3. 遥测参数体系与分类

遥测参数体系是星务系统进行数据采集、传输、处理和判读的基础。星上各分系统产生的遥测信息种类繁多，从温度、电压等连续变化的物理量，到开关通断、工作模式等离散状态，再到计数器、校验码等数字信息，都需要按照统一的分类、编码和校准规则纳入遥测帧结构中。理解参数分类与校准方法，是正确设计遥测帧、编写判读软件和进行故障诊断的前提。

一、按信号形态分类：模拟量、数字量与状态量

从星上传感器输出到遥测采集接口的信号形态来看，遥测参数首先分为三大类。

模拟量是指随时间连续变化的物理量，如热敏电阻输出的电压、压力传感器输出的电流、太阳电池阵的电压电流等。模拟量在进入遥测系统前，通常需要经过信号调理（放大、滤波、阻抗匹配），再由A/D转换器量化为二进制码。模拟量的特点是取值连续、需要校准才能还原为物理量，且对噪声和参考电压漂移敏感。

数字量是指以二进制形式直接表示数值或编码的信息，如星上计算机的计数器值、存储器使用量、GPS时间码、CRC校验结果等。数字量通常由星上设备直接以并行或串行数字接口输出，遥测采集端只需按位读取并组帧，不需要A/D转换。数字量的“值”本身就是信息，但可能需要按协议解释为有符号数、无符号数或BCD码。

状态量是数字量的一个特殊子集，表示离散的、有限个状态或事件，如“电源开/关”“模式A/B/C”“阀门开/闭”“故障标志置位/复位”等。状态量通常用1位或几位二进制表示，其判读依赖状态编码表，而不是数值大小。状态量在遥测帧中往往集中排列，便于地面快速扫描。

二、按信息层次分类：工程参数与物理参数

从地面用户使用的角度，遥测参数又可分为工程参数和物理参数两个层次。

工程参数（又称原始码值、计数码）是遥测帧中实际传输的二进制数值，例如某温度通道的A/D转换结果为0x2A3。工程参数是星地接口的直接产物，其数值范围由A/D位数、采集电路增益和参考电压决定。工程参数本身没有物理意义，必须经过校准才能使用。

物理参数是工程参数经过校准公式换算后得到的、具有明确物理单位和物理意义的量，如“+25.3 ℃”“28.5 V”“0.12 MPa”。物理参数是地面判读、趋势分析和故障诊断的直接依据。工程参数到物理参数的转换过程称为校准（标定），是遥测数据处理的核心环节。

两者关系可概括为：物理参数 = f(工程参数)，其中f由校准方法确定。同一工程参数在不同校准系数下可能对应不同物理量，因此校准系数的正确性直接决定遥测判读的可信度。

三、参数编码与帧内组织

遥测参数在帧中的编码方式决定了地面如何正确提取和解释。常见编码约定包括：

• 无符号整数：直接按二进制权值解释，如8位无符号数范围0～255，常用于计数器、电压码值。
• 有符号整数：最高位为符号位，常用补码表示，如温度码值可能为负。
• BCD码：每4位表示一个十进制数字，常用于时间码、编号等需要人工阅读的字段。
• 状态位/位域：1位表示一个开关状态，或几位组合表示一个模式编号，需配合状态编码表判读。
• 浮点数：部分星上计算机直接输出IEEE 754格式浮点遥测，地面按浮点格式解析。

在遥测帧中，参数通常按“帧同步码—帧计数—参数区—校验码”的结构组织。参数区内的每个参数需要明确起始位、长度、编码类型和校准系数索引。例如某遥测帧中，第17～24位为“蓄电池电压码值”，8位无符号整数，校准系数索引为V01；第25位为“充电状态”，1位状态量，0表示“未充电”，1表示“充电中”。

四、量程与校准方法

量程是指参数在物理意义上的有效测量范围，例如某温度传感器量程为-40 ℃～+85 ℃，对应A/D输出码值0x000～0xFFF（12位）。量程决定了校准直线的斜率和截距，也决定了判读时的上下限告警阈值。

常用的校准方法有线性校准和分段线性校准两种。

线性校准适用于传感器输出与物理量呈良好线性关系的情况。设工程码值为C，物理量为P，则：

P = K × C + B

其中：
K = (P_max - P_min) / (C_max - C_min)    // 斜率
B = P_min - K × C_min                    // 截距

例如某电压通道量程0～30 V，对应12位A/D码值0～4095，则K = 30/4095 ≈ 0.007326 V/LSB，B = 0。若某时刻码值为2048，则物理电压约为15.00 V。

分段线性校准适用于热敏电阻等非线性传感器。将量程分为若干段，每段用不同的K、B系数。例如某热敏电阻温度通道分为-40～0 ℃、0～40 ℃、40～85 ℃三段，每段分别给出校准系数。地面处理时先根据码值判断所在段，再套用对应系数。

五、参数体系设计要点与示例

设计遥测参数体系时，应遵循以下要点：每个参数必须有唯一编码（如分系统号+参数序号）；必须明确信号形态（模拟/数字/状态）；必须给出量程、编码类型和校准系数索引；状态量必须附带状态编码表；模拟量必须给出校准公式或系数表。

下表给出一个简化的遥测参数定义示例，用于说明各字段的组织方式：

以EPS-V01为例，若帧中读到码值0x80（十进制128），按K=0.1176 V/LSB计算，物理电压约为15.05 V。若该通道量程上限为30 V，则15.05 V处于正常范围；若读到0xFF（255），对应约29.99 V，接近上限，应触发过压告警。这就是从工程参数到物理参数、再到判读决策的完整链路。

从上述示例可以看出，遥测参数体系的设计不是简单的“列清单”，而是要把信号形态、编码方式、量程、校准系数和判读阈值作为一个整体来考虑。工程参数与物理参数之间的校准关系，是连接星上采集与地面应用的桥梁；状态量的编码表则是快速判读卫星工作模式的关键。只有把分类、编码、量程和校准方法都定义清楚，遥测数据才能真正转化为可用的卫星健康状态信息。