CN102147967A - 一种卫星数据采集和传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及空间飞行器,本发明的目的在于提供一种适应多种监测需求、格式多样、变化灵活简便的卫星数据采集和传输方法。具体包括数据采集软件化、数据的局部组帧和整体组帧、数据的多态传输及格式重构技术。本发明解决了小型卫星基于分布式数据处理系统的遥测采集和传输问题,可根据地面控制改变数据的采集周期和传输的数据内容,大大提高了卫星对地面维护和用户监测需求变化的适应性;遥测传输格式的可重构功能,对遥测信道资源进行了优化配置使用,提高了有限的遥测信道资源的利用率,提高了系统实用性。

Description

一种卫星数据采集和传输方法
技术领域
本发明涉及宇航飞行器,特别涉及一种卫星数据采集和传输方法。
背景技术
根据卫星各项要求及相互制约的特性,开展了多态卫星遥测采集和传输方案的设计研究。其采集和传输要求高。卫星采用基于CAN总线的分布式系统,虽然该形式已在国内多颗卫星上使用,但鉴于卫星遥测数据量大、总线传输压力大,同时还要考虑星务计算机(含上位机)的小型化设计要求,采用已有的数据主要由中心计算机处理的方式,总线传输数据量大、下位机工作量大,容易造成数据堵塞、处理效率低,无法同时满足上述要求。因此,根据需要解决以下的技术问题:卫星正常工作状态下的一般速率的遥测采集和传输;个别分系统应急状态下的数据加密采集监测;减少总线上遥测数据传输率;根据用户要求可地面遥控改变监测数据内容和采集疏密程度;确保数据传输完整性和可读性;遥测设备的小型化、轻量化设计;采用冗余设计提高设备在空间运行的可靠度和可维修性,综合满足以上要求前提下,设计一种卫星遥测采集和传输方法。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道,也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
为了满足上述要求,解决上述技术问题,本发明的目的在于提供一种适应多种监测需求、格式多样、变化灵活简便的卫星数据采集和传输方法。
为了达到上述发明目的,本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种卫星数据采集和传输方法,其特征在于:
所述方法包括以下步骤:
在分布式数据处理系统中,由下位机分别负责航天器上某个分系统或某部分设备的数据采集,并根据当前模式定义选择需要的遥测数据、按传输周期组成数据分帧,数据分帧中数据的内容和疏密由下位机完成编排;
每帧数据分帧模式定义由上位机通知各下位机,通知指令在每个数据全帧采集前一个采集周期内经总线广播,下位机收到广播指令后进行模式状态字设置,并设置随后遥测采集内容和编排格式的相关参数;
上位机选择若干下位机及其某模式的数据分帧按规定顺序组合,组合成不同格式的全帧数据,每帧数据格式可变;
上位机按组合格式规定的顺序依次向相应下位机发送数据读取指令,接收下位机响应回发的数据分帧后组合到当前数据帧尾部,完成所有数据采集后填入卫星时间、进行数据校验并组成全帧数据发送。
本发明带来以下有益效果:
