CN102364908A - 基于星载电子设备的信息传输系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于星载电子设备的信息传输协议系统及方法，具有如下技术效果：第一、实现了星上数据总线、OC信号、时钟信号、模拟信号、I/O信号的整合，从而简化卫星设计流程。第二、通过该协议，能够使校时功能、即插即用(PnP)、指令解析与执行功能在协议中完成。第三、为设备单机接口统一提供了有力支持。各单机应用相同的协议，不再进行协议方面的协调，大大提高了卫星设计效率。第四、将传统的星上数据和非数据信号进行分类，并规定相应的数据结构，分别通过物理层由不同的数据通道和非数据通道进行传输。第五、通过本发明设计的协议，可以为地面测试系统数据分配单独的通道，也可以提供专门的通道供卫星在轨运行时故障诊断使用。

Description

基于星载电子设备的信息传输系统及方法

技术领域

本发明涉及一种信息传输系统及方法，尤其涉及一种基于星载电子设备的信息传输系统及方法。

背景技术

    在目前的卫星电子系统设计中，数据总线的选择不统一，不同的型号设计中往往采用不同的数据总线，如采用RS485、CAN、1553B，以及SpaceWire等总线，采用的总线形式不统一，导致设计时需要大量的协议协调。除了数据总线外，时钟信号、模拟量采集、OC控制输出信号、I/O信号等的传输在不同的卫星型号设计中都需要重新设计。这就导致卫星设备间的连线错综复杂，型号设计进度缓慢。另外，除了硬件连接复杂，各单机设备在应用层的协议也不统一，不同的设备单机有不同的协议，不同的卫星设计需要重新设计物理层、数据链路层以及应用层协议。这就需要大量的人力去进行不同设备生产部门的协调，耗费大量的研发时间。

 

发明内容

本发明解决的技术问题是：构建一种基于星载电子设备的信息传输系统及方法，克服现有技术中星载电子系统传输协议复杂，需要大量的人力进行协调的技术问题。

本发明的技术方案是：构建一种基于星载电子设备的信息传输协议系统，所述星载电子设备传输协议系统的传输协议由三层构成，包括构建多条信息传输通道的物理层、提供应用接口的应用层、解析并执行传输指令的链路层、进行传输协议管理的网络管理单元，所述链路层向上连接所述应用层，向下连接所述物理层，所述物理层包括多个信息传输通道，所述信息传输通道包括传输数据信号的数据通道和传输非数据信号的非数据通道。

本发明的进一步技术方案是：所述数据通道传输数据或指令。

本发明的进一步技术方案是：所述非数据通道传输I/O信号、OC输出信号、时钟信号、模拟信号中的一种或多种。

本发明的进一步技术方案是：所述链路层包括对传输协议系统进行周期性时间校准的校时单元，所述校时单元将校正后的时钟信息向星载电子设备提供。

本发明的进一步技术方案是：所述指令包括直接指令和间接指令，所述链路层包括对星载设备指令进行解析和转发的指令解析单元，所述指令解析单元包括对所述直接指令和间接指令的解析和判断，根据解析和判断结果进行转发。

本发明的进一步技术方案是：通过数据通道与非数据通道的配合使用，实时采集星载电子设备的在线状态与信息，实现星载电子设备的即插即用。

本发明的进一步技术方案是：所述应用层包括根据各数据通道和各非数据通道的信号传输定义获取相应通道的信号并进行传输的信息获取单元。

本发明的进一步技术方案是：所述信息传输通道采用主从通信方式进行通信。

本发明的技术方案是：提供一种基于星载电子设备的信息传输方法，所述星载电子设备传输协议系统的传输协议由三层构成，包括构建多条信息传输通道的物理层、提供应用服务的应用层、解析并执行传输指令的链路层、进行传输协议管理的网络管理单元，所述链路层向上连接所述应用层，向下连接所述物理层，所述物理层包括多个信息传输通道，所述信息传输通道包括传输数据信号的数据通道和传输非数据信号的非数据通道，所述信息传输方法包括如下步骤：

