，解析出实际接收的解调数据，将实际的解调数据通过系统监控处理模块上报给系统监控；

步骤6，通过天线状态显示模块显示当前的主馈天线和偏馈天线的工作状态以及工作参数，同时显示出各个天线的目标捕获情况；

步骤7，通过系统参数显示与控制模块显示基带设备、主馈天线、偏馈天线各个分机的当前工作参数；提供参数控制界面、设备控制界面用来修改各个分机的工作参数、下发控制命令；

步骤8，通过任务处理模块将接收到的任务数据进行分解，组织各种任务的工作流程，实现在不同任务下，对硬件设备资源的管理以及释放，组织不同的任务环路，完成测控任务；任务处理模块将任务相关的参数和控制命令通过基带设备处理模块、主馈天线处理模块、偏馈天线处理模块发送给各个设备；

步骤9，通过通信处理模块实现各个分机处理模块与分机之间的通信，支持网络通信、串口通信的不同网络通信形式，同时完成数据的组帧、解帧；

步骤10，通过日志记录模块对关键操作步骤，参数、控制命令，以及设备状态变化进行记录，并记录操作过程中的各种异常及提示信息，此外还记录任务数据及任务流程执行状态；

步骤11，通过插件交互模块实现偏馈天线处理插件和偏馈波束合成解调处理装置之间的数据交互功能，根据偏馈天线的数量动态扩展插件数量。

一种偏馈波束合成解调处理装置，包括以下软件模块：

系统监控处理模块：接收测控系统中的系统监控下发的控制命令、参数，将控制命令、参数下发给基带设备处理模块、主馈天线处理模块、偏馈天线处理模块，用以控制各个分机设备；将基带设备处理模块、主馈天线处理模块、偏馈天线处理模块采集的硬件设备的状态，通过系统监控处理模块上报给系统监控；接收系统监控下发的任务数据，将任务数据传递给任务处理模块；

基带设备处理模块：给基带设备下发参数及控制命令，接收基带设备上报的状态数据、解调数据；将解调数据传递给解调数据处理模块进行解调处理；

主馈天线处理模块：给主馈天线下发参数及控制命令，接收主馈天线上报的状态数据、波束合成信息，并传递给天线状态显示模块；

偏馈天线处理模块：给偏馈天线下发参数及控制命令，接收偏馈天线上报的状态数据、波束合成信息，并传递给天线状态显示模块；

解调数据处理模块：处理基带设备处理模块上报的主馈天线和偏馈天线接收到的解调数据，剔除异常数据，解析出实际接收的解调数据，将实际的解调数据通过系统监控处理模块上报给系统监控；

天线状态显示模块：显示当前的主馈天线和偏馈天线的工作状态以及工作参数，同时显示出各个天线的目标捕获情况；

系统参数显示与控制模块：显示基带设备、主馈天线、偏馈天线各个分机的当前工作参数；提供参数控制界面、设备控制界面用来修改各个分机的工作参数、下发控制命令；

任务处理模块：将接收到的任务数据进行分解，组织各种任务的工作流程，实现在不同任务下，对硬件设备资源的管理以及释放，组织不同的任务环路，完成测控任务；任务处理模块将任务相关的参数和控制命令通过基带设备处理模块、主馈天线处理模块、偏馈天线处理模块发送给各个设备；

通信处理模块：实现各个分机处理模块与分机之间的通信，支持网络通信、串口通信的不同网络通信形式，同时完成数据的组帧、解帧；

日志记录模块：实现对关键操作步骤，参数、控制命令，以及设备状态变化的记录；记录操作过程中的各种异常及提示信息；记录任务数据及任务流程执行状态；

插件交互模块：实现偏馈天线处理插件和偏馈波束合成解调处理装置之间的数据交互功能，根据偏馈天线的数量动态扩展插件数量。

一种偏馈波束合成解调体制的软件设计方法，包括以下步骤：

步骤1，建立起包括系统监控计算机、基带设备、主馈天线、偏馈天线的硬件系统，完成偏馈波束合成、各个天线的设备监控以及解调数据处理的功能；

步骤2，建立起包括外部分机处理模块、解调数据处理模块、天线控制模块、界面显示模块、通信模块、日志记录模块的软件架构，完成天线控制、数据处理及显示的功能，其中，对于可动态扩展的业务采用插件式开发；所述外部分机包括系统监控、基带设备、天线设备；

