Содержание к диссертации
Введение
1 Цифровая обработка сигналов на промежуточной частоте 15
1.1 Форма обрабатываемого сигнала и постановка задачи . 15
1.2 Существующие подходы к демодуляции телеметрии и измерению дальности 16
1.2.1 Демодуляция сигнала телеметрии 16
1.2.2 Выделение ответа зонда по дальности 18
1.2.3 Работа алгоритма выделения дальности в АВК с маломощным передатчиком 19
1.3 Вероятностные алгоритмы 20
1.3.1 Демодуляция сигнала телеметрии. МАВ-демодулятор 20
1.3.2 Оптимальное выделение ответа зонда по дальности . 26
1.4 Краткие выводы 34
2 Измерение параметров сигнала телеметрии 37
2.1 Задачи, стоящие перед алгоритмом 37
2.2 Принципы работы 38
2.3 Случай бинарного сигнала 39
2.3.1 Математическая модель 42
2.3.2 Значения коррелограммы в среднем 44
2.3.3 Предварительный анализ 46
2.3.4 Дисперсия 47
2.3.5 Метод оценки периода Т 49
2.3.6 Критерий качества коррелограммы 50
2.3.7 Работа алгоритма 52
2.3.8 Систематическая ошибка оценки периода 55
2.3.9 Дисперсия оценки периода 56
2.3.10 Результаты вычислительных экспериментов 63
2.4 Случай многоразрядного сигнала 66
2.5 Сравнительные испытания 69
2.6 Оценка ошибки измерения метеоэлементов 71
2.7 Оптимизация расчёта АКФ 74
2.8 Краткие выводы 76
Обработка аэрологических измерений 78
3.1 Алгоритмы обработки координатной информации 80
3.1.1 Вычисление функции высоты подъёма радиозонда от времени h(t) 80
3.1.2 Вычисление функций горизонтальных координат зонда 81
3.1.3 Входной контроль достоверности координатных отсчётов 81
3.1.4 Вычисление распределения скорости и направления ветра по высотам 82
3.1.5 Определение параметров ветра на заданной высоте . 85
3.1.6 Определение уровней максимальных ветров 85
3.1.7 Алгоритм выбора особых точек 86
3.2 Алгоритмы обработки метеоэлементов 87
3.2.1 Вычисление распределений метеоэлементов по высоте 88
3.2.2 Контроль достоверности значений температуры и относит, влажности 88
3.2.3 Расчёт зависимости давления от высоты 89
3.2.4 Расчёт метеоэлементов на заданной высоте 89
3.2.5 Расчёт давления на заданной высоте 89
3.2.6 Расчёт высоты по заданному давлению (изобары) . 90
3.2.7 Определение уровня тропопаузы 90
3.2.8 Алгоритм выбора особых точек 90
3.3 Краткие выводы 91
4 Внедрение результатов. Описание комплекса «Эол» 92
4.1 Общая структура «Эол» 92
4.2 Принципы разработки 96
4.3 Детальное устройство программных модулей и их взаимодействия 101
4.4 Низкоуровневое ПО 107
4.5 Результаты эксплуатации 110
Заключение 113
Литература
- Демодуляция сигнала телеметрии
- Значения коррелограммы в среднем
- Вычисление функций горизонтальных координат зонда
- Детальное устройство программных модулей и их взаимодействия
Введение к работе
В последнее время, в силу развития цифровых средств сбора и обработки данных, перед разработчиками открываются новые возможности для решения существующих задач обработки сигналов. Область обработки сигналов аэрологических радиозондов, в этом смысле, не является исключением.
Широкая доступность мощных процессоров цифровой обработки сигналов (ЦОС), позволяет реализовывать более эффективные алгоритмы, недоступные ранее в силу своей вычислительной сложности. Такие классы оптимальных цифровых алгоритмов как корреляционная обработка (см. [1, 2, 3, 4, 6]), нелинейный анализ по максимуму апостериорной вероятности, становятся реализуемыми для обработки в режиме реального времени для всё более широкого класса задач.