接收待传输信息：接收待传输的信息；

解析并执行传输指令：对传输信息进行解析并执行传输指令；

与用户应用程序建立接口：通过获取命令和数据，将传输的信息按数据信号和非数据信号确定传输信息的通道；

进行信息传输：选取信息传输通道，按确定的数据通道和非数据通道通过选取的信息传输通道进行信息传输。

本发明的进一步技术方案是：所述数据通道为多条分别传输相应的数据和指令，所述非数据通道为多条分别传输相应的状态信号、时钟信号、模拟信号中的一种或多种。

本发明的技术效果是：本发明基于星载电子设备的信息传输协议系统及方法，所述星载电子设备传输协议系统的传输协议由三层构成，包括构建多条信息传输通道的物理层、提供应用服务的应用层、解析并执行传输指令的链路层、进行传输协议管理的网络管理单元，所述链路层向上连接所述应用层，向下连接所述物理层，所述物理层包括多个信息传输通道，所述信息传输通道包括传输数据信号的数据通道和传输非数据信号的非数据通道。本发明基于星载电子设备的信息传输协议系统及方法，具有如下技术效果：第一、将卫星上的数据传输、时钟信号传输、I/O信号传输、OC控制输出以及模拟量采集等功能统一起来，实现了星上数据总线、时钟信号、I/O信号、OC信号、模拟信号的整合，从而简化卫星设计流程。第二、通过该协议，能够使校时功能、即插即用(PnP)、指令解析与执行功能在协议中完成。第三、本发明的物理层包含不同的通道，用于数据的传输，另有用于辅助功能的非数据通道，这样，为设备单机接口统一提供了有力支持。各单机具有相同的协议，因而不必再进行协议方面的协调，大大提高了卫星设计效率。第四、应用层对总线命令与数据获取服务的通道进行了规定。将传统的星上数据和非数据信号进行分类，并规定相应的数据结构，分别在物理层由不同的数据通道和非数据通道进行传输。第五、通过本发明设计的协议，可以为地面测试系统数据分配单独的通道，可以提供专门的通道供故障诊断系统使用。

 

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的物理层具体结构示意图。

图3为本发明的链路层功能结构示意图。

图4为本发明命令与数据获取服务功能结构示意图。

图5为本发明的流程图。

 

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明技术方案进一步说明。

如图1、图2所示，本发明的具体实施方式是：构建一种基于星载电子设备的信息传输协议系统，所述星载电子设备传输协议系统的传输协议由三层构成，包括构建多条信息传输通道的物理层1、提供应用接口的应用层2、解析并执行传输指令的链路层3、进行传输协议管理的网络管理单元4，所述链路层3向上连接所述应用层2，向下连接所述物理层1，所述物理层1包括多个信息传输通道，所述信息传输通道包括传输数据信号的数据通道11和传输非数据信号的非数据通道12。

如图1、图2所示，本发明的具体实施过程如下：卫星的星载设备上有多种需要传输的信息，本发明中，将星载设备之间传输的信息分为数据信号和非数据信号，这些信号分别通过不同的数据通道和非数据通道进行传输，在实现传统卫星的信息传输功能的同时，简化协议协调过程，提高卫星设计效率。所述星载电子设备传输协议系统的传输协议由三层构成，包括构建多条信息传输通道的物理层1、提供应用服务的应用层2、解析并执行传输指令的链路层3、进行传输协议管理的网络管理单元4，所述链路层3向上连接所述应用层2，向下连接所述物理层1，所述物理层1包括多个信息传输通道，所述信息传输通道包括传输数据信号的数据通道11和传输非数据信号的非数据通道12。在具体传输过程中，数据信号通过数据通道11传输，非数据信号通过非数据通道12传输。具体实施例中，所述数据通道传输数据或指令，星载设备之间的数据或指令通过数据通道传输。所述非数据通道传输状态信号、I/O信号、时钟信号、模拟信号、OC（Open-Collector，集电极开路，简称“OC”）控制输出信号中的一种或多种，这些非数据信号通过非数据通道传输。