步骤3，设计偏馈天线捕获目标的识别算法，完成对目标的捕获功能；

步骤4，将对应功能软件的完整可编译代码编译成可执行文件，以完成对应功能软件的设计、开发和集成。

进一步地，步骤2中，软件架构的设计如下：

步骤201，将程序功能进行逻辑划分，分为原有逻辑和新增逻辑；

步骤202，原有逻辑即传统的功能模块，保留原有设计，将新增逻辑进行分层，包括基础层、业务层、展示层，其中基础层和展示层为在原有逻辑基础上进行修改而成；

步骤203，对业务层进行设计，将偏馈天线数据处理功能抽象成插件，其中每个插件的数据处理单独运行在线程中，软件架构支持多个偏馈天线插件的组织、运行以及扩展。

进一步地，步骤3中识别算法的设计如下：

步骤301，接收所有的偏馈天线的解调的遥测数据，根据信号强度对各个偏馈天线接收的数据进行排序；

步骤302，统计步骤301中排序前5的偏馈天线的解调数据，将接收到的各种遥测数据误码率低的作为实际解调后的数据进行处理并上报给中心。

本发明相比背景技术具有如下优点：

1、采用本发明偏馈波束合成解调处理方法及装置，用户可以通过软件实现对主馈、偏馈天线的控制，观察各个天线上报的数据，实现对快速目标的捕获、跟踪及解调功能。

2、本发明提出的分层结构和插件结构相结合的软件架构，将偏馈天线部分功能采用插件化的设计，方便了扩展应用，可以适应当前测控任务的需要。

3、本发明并非只利用主馈天线的解调数据，而是将各个偏馈天线接收到的解调数据进行分析，找出最优的解调结果，在目标捕获阶段即可完成遥测任务，大大提高了测控任务的工作效率。

总之，本发明综合考虑了各项软件需求，改善了测控软件架构，提高了软件设计、编码效率，满足了当前的设计要求。

附图说明

图1为本发明偏馈波束合成解调处理装置的工作场景示意图。

图2为本发明偏馈波束合成解调处理装置的软件架构图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施对本发明方法作进一步说明。

一种偏馈波束合成解调处理装置，包括系统监控处理模块、基带设备处理模块、主馈天线处理模块、偏馈天线处理模块、解调数据处理模块、天线状态显示模块、系统参数显示与控制模块、任务处理模块、通信处理模块、日志记录模块、插件交互模块等软件模块。其中：

系统监控处理模块：接收测控系统中的系统监控下发的控制命令、参数等，将控制命令、参数下发给基带设备处理模块、主馈天线处理模块、偏馈天线处理模块等，用以控制各个分机设备；将基带设备处理模块、主馈天线处理模块、偏馈天线处理模块等采集的各个硬件设备的状态，通过系统监控处理模块上报系统监控；接收系统监控下发的任务数据，将任务数据传递给任务处理模块；

基带设备处理模块：给基带设备下发参数及控制命令，接收基带设备上报的状态数据、解调数据；将解调数据传递给解调数据处理模块进行解调处理；

主馈天线处理模块：给主馈天线下发参数及控制命令，接收主馈天线上报的状态数据、波束合成信息等，传递给天线状态显示模块；

偏馈天线处理模块：给偏馈天线下发参数及控制命令，接收偏馈天线上报的状态数据、波束合成信息等，传递给天线状态显示模块；

解调数据处理模块：处理基带上报的主馈天线和偏馈天线接收到的解调数据，剔除异常数据，解析出实际接收的解调数据，将实际的解调数据通过系统监控处理模块上报系统监控；

天线状态显示模块：显示当前的主馈天线和偏馈天线的工作状态以及工作参数，同时显示出各个天线的目标捕获情况；

系统参数显示与控制模块：显示各个分机（基带设备、主馈天线、偏馈天线）当前的工作参数；提供参数控制界面、设备控制界面用来修改各个分机的工作参数、下发控制命令等；

任务处理模块：将接收到的任务数据进行分解，组织各种任务的工作流程，实现在不同任务下，对硬件设备资源的管理以及释放，组织不同的任务环路，完成测控任务；任务处理模块将任务相关的参数和控制命令通过基带设备处理模块、主馈天线处理模块、偏馈天线处理模块等发送给各个设备；

通信处理模块：实现各个分机处理模块与分机之间的通信，支持网络通信、串口通信等不同网络通信形式，同时完成数据的组帧、解帧等操作；

日志记录模块：实现对关键操作步骤，参数、控制命令，以及设备状态变化的记录；记录操作过程中的各种异常及提示信息；记录任务数据及任务流程执行状态等；

插件交互模块：实现偏馈天线处理插件和偏馈波束合成解调处理装置之间的数据交互功能，可根据偏馈天线的数量动态扩展插件数量，提高了数据处理效率以及动态扩展能力。

图1所示为该装置的工作场景示意图。

该装置运行时执行如下步骤：

步骤1，通过系统监控处理模块接收测控系统中的系统监控下发的控制命令、参数，将控制命令、参数下发给基带设备处理模块、主馈天线处理模块、偏馈天线处理模块，用以控制各个分机设备；将基带设备处理模块、主馈天线处理模块、偏馈天线处理模块采集的硬件设备的状态，通过系统监控处理模块上报给系统监控；接收系统监控下发的任务数据，将任务数据传递给任务处理模块；