Кроме обработки сигналов, исключительно важную роль играет автоматизация обработки расшифрованных показаний метеопараметров, (таких как температура и относительная влажность) и координатной информации. Современный уровень программного обеспечения позволяет полностью автоматизировать обработку и улучшить качество выходной информации. Объёмы доступных вычислительных ресурсов позволяют обрабатывать информацию более эффективными методами.
Существующие отечественные системы аэрологического зондирования представлены такими изделиями как «Метеор», «Метеорит», «АВК-1»
и «АВК-1М». Самая современная разработка «АВК-1М», разработанная около двух десятилетий назад, для обработки сигналов приходящих с зонда использует аналоговые цепи в сочетании с примитивными цифровыми методами. Более старые системы «Метеор» и «Метеорит» используют исключительно аналоговые цепи. В каждой из систем, невысокая эффективность цепей обработки компенсируется повышенной мощностью передатчика и увеличением диаметра принимающей антенны. Вышеперечисленные системы работают с наиболее распространенными российскими радиозондами МРЗ-3 и МРЗ-ЗАМ.
В ходе создания нового поколения систем аэрологического зондирования: семейства компактных российских комплексов аэрологического радиозондирования МАРЛ (см. [7]), возникла задача улучшения характеристик приёма телеметрической информации с существующих зондов. Кроме повышения эффективности приёма сигнала телеметрии, содержащего закодированные значения измерений метеопараметров, остро стоит задача повышения эффективности оценки дальности до зонда для комплексов с измерением координат на основе вторичной радиолокации. Использование улучшенных алгоритмов позволит снизить требования к энергетическому потенциалу, что критично для компактности системы.
Принципиальная схема МАРЛ представлена на Рис. 0.1. Отличительной особенностью системы является наличие бортовой ЭВМ, производящей первичную обработку сигнала телеметрии в едином конструктивном блоке с антенной колонкой. Такой подход позволяет минимизировать дополнительные шумы, связанные с доставкой сигнала зонда в случае системы обработки, расположенной отдельно от антенны. Дополнительно, такой под-
параметры
телеметрии
Основная ЭВМ
вторичная
обработка
Терминал оператора
зонд
сигнал 800 кГц
Бортовая ЭВМ
коодинаты
телег рамма фили
первичная обработка
Рис. 0.1. Блок-схема станции аэрологического зондирования нового поколения МАРЛ
ход позволит понизить требования к основной ЭВМ, так как основная обработка в реальном режиме времени производится на специализированной бортовой ЭВМ.
Диссертационная работа посвящена разработке и исследованию новых методов обработки сигналов зондов и координатно-телеметрической информации в системах аэрологического зондирования «АВК» (см. [9, 10]), «МАРЛ», «Бриз», «Вектор» и разработке программного обеспечения для их реализации.
Актуальность работы определяется необходимостью перевода существующего парка российских систем аэрологического зондирования на вновь разработанные и модернизированные образцы систем аэрологического радиозондирования с улучшенными техническими и потребительскими свой-
ствами, в частности повышенной чувствительностью приемно-измерителыюго тракта, облегченными массо-габаритными характеристиками и существенно уменьшенным энергопотреблением.
Целью работы является разработка помехоустойчивых, высокочувствительных и точных алгоритмов обработки сигналов аэрологического зонда, на стадиях измерения дальности, выделения сигналов телеметрии, вычисления значений метеоэлементов, их профилей по высоте и создание на основе этих алгоритмов программного обеспечения для систем аэрологического зондирования «МАРЛ», а также, для модифицированных систем «АВК». Разработка новых алгоритмов необходима для обеспечения в этих системах сопровождения зондов на требуемых дальностях, при использовании зондирующего сигнала пониженной мощности.
Для достижения указанных целей проведены следующие работы и исследования:
Выполнен сравнительный анализ существующих методов выделения ответа зонда по дальности и оценки периода и длительности импульсов сигналов телеметрии
Теоретически и экспериментально изучены перспективные методы обработки сигналов зондов, позволяющие повысить измерительный потенциал системы зондирования: метод когерентного обнаружения ответа по дальности, метод выделения сигналов телеметрии по критерию максимальной апостериорной вероятности, метод оценки периода и длительности импульсов сигналов телеметрии, основанный на частичном расчёте и анализе их автокорреляционной функции, и
метод расчёта по координатно-телеметрической информации направления и скорости ветра с контролем погрешности их оценки.
