CN101969359A - 小卫星电子载荷任务上注及处理方法 - Google Patents

Abstract

小卫星电子载荷任务上注及处理方法，将各电子载荷任务分别拆分成多个数据帧，当卫星进入可控区域内时，将各数据帧按照拆分时的顺序或者乱序经由地面站向卫星连续发送。当所有数据帧全部成功接收完毕后，卫星上的载荷下位机将接收到的各数据帧进行对应组合，恢复成各载荷任务，并将各载荷任务按照预定的执行时间进行排序，形成任务执行排序表，然后按照任务执行排序表，在规定的时间段内执行相应的载荷任务，根据任务的执行情况不断的更新任务执行排序表。当载荷下位机发生中断需要关机时，保存最新更新的任务执行排序表。本发明方法解决了多载荷任务的上注及有效处理问题，具有操作简单、可靠性高、灵活性好的特点。

Description

小卫星电子载荷任务上注及处理方法

技术领域

本发明属于卫星通信(遥感)领域，涉及一种卫星任务在轨注入方法。

背景技术

现代小卫星以当代迅猛发展起来的微电子、微计算机、微机械、新材料和新工艺等高新技术为依托，应用新的设计概念和科学处理方法，形成并具有了重量轻、体积小、研制发射成本低、性能好、研制周期短、发射灵活、低轨运行等特点。具体来讲，它与传统大卫星相比的优势如下：(1)重量轻，体积小。(2)研制周期短，成本低。(3)发射灵活，启用速度快，抗毁性强。(4)卫星技术性能高。但与大卫星相比小卫星也有一些劣势，比如小卫星的轨道一般为低轨，过境时间短，从而对小卫星的遥控时间相对较短，为了让小卫星的有效载荷在特定时间内完成某些任务，就需要在可控的轨道，提前把有效载荷的任务上注。特别是对遥感类载荷，用户在特定时间内可能有特定的需求，因此有效载荷支持在轨任务上注是必不可少的。

所谓的有效载荷任务上注，就是把地面生成的有效载荷任务数据，通过地面遥控设备编排成某种遥控格式，然后发送到小卫星星上测控设备，星上测控设备接收处理后，把得到的数据发送给小卫星星务分系统，小卫星星务分系统根据数据通信协议把有效载荷任务数据发送到相应有效载荷，有效载荷接收到任务数据后，可根据任务数据的内容执行相应的任务。例如，遥感卫星可根据收到的任务内容执行对某一区域的重复观测等等。

以往在执行小卫星电子有效载荷的上注任务时，由于载荷工作模式简单，上注的数据量有限(不足一个数据帧)，只需要一次上注即可完成，而且小卫星上搭载的有效载荷通常为相机、雷达等，只需要设定好设备硬件工作状态或者雷达产生何种脉冲即可，长时期内状态不会改变，因此工作模式较为简单，在轨任务执行也比较容易，基本不存在上注方法和在轨任务处理的问题。

随着小卫星电子有效载荷技术的发展，小卫星上搭载的有效载荷的功能变得越来越强大，任务模式也越来越多，应用也越来越灵活，例如遥感类卫星，工作模式可能包含对信号的识别、测量、采样、测向、解调等多种模式的组合，每种模式又对应有效载荷硬件的不同设置，由此带来的结果就是任务的数据量越来越大，因此对载荷任务的上注及处理提出了较高的要求。如何更有效、可靠、灵活的对需要执行的任务进行上注及上注的任务如何更有效进行处理，成为了一个比较关键的问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种操作简单、可靠性高、灵活性好的小卫星电子载荷任务上注及处理方法。

本发明的技术解决方案是：小卫星电子载荷任务上注及处理方法，步骤如下：

(1)将各电子载荷任务分别拆分成多个数据帧，当卫星进入可控区域内时，将各数据帧按照拆分时的顺序或者乱序经由地面站向卫星连续发送；

(2)当所有数据帧全部接收完毕后，卫星上接收数据帧的载荷下位机向星务主机返回“接收完毕”遥测信号，星务主机经由卫星测控单元把“接收完毕”遥测信号发送至地面站；

(3)卫星上的载荷下位机将接收到的各数据帧进行对应组合，恢复成各载荷任务，并将各载荷任务按照预定的执行时间进行排序，形成任务执行排序表；

(4)按照任务执行排序表，在规定的时间段内执行相应的载荷任务；若载荷下位机的时间到达某载荷任务的执行时间，则开始执行任务执行排序表中相应的载荷任务，若两个或多个载荷任务的执行时间相同或者执行时间有重叠，则在任务执行排序表中用最新上注的载荷任务覆盖冲突的原有任务，若在规定的时间段内所执行的载荷任务未处理完成，则立即停止执行未完成的载荷任务，若在规定的时间段内所执行的载荷任务已经执行完毕，则从任务执行排序表中删除已经执行完毕的载荷任务；