本发明的具体实施例中，物理层1由网络管理单元4进行管理，完成对物理层的复位、参数设置与读取。其中，复位是对物理层进行重新上电的操作。所述物理层包括通过设置参数选取信息传输通道以使所选信息传输通道有效，参数设置是对物理层1变量寄存器设置数据，该参数设置的第一个功能是完成物理传输前同步码扩展及传输后间隔扩展的设置，第二个功能是在物理层1完成对不同数据通道的选通。只有当该通道选通时，卫星上的设备才可以通过该通道进行信息传输。通过对物理层1配置，可以将符合该协议的硬件设备设置为数据全部接收，也就是说，配置为对所有通道的数据进行接收。这种情况主要用于支持需要全部接受数据的情况，比如卫星的测控应答机需要接收全部数据组成遥测帧，故障诊断单机需要监测全部数据进而进行故障诊断。参数读取是对物理层1变量寄存器中的参数进行回读的操作，通过回读可以获得当前所用的通道。物理层1向下直接连接传输介质，向上与链路层3连接。物理层1的数据通道和非数据通道可以单独完成某些任务，还可以相互配合完成某项任务的情况。本发明的一个具体实例中，设置一条非数据通道12用于传输时钟脉冲，该脉冲具有周期性；设置一条非数据通道，用于通过电平的变化指示某种的状态。本发明的一个具体实例中，采用5对差分数据线，作为数据通道，这5对差分数据线采用RS485电平形式。

如图3所示，本发明的具体实施例中，链路层3向下连接物理层1，向上连接应用层2。链路层3除了完成传统的数据总线链路层功能，包括数据编码与解码、对链路层3数据帧格式以及帧控制码的规定、差错控制、通信方式、传输速率设置的功能。本发明的校时单元还提供校时服务，本发明的解析单元还具有指令解析与执行的功能。链路层3由网络管理单元4进行管理，负责对链路层复位、参数设置与读取、时间与标识的定义。

具体来说，本发明针对卫星电子系统的应用需求，设置了本发明链路层的校时单元和解析单元。校时单元为了使星上设备的时钟保持一致而进行的周期性的时间校准。本发明对链路层3校时单元进行的校时仅限于在协议内部，并且在链路层3完成，而不涉及应用层2，同时，校时完成的过程，除了必须从GPS单机获取时钟信息，不依赖于任何其它设备单机；时钟同步功能完成后，必须能够向卫星上其他设备提供校正后的时钟信息。校时服务的完成必须利用一条非数据通道12和一条数据通道11。

具体来说，本发明的解析单元进行指令解析与执行。所述星载电子设备包括测控应答机、进行星载电子设备控制的星载机、执行指令的星载执行设备。所述星载电子设备的指令有直接指令和间接指令，直接指令是指由地面发送给测控应答机，测控应答机直接将该指令发送给相关星载执行设备，从而直接驱动相关星载执行设备进行动作的指令。间接指令是这样一种指令，其传输分为两个过程：第一个过程是星载机从测控应答机接收间接指令的过程，第二个过程是星载机执行间接指令过程，是指星载机接收到测控应答机的间接指令后，根据间接指令帧内包含的执行时间，结合星载机星上时间，不定时地把间接指令发送给其它星载执行设备。因此，在测控应答机收到地面上注的指令后，首先确定指令的类型，即是直接指令还是间接指令，然后通过相当的通道进行传输。本发明中，指令的解析与执行功能在数据链路层中完成，具体实现过程如下：首先，测控应答机收到地面的遥控指令后，通过链路层3进行解析，解出直接指令帧。然后，测控应答机通过某条数据通道将直接指令发送给相关单机的芯片，芯片收到直接指令后，在链路层3对该指令进行解析，然后执行相关OC操作，并把相应指令发送给上一层。由此，本发明中，链路层3具有指令解析的功能，并确定为直接指令与间接指令；同时，将直接指令直接转发给相应的设备，传输过程为：本地链路层3的直接指令，通过本地物理层2，经过传输介质，到达目标设备的物理层，最终进入目标设备的链路层。收到直接指令的设备在链路层进行指令进一步解析与输出，驱动相应的驱动电路进行动作。