На основе полученных результатов разработано программное обеспечение, реализующее предложенные методы, использованы технологии обработки с применением цифровых сигнальных процессоров (ЦСП).
Введено в эксплуатацию и испытано разработанное программное обеспечение в составе систем аэрологического зондирования нового поколения «МАРЛ», «Бриз» и модифицированных систем «АВК».
Научная новизна работы
Разработан, а так же теоретически и экспериментально обоснован, высокоэффективный способ обнаружения ответа зонда но дальности с использованием метода когерентного детектирования сигналов в сочетании с цифровым демодулятором, работающим на основе метода максимизации апостериорной вероятности (МАВ). Показана перспективность разработанного способа для применения в составе помехоустойчивой системы обработки сигналов.
Выполнены теоретические и экспериментальные исследования эффективности некогерентного метода выделения ответа зонда по дальности и проведено его сравнение с разработанным когерентным методом.
Разработан, теоретически и экспериментально изучен метод оценки периода и длительности импульсов сигналов телеметрии с использо-
ванием расчёта и анализа их автокорреляционной функции. Показана его перспективность для применения в составе программного обеспечения, обеспечивающего достоверные измерения периода и длительности импульсов сигналов телеметрии при низких соотношениях сигнал/шум.
Практическая ценность работы состоит в том, что в ходе работы получены и апробированы методы обработки сигналов аэрологических зондов, обладающие высокой помехоустойчивостью и позволяющие обеспечить необходимую дальность зондирования при сниженном энергетическом потенциале передающей части системы радиозондирования. Разработанные методы пригодны для применения в составе сетевых систем аэрологического зондирования. Кроме обеспечения требуемой дальности зондирования, реализовано повышение достоверности обнаружения ответа зонда по дальности и исключена возможность сопровождения по шумам с получением ложных значений дальности.
Методы реализованы в составе разработанного и действующего комплекса программного обеспечения «Эол», применяемого на десятках систем сети аэрологического зондирования Российской Федерации и стран СНГ, работающих на передатчиках пониженной мощности. Комплекс «Эол» успешно применяется для получения качественной оперативной аэрологической информации. Применение предложенных методов обработки позволяет повысить реально используемый энергетический потенциал систем аэрологического зондирования.
Указанные методы обработки используются в составе программного обеспечения систем аэрологического зондирования нового поколения
«МАРЛ».
Достоверность полученных результатов подтверждается успешной эксплуатацией комплекса «Эол» на станциях сети аэрологического зондирования сети РФ и стран СНГ в течение нескольких лет.
Личный вклад автора:
Разработан метод выделения ответного сигнала по дальности из сигналов аэрологических зондов, основанный на когерентной фильтрации.
Разработан метод оценки периода и длительности импульсов сигналов телеметрии аэрологических зондов, основанный на частичном вычислении и анализе их автокорреляционной функции.
Выполнены исследования, показавшие высокую помехоустойчивость обнаружения ответа зонда по дальности предложенным методом.
Выполнены исследования, показавшие высокую достоверность и эффективность оценки периода и длительности импульсов сигналов телеметрии зонда предложенным методом.
Разработаны методы автоматизированной обработки координатно-теле-метрической информации, обеспечивающие получение с высокой точностью и достоверностью выходных аэрологических документов (телеграмм).
Разработано программное обеспечение, реализующее предложенные методы в модифицированных системах аэрологического зондирова-
ния "АВК" и системах аэрологического зондирования нового поколения "МАРЛ" и "Бриз".
На защиту выносятся
Метод выделения сигнала ответа по дальности аэрологических зондов, основанный на когерентной фильтрации и результаты его исследований. В методе используется цифровой демодулятор, работающий по принципу максимизации апостериорной вероятности.
Метод оценки периода и длительности импульсов сигналов телеметрии аэрологических зондов, основанный на частичном вычислении и анализе их автокорреляционной функции и результаты его исследований.
Алгоритмы автоматизированной обработки координатно-телеметри-ческой информации.