(5)载荷下位机发生中断需要关机时，保存最新更新的任务执行排序表。

所述的数据帧格式为“引导码+遥控帧”，遥控帧的格式为“地址同步字+方式字+遥控注入数据域+数字签名序列+CRC”，遥控注入数据域的格式为“主导头+数据域+差错控制域”，其中数据区域中的内容为地面生成的载荷任务数据包拆分成可上载的任务数据帧内容，任务数据帧的格式为“数据种类+数据总帧数+当前帧序号+当前帧编号+当前帧长度+任务包内容+校验位”。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明方法把一个复杂的载荷任务通过简单的拆分格式分为几帧，以数据帧的形式进行数据传输，以方便上载，操作起来非常方便。在数据拆分和传输过程中增加了累加效验和的比对，因而增加了上载内容的可靠性。使用本发明方法，通过上载格式中几个字节内容的比对即可获得上载是否正确，可以避免因地面操作的失误对星上设备造成的不良影响，发现地面少传数据或者不确定哪几帧未上载后，只需要补发相应数据帧即可，操作简便、灵活性好。

附图说明

图1为本发明方法的流程框图；

图2为本发明方法中数据帧格式示意图。

具体实施方式

对于多任务载荷(如遥感类电子载荷)，一次的任务可能数据量比较大，根据现行的星务遥控数据注入格式要求，数据域中的长度只有9字节，57字节，121字节，249字节四种长度。目前电子有效载荷所能生成的最大一帧数据可能只有249个字节，而比较复杂的电子载荷任务数据量已远远大于此。对于超过一帧最大字节数的任务，就存在任务上注机制与处理的问题。

如图1所示，为本发明载荷任务上注及处理方法的流程框图。用户根据需求提出需要执行的任务计划，由地面站生成任务包数据，地面判断生成任务数据包是否超过了一次上载的数据量，如果超过则把任务数据包分成可上载的数据帧长度，然后再生成上载的数据帧格式(图2中地面上行遥控数据格式)。把地面生成的可上载数据帧发送至卫星遥控单元时，可以通过顺序、乱序、或者漏帧补发的方式。其中顺序发送，是指按分帧序号，依次上注；打乱帧序发送，是可以随意序号上注，只要完成所有帧序号内容上注，就可以执行，包括重复上注帧序号；漏帧补发是在一次上注完成后，由于时间或疏忽造成某些帧没有上注，可以在下一次上注任务时补充发送漏帧，完成后也可以执行。这样，多种上载方式的存在可以避免由于发送错误造成的发送无效操作。

星上遥控单元对接收到的任务数据帧进行处理，得到星务主机可以接收的数据帧格式然后把数据帧送给星务主机(图2中星上星务接收数据格式所示)，星务主机收到数据帧后，将其处理成地面原始的载荷数据帧格式并发送给载荷下位机(图2中星上载和接受数据格式所示)，载荷下位机收到任务帧数据后，提取出任务总数，确定应该存在的帧序号，然后判断此帧数据校验和是否正确，如果不正确为无效数据，丢弃处理。如果正确，继续判断此帧序号是否为已经存在的帧序号，如果是则说明为地面重复上载，此时需要覆盖原来存在的数据帧，如果不是则说明此上载数据帧有效，然后继续判断是否为最后一个数据帧，此时应分情况进行处理：

1、如果是最后一个数据帧，则检查最后一帧所属的任务数据包校验和是否正确，如果不正确则需要判断该任务包含的所有帧序号是否齐全，如果所有帧序号不齐全说明地面还没有上载完成，需要继续上载所缺少的数据帧；如果所有帧序号齐全，说明任务上载不成功，需要地面重新上载；如果任务数据包校验和正确，则任务上载完成继续进行任务处理工作，提取新上载任务的时间与存储器中原有的任务时间列表比对，如果有冲突则用新上载任务替换原有任务，如果不冲突，把新上载任务按时间填充到原有任务执行排序表当中；

2、如果检查不是最后一个数据帧，则需要判断该数据帧所属任务包含的所有帧序号是否已经齐全，如果所有帧序号不齐全，说明地面上载还没有完成，需要继续上载所缺少的数据帧，如果所有帧序号齐全，那么通过找到最后一帧帧序号判断任务数据校验和是否正确，如果任务数据包校验和不正确，则说明任务上载不成功，需要地面重新上载，如果任务数据校验和正确，继续进行任务处理工作，即提取新上载任务时间与存储器中原有的任务执行排序表比对，如果有冲突则用新上载任务替换原有任务，如果不冲突，把新上载任务按时间填充到原有任务执行排序表当中。

