一种在轨航天器遥测数据压缩存储与快速查询方法

摘要

一种在轨航天器遥测数据压缩存储与快速查询方法，存储时首先为每个遥测参数生成一张遥测参数表，然后循环接收实时遥测数据包，解包还原出卫星上的数据帧信息，从数据帧中获取该帧包含的遥测参数数据列表。将遥测参数数据列表中每个遥测参数数据与其对应的遥测参数表中最新的遥测数据进行比对，如果值不同，则将该点的时间和数据值存入该遥测参数表中；否则不存储该点数据。查询时，根据用户提交的查询条件获取卫星名、遥测参数代号和时间段信息，然后从数据库表中搜索所需时间段的所有遥测数据，并根据屏幕分辨率大小，提取遥测数据的特征值，最后根据特征值数据在屏幕上绘制遥测数据曲线。采用本方法可提高遥测数据的存储效率及查询的实时性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在轨航天器遥测数据的处理方法。

背景技术

卫星遥测数据是工程技术人员以及地面监控系统监测卫星工作状态、分析 处理卫星上故障的重要依据。卫星在轨数据种类繁多、数据量大、监视处理实 效要求高，因此海量遥测数据的高效存储和快速查询是迫切需要解决的问题。 目前航天器上广泛采用的数据存储和查询方法主要有如下几种：

1、直接存储方法

即对在轨卫星遥测数据采用逐帧存储的方式进行记录，并通过数据库软件 进行数据查询。由于卫星数量越来越多，且卫星遥测参数的类型也越来越多， 采用该方法进行数据记录将需要占用大量的存储空间，成本居高不下，且不利 于数据管理。

2、基于数据压缩算法的压缩存储方法

基于数据压缩算法的数据存储多应用于多媒体数据的记录。此类方法在对 数据存储之前采用无损压缩算法进行数据压缩，并将压缩后的数据存储到存储 器中。目前常用的压缩算法有RLE行程编码、字典编码(LZ77压缩算法、LZSS 压缩算法等)、变长码多模式压缩算法、混合字典压缩编码算法等。此类方法可 根据数据特点选择合适的数据压缩算法，从而得到较高的压缩比，提高存储器 利用效率。然而如果对在轨航天器遥测数据采用上述方法进行压缩存储，会降 低数据检索效率，而且部分压缩算法复杂度过高，无法满足卫星遥测数据接收 存储的实时性要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于遥测数 据变化规律的压缩存储与快速查询方法，可以提高遥测数据的存储效率以及数 据查询的实时性。

本发明的技术解决方案是：一种在轨航天器遥测数据压缩存储与快速查询 方法，包括遥测数据的压缩存储方法和遥测数据的查询方法，其中：

遥测数据的压缩存储方法的步骤如下：

1)建立数据帧信息表，同时为遥测参数生成遥测参数表，每一种遥测参 数都对应一个遥测参数表；

2)接收实时遥测数据包，解包生成数据帧；如果该数据帧未出现过，则 将该数据帧的信息存入数据帧信息表；

3)获取该数据帧在帧信息表中的位置，并分析获取该数据帧所包含的遥 测参数；

4)顺序读取数据帧中所包含的一个遥测参数对应的值，当数据帧中包含 的所有遥测参数均读取完毕后进入步骤2)，否则进入步骤5)；

5)将读取的遥测参数对应的值与数据库中存储的该遥测参数的最新信息 进行比对，如果两者相同，则进入步骤4)，如果两者不相同则进入步骤6)；

6)将该遥测参数对应的值和时间信息记录下来，进入步骤4)；

7)重复步骤2)～6)，直至处理完接收到的所有遥测数据包；

遥测数据的查询方法步骤如下：

8)获取用户提交的查询条件所包括的卫星名、遥测参数代号以及时间段 t1～t2；

9)在数据库中与卫星名和遥测参数代号相对应的遥测参数表中搜索时间 段t1～t2内的所有遥测参数值；

10)根据屏幕分辨率的大小，提取遥测参数的特征值；

11)根据遥测参数特征值数据在屏幕上绘制遥测数据曲线。

所述的数据帧信息表包含帧编号、时间戳以及帧内所含参数列表三类信息。

所述的遥测参数表包含时间戳和参数值两类信息。

所述步骤10)中提取遥测参数特征值的方法为：

(1)获取显示屏幕的分辨率X＊Y，其中显示屏幕的横向点数为X；

(2)从数据库中读出与卫星名和遥测参数代号相对应的遥测参数表中时间 段为t1～t2的遥测数据N条；

(3)如果N＜＝X，则所有N条数据都是特征值，转入步骤(6)；否则进入 步骤(4)；

(4)令M＝N/X，把N条数据分为X份，前X-1份各包含M条数据，最后 一份包含M+N％X条数据，进入步骤(5)；其中符号％表示求余运算；

(5)分别提取步骤(4)中X份数据的最大值和最小值，得到X个最大值 和最小值数据对，即为本次查询的特征值。

所述的步骤11)中根据遥测参数特征值数据在屏幕上绘制遥测数据曲线的 方法为：

A)如果N＜＝X，则在屏幕上绘制2N个点，生成阶梯曲线、拟合曲线或点， 对于每一个点，均包括一个最大值imax和一个最小值imin；

B)对第i个点，绘制线段，其中线段的两个端点分别为imin和imax， i＝1，2，...，N。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明针对卫星遥测数据格式固定、 数据量大和存储与查询时效性要求高的特点，采用基于遥测数据变化的压缩存 储方法，仅对发生变化时的遥测数据进行记录，提高了存储效率；同时针对长 时间跨度数据查询的需求，采用基于时间点压缩规律的高速曲线生成方法，提 高了数据查询实时性；采用面向航天器遥测参数应用特点的特征值提取方法， 可在曲线生成时有效保留拐点、最大值点和最小值点等反映航天器工作状态的 特征点，提高了曲线式长时段数据查询结果的准确性。