Разработанное программное обеспечение, реализующее предложенные методы, используемое в модифицированных системах аэрологического зондирования «АВК» и системах аэрологического зондирования нового поколения «МАРЛ» и «Бриз».
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались на научных семинарах НТЦР ЦАО, МИЭТ и на Секции Учёного совета ЦАО.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 4 научных работы
14 Структура и объём диссертационной работы
Работа разделена на четыре главы, каждая из которых посвящена отдельному этапу обработки сигнала в ходе радиозондирования. Первая глава посвящена обработке сигнала на выходе СВЧ приёмника. Описаны алгоритмы выделения сигнала телеметрии и ответа зонда по дальности. Вторая глава посвящена обработке сигнала телеметрии с целью выделения частоты и длительности импульсов телеметрии. Частота в дальнейшем используется для вычисления метеоэлементов (температуры, влажности). Третья глава описывает алгоритмы обработки координат и метеоэлементов с целью вычисления профилей распределения температуры, влажности и характеристик ветра в атмосфере. Четвёртая глава описывает устройство аппаратно-программного комплекса «Эол» и его внедрение на сети аэрологического зондирования РФ.
Демодуляция сигнала телеметрии
Существующие системы АВК используют метод дифференциальной демодуляции частотно-манипулированного входа с использованием задержанной реплики сигнала. Аналогичные схемы используются в системах цифровой передачи и хорошо проанализированы в [49, 50, 52, 51]. В этих работах показано что при правильном выборе задержки реплики, можно максимизировать эффективность обнаружения. При бесспорном достоинстве в простоте реализации, подход имеет следующие недостатки: как некогерентный, подход страдает ограниченной чувствительностью; использование реплики сигнала для перемножения делает нелинейными даже линейные помехи канала; невозможность получать измерения фазы поднесущей 800 кГц.
Последний недостаток существенен, т.к. измерения фазы поднесущей необходимы для когерентного обнаружения ответа зонда по дальности.
Другой класс широко-известных алгоритмов демодуляции использует схемы фазовой авто-подстройки частоты (ФАПЧ), которые теоретически обладают повышенной чувствительностью и позволяют получить измерение фазы сигнала.
Наиболее распространенные алгоритмы демодуляции, основанные на ФАПЧ (см. [23, 24, 25, 26, 27, 28]), используют линейное приближение частотно-модулированного сигнала и содержат линейный фильтр первого, второго или третьего порядка. К недостаткам такого подхода следует отнести возможность наличия статической ошибки в оценке фазы. В зависимости от закона по которому меняется частота и фаза сигнала, ФАПЧ сходится к значению фазы, смещённому на некоторую величину по отношению к исходному сигналу.
В то время, как смещённость оценки фазы не мешает правильной демодуляции ЧМ сообщения, для возможности производить когерентную фильтрацию ответа сигнала зонда по дальности, смещённость оценки фазы неприемлема. Таким образом, алгоритмы ФАПЧ с линейным фильтром не являются самыми подходящими кандидатами для целей обработки сигнала от радиозонда.
Другой вид ФАПЧ основан на теории переменных состояния и использует так называемый фильтр Кальмана (см. [29, 30, 31, 32]). Несмотря на улучшенную чувствительность и лучшие характеристики по захвату несущей, этот подход применим только для линейной модуляции — AM, К AM и не применим для демодуляции ЧМ. Это ограничение есть следствие использования линейной модели сигнала, которая неприменима для ЧМ.
Современные алгоритмы ФАПЧ используют результаты нелинейного моделирования входного сигнала (см. [41, 40]) и обладают достоинством несмещенной оценки фазы входного сигнала, и позволяют построить когерентный фильтр ответа зонда по дальности. В связи с этим свойством, именно этот класс алгоритмов ФАПЧ рассматривается в этой диссертационной работе.
В системах АВК, выделение ответа зонда по дальности производится интегрированием амплитуды сигнала. Для сопровождения используется система из двух прилегающих полустробов, на которых происходит интегрирование. Положение центра системы управляется разницей накопленных на полустробах значений. Данный подход не использует информацию о внутренней структуре сигнала, что неизбежно ограничивает чувствительность. Кроме того, у этого метода измерений есть существенный неустранимый недостаток — его дифференциальный характер и очень узкое окно сопровождения. Это транслируется в высокую вероятность срыва сопро
вождения зонда по дальности при временных замираниях. Как только ответ уходит из «поля зрения» алгоритма, дальнейшее измерение дальности становится невозможным, так как вновь появившийся ответ будет уже вне окна слежения двух полустробов. Детально алгоритм работы узла дальности описан в [53].