任务上注和处理的过程都可通过返回地面的遥测判断。地面每次上载一帧数据，如果此帧数据正确有效，则可以通过表4中地面上注帧反馈遥测量看到已上载成功的帧序号。通过表3遥测确定任务包总帧后，再实时监控表4中遥测，可以发现上载的任务包数据帧是否完整，如果不完整可补充上注。当所有数据帧上载完成后，任务是否上注成功可通过表3中“上载任务包校验状态、通道未执行的任务块数据量和通道未执行任务包大小”判断，如果成功，上载任务数据包校验状态为正确，通道未执行的任务块数据量和通道未执行任务数据包大小和地面上注内容的一样。如果上载任务数据包校验状态不正确，或者任务块数据量和通道未执行任务数据包大小和地面上注内容的一样与地面上注内容不一致，那么需要地面重新上载。当上载完成后，就进行任务的管理，若新上载的任务与原有任务有冲突，则遥测“通道未执行总的任务块数量”不等于新上载的任务数与原任务数相加之和，同理“通道未执行总的任务块大小”不等于新上载的任务包大小与原任务包大小相加之和。

本发明中采用的数据帧格式如图2所示，所述的数据帧格式为“引导码+遥控帧”，引导码为0、1交替序列，长度一般不短于128bit，用于获取比特同步。遥控帧的格式为“地址同步字+方式字+遥控注入数据域+数字签名序列+CRC”，其中地址同步字是用以识别航天器和同步遥控译码器的16bit字，方式字是用来区分开关指令帧和注入数据帧两种格式，还可以区分这两种帧内不同地址、不同内容等，方式字长8bit，不同方式字之间码距至少等于3。数字签名序列为用户设定的一个标签，CRC为校验码，用于对方式字所对应长度的数据进行校验。遥控注入数据域的格式为“主导头+数据域+差错控制域”，主导头中包含载荷名称，数据域中的内容为地面生成的载荷任务数据，差错控制域用于接收端对接收的数据域进行检错，如可填充为主导头与帧数据域中的数据按字求异或和，长度可为两个字节。数据域的格式可见图2或者表2所示。图2中除数据域的内容外，其他格式为通用格式，只有结合数据域内容才体现任务上载的特点。

任务管理中的任务执行排序表存储任务队列，对于新上载成功的任务，会按照执行时间，插入到原先有的任务队列中，当所有任务排成一个列表后，按照时间顺序从列表的头执行到尾。

下面以图2中249字节数据域长度为例对本发明任务上注及处理方法做进一步说明，同样适用于其他数据域长度，上注和遥测的字节长度完全根据实际卫星设计的需要选择。

地面生成的星上载荷接收数据格式是指在地面生成的原始任务包数据分成可上载数据帧格式，不包括在传输过程中星务系统另增的头尾及校验。地面应将任务包进行分成若干个星务格式块，然后加入标识信息，每块大小为249字节。按照图2包含的内容生成的星务格式块可以如表1所示：

表1电子有效载荷地面生成星务格式块

在上表中，前面的内容可以根据载荷具体要求定义，但需要包含数据总帧数、当前帧编号、当前帧长度、任务包内容和校验和等等因素。

●数据种类：是指明数据用途

●数据总帧数：用于确定上载任务总共包含的帧数；

●当前帧编号：用于确定当前帧在整个任务数据中的位置；

●当前帧长度：用于确定此帧中有效的任务数据；

●任务包内容：根据载荷具体工作确定的内容，格式见表2；

●校验位：确认收到此帧的正确性。

表2任务包内容格式表

●任务包种类：是载荷上载的具体任务分类，包括载荷要执行何种工作；

●任务包总长度：是任务包总共的数据量；

●任务块1：是第一个任务的具体内容，包括开始时间、执行时间等。任务块N同理。

●任务块1起始地址：为任务块1内容存放的起始位置；任务块N起始位置同理。

●填充字节：当任务包不足240个字节整数倍时，需要补足到240个字节整数倍，可填充AA或其他内容，具体可根据实际研制情况确定；

●校验位：此校验位为任务包所有内容的校验位，此处设计为带进位的按字节累加和。

任务上载支持多种方式是按如下方式实现的：

首先收到每一个星务格式块中都包含的数据总帧数，当知道总帧数时，就能确定所拥有的帧序号，当确定已经收到所有帧序号时，在检验最后一帧任务包内容的校验位，当校验位正确时认为任务接收完毕，可运行。举例说明：当总帧数为3时，设帧序号为1，2，3，确定地面上传任务帧包含这三帧后检查3任务包内容的校验位，校验位正确，认为此任务已经正确接收，可运行任务。若存在重复上注相同帧序号的情况，且内容正确，则自动用后上注的帧内容覆盖前面上注帧内容。