本发明一种卫星遥测采集和传输实施方案,由于采取上述的技术方案,采用分布采集组帧-集中控制、组帧软件化、遥测接口内部化等设计思想,使遥测采集和组帧并行操作,提高了系统处理效率高;组帧快速简便、并可根据不同阶段不同情况,随时改变实时监测内容和周期,满足不同监测要求;使避免了全部数据在总线上大批量传输,而是有选择有快慢的传输,满足1减小总线数据传输流量的要求;使大量遥测采集外部接口转为单机内部连接,使遥测中央处理单元与数管计算机集成设计,大大提高了设备的集成度,减少设备数量和连接电缆,减小设备体积,促进达到小型化设计要求;“遥测格式组帧”由传统的硬件实现方法改为软件处理,避免了“硬件处理采集时序控制和格式组帧,对遥测监测需求变化适应性差”的弱点,使遥测格式编排更加灵活可变、格式重构简便易行,避免硬件改动,减小了设计更改成本;遥测由各系统下位机采集组帧,提高了系统设计的独立性,便于系统的优化、升级。综合上述各项方案特性,解决了技术难题,满足了任务要求,且提高了设备的通用性、维修性,增强了卫星的模块化设计程度,提高了卫星应对地面监测需求变化的适应能力和快速响应能力,并由于设备的小型化、轻量化、通用化设计,节省了研制成本,提高了卫星研制的经济效益。
附图说明
图1分布式系统结构图
图2遥测数据结构组成图
具体实施方式
参见图1,图中m1,m2,……mn位于区间[1,该下位机模式总数]。
卫星数据通信网络由一个上位机(通常设置在数管/星务计算机里)、若干分系统下位机(设置在系统分处理器或某设备中,下位机数量根据卫星需要设置)及总线组成。
主要分系统(包括载荷、姿轨控、电源、热控等)分别设置系统下位机,每个下位机采集对应分系统的遥测参数,并组成数据分帧,分帧可根据系统监测需要预先设置若干种编排模式,如:常态、基本、各种监测重点、快速等等,不同模式下遥测数据量和采集周期不同,以满足正常工作、本系统故障、其它系统故障、加快采集、重点监测等不同状态下的不同需求。
本发明的一个较佳实施例的航天器遥测采集和传输方法,包括:
分布式下位机(名称也可为远置单元、远程终端等)进行遥测采集和多模式分帧编排;遥测组帧(包括分帧编排、全帧编排)软件化;上位机进行魔方式数据整帧组合、每帧数据组合方式可变;上位机(名称也可为中心计算机、中心控制单元等)控制实施全帧数据的格式、内容,控制下位机的数据传输时序;组合格式切换指令简短灵活,并可根据新的格式要求随时生成新的控制指令遥控实施卫星更改。
在分布式数据处理系统中,由下位机分别负责航天器上某个分系统(或某部分设备)的数据采集,并根据当前模式定义选择需要的遥测数据、按传输周期组成数据分帧,数据分帧中数据的内容和疏密由下位机完成编排。
每帧数据分帧模式定义由上位机通知各下位机,通知指令在每个数据全帧采集前一个采集周期内经总线广播,下位机收到广播指令后进行模式状态字设置,并设置随后遥测采集内容和编排格式的相关参数。
上位机选择若干下位机及其某模式的数据分帧按规定顺序组合,组合成不同格式的全帧数据,每帧数据格式可变。如同魔方的一个平面,每一列方块的颜色可变,旋转选择不同的颜色组合后产生不同的平面效果。
上位机按组合格式规定的顺序依次向相应下位机发送数据读取指令,接收下位机响应回发的数据分帧后组合到当前数据帧尾部,完成所有数据采集后填入卫星时间、进行数据校验并组成全帧数据发送。
遥测数据组帧(包括分帧和数据全帧),均由软件(包括上位机和下位机软件)控制实现。
遥测组合格式包括常规和特殊两种,均可由地面测站发送相关指令控制切换,常规格式采用固化指令,特殊格式可由地面根据需要生成控制指令,随时发送切换。
遥测数据种类多、数据量大,格式变化复杂,除对实时监测数据采用上述多种格式传输外,还对境外存储数据、软件程序、控制参数等其它数据采用与实时监测数据以帧组合方式进行传输,其它数据不影响实时数据格式的变换;需要时仅传输实时数据以提高采集密度。
下位机不是独立设备,而是以功能板形式内置各系统的某个设备中。
将传统的遥测中央处理单元与数管计算机集成设计,将遥测采集、组帧、格式编排与数据存储、数据管理、时间管理、GPS定位等功能集成在一台单机实现。
上位机在组织每帧数据前,预先通过总线广播该帧中各下位机分帧模式和下帧计数,下位机收到广播后完成对应分帧的数据采集和格式编排,并在下一次上位机请求数据时,将该分帧发出。“分帧模式和帧计数”广播帧格式如表1所示(以共8个下位机举例)