В современной системе «Бриз» (см. [54, 55, 56]) применяется согласованный корреляционный детектор. По сути дела, входной сигнал перемножается и интегрируется с искомым «образцом». Не смотря на то, что теоретически такой метод выделения сигнала оптимален, проблемы с выбором «образца» ограничивают эффективность метода. Фиксированный сигнал-образец не учитывает тот факт, что частота промежуточной несущей не есть постоянная величина. Кроме того, форма ответа зависит от фазы сигнала, т.е. от расположения вспышек 800 кГц относительно местоположения ответа. Эти факторы ограничивают эффективность обнаружения из-за необходимости использовать «образец», который будет априори соответствовать искомому сигналу в среднем. Более детально алгоритм обработки описан в [57].
Значения коррелограммы в среднем
Преобразуем выражение под суммой: М(/ fi+k) = М[(ОІ V ЬІ) (ai+k V bi+k)] = = М[(ОІ V ЬІ)] М[(аі+к V bi+k)} = = (р + (1 - р)аі) (р + (1 - р)аі+к) = = (1-р)2{аіЧіі+к)+р2+р(1-р)аі+р(1 -р)аі+к, к = ї п. (2.11) Заметим, что в формуле (2.11) мы использовали независимость случайных величин Ь{ и Ьі+к для выражения математического ожидания их произведения через произведение их математических ожиданий.
Далее, легко найти выражение математического ожидания Ф&:
Последние две суммы в уравнении (2.12) можно считать равными. Обе суммы есть суммы элементов выборок периодического сигнала с одним и тем же периодом на одном по длине промежутке, но выборки сдвинуты по времени на кто. Отсюда понятно, что внутри промежутка суммирования для обеих сумм укладывается почти равное (с точность до одного) количество периодов. Так как мы предполагаем выполнение условия (2.6), т.е. что внутри этих промежутков умещается много периодов, то максимально возможным расхождением сумм на вклад одного периода T/TQ МЫ можем пренебречь.
С учётом (2.8) попятно, что первая сумма есть не что иное, как Ф ;. Если обозначить сумму Y =oa К0Т0Рая выражает мощность сигнала телеметрии через Р, то (2.12) перепишется как М(Ф ) = (1 - р)Чк + 2р(1 - р)Р + пр2 = (1 - р)Чк + Ф, (2.13) Ф = 2р(1-р)Р + пр2. (2.14) Таким образом, в среднем, автокорреляционная функция сигнала телеметрии с шумом представляет из себя (см. Рис.2.4) ослабленную автокорреляционную функцию сигнала телеметрии без шума ((1 — р)2 1) с постоянной составляющей Ф..
Для завершения анализа вида коррелограммы, оценим отдельно ве В реальных приложениях, необходимо оценивать параметры сигнала и коррелограммы (р,Р,Ф,т) с минимальными вычислениями. Покажем как это можно сделать, имея оценки для М(Ф&) для к = 0,тп, где m есть небольшое целое число меньшее п.
Так как автокорреляционная функция сигнала телеметрии без шума (см. Рис.2.3) {Ф ;}=о в районе нуля есть линейная функция, можно оценить величину Фо путём линейной экстраполяции формулы (2.13) в точку к = 0, которая, как нетрудно показать, равна Р. Полученное экстраполированное значение будет выражаться как Р = (1 - р)2Ф0 + 2р(1 - р)Р + пр2 = (1 - р)2Р + 2р(1 - р)Р + пр2. (2.17) Теперь из уравнений (2.17) и (2.16) можно выразить р: Р= "Г/тЛ-1- (2Л8) п-М(Фо) Таким образом, для оценки р, нужно посчитать нулевой коэффициент автокорреляционной функции Фо, и посчитать экстраполированное в 0 значение нескольких первых коэффициентов Ф , разбросанных вокруг прямой. Здесь предполагается небольшая величина дисперсии Ф&, такая, что можно принять значение Ф& приближённо равным М(Ф ).