任务上载成功与否可通过以下遥测量变化来判断：

表3任务包数据遥测量

任务包总帧数：表示每次上载所包含任务数据包一共拆成多少帧上载；

上载任务包校验状态：此为最后一帧数据中包含的整个任务数据包校验和是否正确，从而判断上载的任务数据包有效性；

通道未执行的任务块数量：是指每次上载任务数据包一个包含了多少个小任务；

通道未执行任务包大小：是指每次上载的任务数据包的大小；

通道未执行总的任务块数量：是指每次上载成功后任务执行排序表从新编排的总的小任务数量，如果不冲突等于新上载任务块数量+原有任务块数量，冲突等于新任务替换冲突任务后重新编排的任务执行排序表总的任务数量；

通道未执行总的任务块数量：是指每次上载成功后任务执行排序表重新编排的总的小任务数据量，如果不冲突等于新上载任务块数据量+原有任务块数据量，若冲突等于新任务替换冲突任务后重新编排的任务执行排序表的任务数量。

任务上载过程中可以通过表4获取现在上注的帧号，及获知是否有重复上载的帧号。

表4任务上注帧反馈遥测量

成功上载帧号X(1～8)：表示已经上载的帧序号，此遥测用于任务包上载时使用，当新的数据帧成功上载后，填在最前的位置，原来的数据依次向后移一个位置，若填满后，原来的最后一个数据移出队列。此遥测结合任务包总帧数可以看出是否所有帧已经上载过。

当多个249字节的任务帧上载成功后，即用户提出的一个任务包(包含很多小的任务)上载成功后，任务处理可能主要做以下两方面工作，未执行任务的处理和执行任务的处理。当任务未执行时，首先会按照图2的情况把所有任务按照时间顺序排序，当存在任务冲突时，按照最新上载的任务覆盖原任务的原则处理，最终排序后等待执行的任务为时间不重叠的顺序执行的任务表。对于执行任务，符合启动时间并且未到中止时间时，任务启动运行，当不在启动时间和中止时间中间时刻时，任务不执行。任务执行后只要满足中止时间要求就结束执行，并自行删除已经执行过的任务。如果载荷下位机发生中断需要关机时，将会保存最新更新的任务执行排序表。

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。

Claims (2)

1.小卫星电子载荷任务上注及处理方法，其特征在于步骤如下：

(1)将各电子载荷任务分别拆分成多个数据帧，当卫星进入可控区域内时，将各数据帧按照拆分时的顺序或者乱序经由地面站向卫星连续发送；

(2)当所有数据帧全部成功接收完毕后，卫星上接收数据帧的载荷下位机向星务主机返回“接收完毕”遥测信号，星务主机经由卫星测控单元把“接收完毕”遥测信号发送至地面站；

(3)卫星上的载荷下位机将接收到的各数据帧进行对应组合，恢复成各载荷任务，并将各载荷任务按照预定的执行时间进行排序，形成任务执行排序表；

(4)按照任务执行排序表，在规定的时间段内执行相应的载荷任务；若载荷下位机的时间到达某载荷任务的执行时间，则开始执行任务执行排序表中相应的载荷任务，若两个或多个载荷任务的执行时间相同或者执行时间有重叠，则在任务执行排序表中用最新上注的载荷任务覆盖冲突的原有任务，若在规定的时间段内所执行的载荷任务未处理完成，则立即停止执行未完成的载荷任务，若在规定的时间段内所执行的载荷任务已经执行完毕，则从任务执行排序表中删除已经执行完毕的载荷任务；

(5)载荷下位机发生中断需要关机时，保存最新更新的任务执行排序表。

2.根据权利要求1所述的小卫星电子载荷任务上注及处理方法，其特征在于：所述的数据帧格式为“引导码+遥控帧”，遥控帧的格式为“地址同步字+方式字+遥控注入数据域+数字签名序列+CRC”，遥控注入数据域的格式为“主导头+数据域+差错控制域”，其中数据区域中的内容为地面生成的载荷任务数据包拆分成可上载的任务数据帧内容，任务数据帧的格式为“数据种类+数据总帧数+当前帧序号+当前帧编号+当前帧长度+任务包内容+校验位”。

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