表1:“分帧模式、全帧计数”广播帧格式
Figure GSA00000031085500051
注:(1)模式字取值自行设计,码距>2,以5种模式举例:
(2)常态模式01H;基本模式02H;系统重点模式04H;快速模式08H;通信模式10H
上位机接收完全数据后,打上时标,填入数据帧方式字、模式字、帧计数等特征信息后组成完整数据帧、调制输出。组成后数据全帧格式如表2所示,数据模式构成示意如表3所示。
表2:数据全帧格式
Figure GSA00000031085500052
注:(1)n为每帧数据的字节长度,数值为2N-1,N为正整数,如127、255等;
(2)m为每重复传输周期内的帧总数,数值为2M-1,M为正整数,如31、127等;
(3)n,m由航天器设计根据测控信道资源和传输要求自行规定,要求符合国军标规定。
表3:数据帧模式组合构成示意
Figure GSA00000031085500061
注:(1)每种组合下进行格式编排时,由用户自定义每帧数据中包含的分帧数量、分帧模式,可以包括1~8个下位机的数据分帧,每个下位机的分帧可以是一种模式的数据,也可以是若干个模式的数据分帧,分帧长度可以不同。
(2)每种组合可以占用随意帧数据,组合切换时整帧数据完成传输后切换,确保格式完整性。
表4一个数据分帧构成分解
Figure GSA00000031085500071
地面根据监测要求控制卫星改变组合方式,通过遥控发送控制指令实现,指令格式中规定了传输哪几个下位机遥测、各个下位机的哪几个模式的数据、传输的顺序等内容,控制指令格式(主要内容)如表5所示。
表5组合方式切换控制指令格式表
  组合方式字   下位机1#序号   下位机2#模式   下位机2#序号   下位机2#模式 ……
  8bits   4bits   8bits   4bits   8bits
  每种新的组合方式定义一个标志值   下位机1#定义   下位机1#分帧模式定义   下位机1#定义   下位机1#分帧模式定义
注:下位机排列顺序由地面指定,传输时按此顺序依次下传对应分帧数据。

Claims (4)

1.一种卫星数据采集和传输方法,其特征在于:
所述方法包括以下步骤:
在分布式数据处理系统中,由下位机分别负责航天器上某个分系统或某部分设备的数据采集,并根据当前模式定义选择需要的遥测数据、按传输周期组成数据分帧,数据分帧中数据的内容和疏密由下位机完成编排;
每帧数据分帧模式定义由上位机通知各下位机,通知指令在每个数据全帧采集前一个采集周期内经总线广播,下位机收到广播指令后进行模式状态字设置,并设置随后遥测采集内容和编排格式的相关参数;
上位机选择若干下位机及其某模式的数据分帧按规定顺序组合,组合成不同格式的全帧数据,每帧数据格式可变;
上位机按组合格式规定的顺序依次向相应下位机发送数据读取指令,接收下位机响应回发的数据分帧后组合到当前数据帧尾部,完成所有数据采集后填入卫星时间、进行数据校验并组成全帧数据发送。
2.按照权利要求1所述的一种卫星数据采集和传输方法,其特征在于:遥测数据组帧,包括分帧和数据全帧,均由软件,包括上位机和下位机软件控制实现。
3.按照权利要求1所述的一种卫星数据采集和传输方法,其特征在于:遥测组合格式包括常规和特殊两种,均可由地面测站发送相关指令控制切换,常规格式采用固化指令,特殊格式可由地面根据需要生成控制指令,随时发送切换。
4.按照权利要求1所述的一种卫星数据采集和传输方法,其特征在于:下位机以功能板形式内置各系统的某个设备中。
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