Имея в распоряжении оценку для р из уравнения (2.17) получим выражение для Р Р-1ГШЯ (2Л9) Далее из (2.14), подставляя найденные риР, находим Ф. Используя найденное линейное приближение первых коэффициентов Ф&, можно найти оценку для т. Расстояние от нуля до точки пересечения линией линейного приближения уровня Ф и будет оценкой значения т (Рис.2.4).
Вычисление функций горизонтальных координат зонда
Точность локализации зонда в пространстве падает по мере увеличения расстояния до зонда. Это сказывается на точности измеряемых значений скорости и направления ветра.
Рекомендации, изложенные в [80], решают указанную проблему с точностью путём увеличения слоев измерения ветра в зависимости от высоты подъёма зонда. Такая схема не позволяет непосредственно оценить ошибки измерения и, соответственно, не позволяет их непосредственно контролировать. Желательно иметь способ оценить ошибки измерений параметров ветра, с целью контроля за их влиянием на измерения, за счёт регулирования толщины слоя, в котором измеряется ветер.
В первом приближении можно предположить, что точность измерения ограничена угловым разрешением угломера радарной колонки, т.е. точность измерения угловых координат зонда станцией не зависит от наклонной дальности. Чтобы получить более точную картину, необходимо учесть остроту диаграммы направленности и чувствительность тракта измерения угловых координат. Здесь ограничимся первым приближением.
Пусть мы измеряем скорость и направление ветра в некотором слое по высоте по формулам: V = A/At, D = arctg(Ax/Ay), где Да; и Ау — смещения зонда по горизонтали по координатам хну, соответственно на нижней и верхней границе слоя, а А = у/Ах2 + Ау2. Параметр At есть время, за которое зонд пролетел рассматриваемый слой. Для оценки ошибки измерения скорости и направления ветра, используются формулы: 5у = d - a/At— ошибка в скорости ветра, (3.4) 5D = d- а/А — ошибка в направлении ветра. (3.5) Здесь d — средняя наклонная дальность в слое, и — ошибка измерения угловых координат.
Имея в распоряжении формулы (3.4) и (3.5), из набора координатных отсчётов создаётся новый набор, в который включаются только отсчёты, образующие слои, в которых параметры ветра измеряются на хуже чем
Полученный профиль направления и скорости ветра далее проходит проверку на достоверность. Отбрасываются те отсчёты в профиле, в которых градиент скорости ветра превышает по абсолютной величине 30 . Таким образом, на выходе получаем профиль ветра, состоящий из отсчётов: /Ч ветріЛ - Ч ветрі)) ( ветрі) (o.lU)
Для определения скорости и направления ветра на заданной высоте из рассчитанного профиля ветра (3.10) восстанавливаются, при помощи линейной интерполяции, непрерывные функции V(h), D(h) — зависимости скорости и направления ветра от высоты подъёма. Если расстояние между узлами интерполяции более 1000 м — интерполяция не производится. Наконец берутся значения V(h) и D(h) на нужной высоте.
Максимальное расстояние интерполяции было выбрано идентичным значению, используемому вычислительной машиной АВК-1 (см. [53]). В соответствии с [80], максимумом принимается по определению уровень выше 500 мб такой, что на нём скорость ветра больше 30 м/с, на 2 км выше и ниже его есть уровни со скоростью ветра меньшей более чем на 10 м/с и нет уровней с большей скоростью. Дополнительно, определяем уровень наибольшего ветра, как уровень выше 500 мб такой, что на нём скорость ветра больше 30 м/с и больше скорости на всех остальных уровнях. Для уровней ниже 100 мб и выше 100 мб, уровни максимальных ветров определяются отдельно. Ниже 100 мб и выше 100 мб берутся 3 наибольших по значению скорости ветра максимума, обязательно включая уровень наибольшего ветра. Если имеется более одного максимума с одной скоростью, то приоритет отдаётся тому что расположен ниже.