附图说明

图1为本发明遥测数据压缩存储方法的流程图；

图2为本发明遥测数据查询方法的流程图。

具体实施方式

本发明的在轨航天器遥测数据处理方法包括遥测数据压缩存储方法和遥测 数据查询方法。

每颗卫星都有一张描述遥测参数信息(包括遥测参数名称，代号，单位等) 的遥测大表，首先根据这张遥测大表为每个遥测参数生成一张遥测参数表，用 于存储该遥测参数的数据信息(包括时间和值信息)。

1、压缩存储方法

对于接收到的实时遥测数据，根据遥测参数的变化规律进行压缩存储，其 压缩原理是：为每个遥测参数建立一个数据库表，仅在数据发生变化的时候存 储遥测数据值，如果与上一帧存储的遥测数据值相比没有发生变化就不再存储。 卫星遥测数据相对来说比较稳定，大部分数据变化不大，采用上述方法能够满 足用户提出的压缩需求。

如图1所示，采用压缩模式记录参数的具体步骤如下：

1)建立数据帧信息表，同时为遥测参数生成遥测参数表(对于每一种遥测 参数都对应一个遥测参数表)；数据帧信息表和遥测参数表格式分别如表1和表 2所示。

数据帧信息表包含帧编号、时间戳以及帧内所含参数列表三类信息；遥测 参数表包含时间戳和参数值两类信息；数据帧信息表和遥测参数表均通过表名 字标识其所属卫星型号及参数代号。

表1数据帧信息表结构

表2遥测参数表结构

2)接收实时遥测数据包，解包生成数据帧；如果该数据帧未出现过，则 将该数据帧的信息存入帧信息表；

3)获取该数据帧在帧信息表中的位置，并分析获取该数据帧所包含的遥 测参数；

4)顺序读取数据帧中所包含的一个遥测参数对应的值，当数据帧中包含 的所有遥测参数均读取完毕后进入步骤2)，否则进入步骤5)；

5)将读取的遥测参数对应的值与数据库中存储的该遥测参数的最新信息 进行比对，如果两者相同，则进入步骤4)，如果两者不相同则进入步骤6)；

6)将该遥测参数对应的值和时间信息记录下来，进入步骤4)。

上述步骤循环执行，直至处理完所有接收到的数据帧或者不再接收遥测数 据帧为止。

2、数据查询模块

数据查询的原理是：采用提取遥测参数特征值的方法来获取绘图所必需的 遥测数据，从而大幅降低所需读取的遥测数据量，使得较长时间段遥测数据的 曲线绘制能在几秒钟内完成，同时保存了绘图所需的特征值数据，并且所绘制 的遥测曲线图不会发生丢数或失真等现象。如图2所示，数据查询的具体步骤 如下：

7)用户提交查询条件，包括卫星名(Si)、遥测参数代号(Tpi)以及时间 段(t1～t2)；

8)在数据库中搜索与卫星名和遥测参数代号相对应的遥测参数表Si_Tpi 中搜索时间段t1～t2内的所有遥测参数值；

9)根据屏幕分辨率的大小，提取遥测数据的特征值；

航天器在轨遥测数据在变化过程中的最大、最小值最能反映航天器工作状 态的变化，是遥测数据分析工作中最重要的数据，因此将遥测数据在特定区间 中的最大、最小值设定为其在该区间中的特征值，相应的遥测数据特征值提取 方法如下：

◆已知条件

(1)屏幕分辨率：X＊Y，即屏幕横向点数为X，因此绘制曲线时最多取2＊X 个值(每个点上可以有一个最大值和最小值连成一条竖线)；

(2)从数据库中读出的Si_Tpi表中时间段为t1～t2的遥测数据N条。

◆算法步骤

(3)如果N＜＝X，则所有N条数据都是特征值，转入步骤(6)；否则进入 步骤(4)；

(4)令M＝N/X，把N条数据分为X份，前X-1份各包含M条数据，最后 一份包含(M+N％X)条数据，进入步骤(5)；其中符号％表示求余运算；

(5)分别提取步骤(4)中X份数据的最大值和最小值，得到X个(最大 值，最小值)数据对，即为本次查询的特征值；

(6)结束。

10)根据遥测参数特征值数据在屏幕上绘制遥测数据曲线。

在屏幕上绘制遥测数据曲线的步骤如下：

A)如果N＜＝X，则在屏幕上绘制2N个点，根据用户需求生成阶梯曲线、 拟合曲线或点；

B)对第i个(最大值，最小值)对(imax，imin)，绘制线段，其中线段 的两个端点分别为imin和imax，i＝1，2，...，N。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。