步骤2，通过基带设备处理模块给基带设备下发参数及控制命令，接收基带设备上报的状态数据、解调数据；将解调数据传递给解调数据处理模块进行解调处理；

步骤3，通过主馈天线处理模块给主馈天线下发参数及控制命令，接收主馈天线上报的状态数据、波束合成信息，并传递给天线状态显示模块；

步骤4，通过偏馈天线处理模块给偏馈天线下发参数及控制命令，接收偏馈天线上报的状态数据、波束合成信息，并传递给天线状态显示模块；

步骤5，通过解调数据处理模块处理基带设备处理模块上报的主馈天线和偏馈天线接收到的解调数据，剔除异常数据，解析出实际接收的解调数据，将实际的解调数据通过系统监控处理模块上报给系统监控；

步骤6，通过天线状态显示模块显示当前的主馈天线和偏馈天线的工作状态以及工作参数，同时显示出各个天线的目标捕获情况；

步骤7，通过系统参数显示与控制模块显示基带设备、主馈天线、偏馈天线各个分机的当前工作参数；提供参数控制界面、设备控制界面用来修改各个分机的工作参数、下发控制命令；

步骤8，通过任务处理模块将接收到的任务数据进行分解，组织各种任务的工作流程，实现在不同任务下，对硬件设备资源的管理以及释放，组织不同的任务环路，完成测控任务；任务处理模块将任务相关的参数和控制命令通过基带设备处理模块、主馈天线处理模块、偏馈天线处理模块发送给各个设备；

步骤9，通过通信处理模块实现各个分机处理模块与分机之间的通信，支持网络通信、串口通信的不同网络通信形式，同时完成数据的组帧、解帧；

步骤10，通过日志记录模块对关键操作步骤，参数、控制命令，以及设备状态变化进行记录，并记录操作过程中的各种异常及提示信息，此外还记录任务数据及任务流程执行状态；

步骤11，通过插件交互模块实现偏馈天线处理插件和偏馈波束合成解调处理装置之间的数据交互功能，根据偏馈天线的数量动态扩展插件数量。

该装置的软件设计过程包括：

一、建立起由不同分机设备所构成的偏馈波束合成解调系统，设计出对应的软件模块；

二、设计合适的软件架构，采用分层结构和插件结构相结合的方式，将架构和各功能模块同步进行编码；

三、设计偏馈天线捕获目标的识别算法，完成目标捕获及解调功能；

四、完成软件的编译及集成工作。

具体步骤如下：

（1）建立起由系统监控计算机、基带设备、主馈天线、偏馈天线等硬件系统，完成偏馈波束合成、各个天线的设备监控以及解调数据处理等功能；

（2）建立其由外部分机（系统监控、基带设备、天线设备等）处理模块、解调数据处理模块、天线控制模块、界面显示模块、通信模块、日志记录模块等模块构成的软件架构，完成天线控制、数据处理及显示等功能，其中对于可动态扩展的业务采用插件式开发，方便进行功能扩展；软件架构的设计如下：

（201）将程序功能进行逻辑划分，分为传统逻辑和新增逻辑，传统逻辑主要是传统测控软件具备的功能，而新增逻辑主要是增加偏馈波束合成后的软件增加的需求；

（202）传统逻辑即传统单主馈天线体制下的的功能模块，新增逻辑主要为新增的偏馈天线下的相关处理功能。将软件进行分层，包括基础层、业务层、展示层。基础层主要包括日志记录、通信处理以及插件交互等功能，业务层主要实现对各分机设备的管理以及对测控任务相关数据的处理功能，展示层主要实现对当前各个设备状态的显示与控制功能；

（203）对业务层进行设计，将偏馈天线数据处理功能抽象成插件，其中每个插件的数据处理单独运行在线程中，软件架构支持多个偏馈天线插件的组织、运行以及扩展，可通过配置文件配置插件的数量，提高了软件动态扩展的能力。

（3）设计偏馈天线捕获目标的识别算法，完成对目标的捕获及数据解调功能；算法的设计如下：

（301）接收所有的偏馈天线的解调的遥测数据，根据信号强度对各个偏馈天线接收的数据进行排序；

（302）统计（301）中排序前5的偏馈天线的解调数据，将接收到的各种遥测数据误码率低的作为实际解调后的数据进行处理及上报中心。

（4）将对应功能软件的完整可编译代码编译成可执行文件，以完成对应功能软件的设计、开发和集成。

最终设计的软件架构如图2所示。

总之，本发明解决了高速目标下的测控任务，提高了目标的捕获成功的概率以及接受遥测数据的工作效率，可实现同时处理多偏馈天线的解调信息，具备软件开发效率高、扩展性好等优点，特别适用于偏馈多波束测控系统。