Дополнительно, для 2-х наибольших по величине скорости максимумов рассчитываются вертикальные сдвиги. Если уровень с наибольшим ветром является наивысшей точкой зондирования, то для него сдвиги не рассчитываются. Рассчитываются сдвиги по формулам: Ани = y/V(H) + V(H.y - 2V(H)V(H-)cos(D(H„) - D(H)), для нижнего сдвига и Аверхн = У/У(НУ + V(H+y - 2V(H)V(H+)cos(D(H+) - D(H)), для верхнего, причём V(H),V(H-),V(H+) — скорости ветра на уровне максимума, на уровне 1000 м выше и на 1000 м ниже; D(H), D(H-), D(H+) — направления ветра на уровне максимума, на 1000 м выше и на 1000 м ниже.
Детальное устройство программных модулей и их взаимодействия
Оба модуля — модуль вычисления метеоэлементов и модуль обработки координат — являются источником данных для модуля сбора полётных данных. Задача этого модуля заключается в сборе значений метеоэлементов и координат с временными штампами и запись этих значений как в память, так и на постоянное хранение в архив. Модуль сбора полётных данных использует модуль вычисления профилей для расчёта текущей информации о полёте, которая передаётся главному управляющему модулю для выдачи этой информации оператору и обеспечения координации работы других модулей во время полёта. Информация о полёте, в частности, включает в себя наличие необходимой информации для формирования различных аэрологических телеграмм.
Так как терминал оператора насыщен различной информацией поступающей разным темпом, был выделен отдельный модуль, ответственный за представление текущей информации о полёте на экран оператору — модуль индикации данных оператору. Этот модуль использует главный управляющий модуль для непосредственной индикации. Все модули внутри конфигурации обработки полётных данных имеют прямой доступ к модулю индикации. Это позволяет упростить передачу разнородной информации из различных модулей и сократить число интерфейсов для обеспечения индикации.
Определение цепочки модулей, входящих в конфигурацию обработки полётных данных, входит в задачу главного управляющего модуля. Конфигурация меняется на разных этапах пуска — в холостом режиме, когда вся обработка сводится к минимуму и ничего не архивируется, при подготовке к пуску, когда метеоэлементы используются для проверки датчиков, когда зонд на земле и координатная информация используется для отслеживания начала пуска. Отдельная конфигурация используется когда зонд находится в воздухе. Кроме того, в конфигурацию включаются разные модули расчёта в зависимости от типа зонда и вариантов аппаратного обеспечения. В общем, главный управляющий модуль управляет конфигурацией, выстраивая её подходящим образом из модулей, как из кубиков конструктора. Таким образом, можно легко адаптировать «Эол» для новых зондов, типов станций и аппаратного обеспечения — написанием дополнительных модулей ввода данных и, если нужно, модулей обработки.
Как уже упоминалось, главный управляющий модуль может создать специальную конфигурацию для чтения данных из архива. Это замечательный пример расширения, когда пуск зонда фактически напрямую читается из хранилища вместо датчиков аэрологической станции. Достигается это путём специального типа модуля сбора полётных данных, который вместо приёма информации от модулей вычисления метеоэлементов и обработки координат, напрямую вычитывает эти же значения из архива.
Каждый модуль формирования телеграммы, используемый главным управляющим модулем, позволяет создавать определённый вид стандартной аэрологической телеграммы. Для каждой телеграммы есть специальный вид этого модуля, специализирующийся на этой телеграмме. Несмотря на различия, все виды модуля для различных телеграмм базируются (наследуются в терминах ООП) на базовом модуле, предоставляющим общие сервисы для всех телеграмм. Это такие сервисы, как сохранение телеграммы в архиве и последующее чтение её из архива. Это необходимо, так как аэролог может внести коррекции в автоматически-сгенерированные телеграммы, и эти коррекции должны быть сохранены. Кроме того, базовый модуль обеспечивает функцию редактирования телеграмм.
Как только телеграмма сгенерирована модулем формирования телеграммы, главный управляющий модуль вызывает модуль вывода телеграммы. Модулей вывода телеграммы несколько видов — каждый специализируется на определённом устройстве вывода. На данный момент, воплощены модули вывода на телетайп, принтер и в файл. Главный управляющий модуль вызывает соответствующий модуль вывода в соответствии с директивами оператора.