具体来说，本发明提供星载设备通常需要的功能，并不局限于通信。应用层2服务使用本地或者远程的子网层服务。这些服务通过协议、流程、协议数据单元（PDU）、管理信息数据库（MIB）实现需要的功能。本发明应用层2具传统应用层的命令与数据获取服务、时间服务、消息传输服务、文件服务和设备枚举服务的功能。同时，本发明针对星上电子系统特点对设备枚举服务(即插即用服务)和命令与数据获取服务的功能进行修改与扩展，具体如下：本发明的数据链路层3的协议，通过数据通道11与非数据通道12的结合使用，提供对星载电子设备进行即插即用服务，当有设备单机在星载电子系统中新接入或移除时，即插即用服务获取该设备相关状态信息；然后将新接入或移除的设备信息上报给星载计算机，从而完成星载电子设备的即插即用。即插即用服务至少用到物理层的一条非数据通道和一条数据通道。本发明所述应用层包括信息获取单元，本发明中，根据各数据通道和各非数据通道对信号传输进行定义，然后所述信息获取单元根据定义获取相应通道的信号并进行传输。卫星上所有设备通过该服务来完成设备之间的数据通信和交换，比如星载机的GNC（Guidance 、Navigation and Control，制导、导航与控制，简称“GNC”）闭环任务。由于系统设备完成各自任务应用不同的通道，因此命令与数据获取服务的数据结构与通道有关。具体实施过程如下，首先将星上不同的数据按照一定的原则进行分类，分别规定由不同的数据通道进行传输；非数据信号则由非数据通道进行传输。各个通道的数据结构进行分别定义。如图4所示：对于一些非数据类型的信号，可以转化为相应形式的数据信号或仍然采用非数据信号的形式，通过数据通道或非数据通道传输。例如OC控制指令，传统卫星中直接拉并行线，通过并行线对设备开关直接控制。按照本发明的方法，OC可转化为数字信号，通过数据通道传给相应的设备，设备解析后，通过OC输出管脚控制设备开关。时钟信号与状态信号则通过非数据通道传递。

本发明的优选实施方式是：所述信息传输通道采用主从通信方式进行通信。具体来说，所述数据通道包括用于设备控制与执行的控制执行通道，控制执行通道的主机为星载机，用于GNC数据的请求与应答，并且负责间接指令的执行，故障诊断结果的传输，与时钟线配合完成校时。所述数据通道包括用于遥测遥控报文传输的遥测遥控通道，遥测遥控通道的主机为星载机，用于遥测遥控数据报文的传输，并且负责设备健康信息，与设备状态线配合完成PnP，间接指令的接收，热控指令的传输，参数指令的执行。所述数据通道包括传输所述星载电子设备测试信息的测试通道，测试通道的主机在地面时为测试系统，在轨运行时为测控应答机。地面测试时，负责闭环测试传感器的数据注入、模拟故障注入、以及完成设备的独立测试。在轨测试时用于上注程序代码。所述数据通道包括用于传输星载电子设备故障诊断信息的故障诊断通道，故障诊断通道主机为故障诊断系统，用于传输诊断系统级故障所需要的数据，并下传保存到故障诊断系统中各单机的数据。本发明所述数据通道包括直接指令通道，直接指令通道的主机为测控应答机，在链路层即可完成直接指令的解析与执行。本发明所述非数据通道包括模拟信号通道，所述模拟信号通道还包括对采集的温度量进行传输。

如图5所示，本发明的技术方案是：提供一种基于星载电子设备的信息传输方法，所述星载电子设备传输协议系统的传输协议由三层构成，包括构建多条信息传输通道的物理层1、提供应用服务的应用层2、解析并执行传输指令的链路层3、进行传输协议管理的网络管理单元4，所述链路层3向上连接所述应用层2，向下连接所述物理层1，所述物理层1包括多个信息传输通道，所述信息传输通道包括传输数据信号的数据通道11和传输非数据信号的非数据通道12。所述信息传输方法包括如下步骤：

步骤100：接收传输的信息，即：接收待传输的信息。

步骤200：解析并执行传输指令，即：对传输信息进行解析并执行传输指令。

步骤300：与用户应用程序建立接口，即：通过获取命令和数据，将传输的信息按数据信号和非数据信号确定传输信息的通道。

步骤500：进行信息传输，即：选取信息传输通道，按确定的数据通道和非数据通道通过选取的信息传输通道进行信息传输。

本发明的具体实施过程如下：卫星的星载设备上有多种需要传输的信息，本发明中，将星载设备之间传输的信息分为数据信号和非数据信号，这些信号分别通过不同的数据通道和非数据通道进行传输，在实现传统卫星的信息传输功能的同时，简化协议协调过程，提高卫星设计效率。所述星载电子设备传输协议系统的传输协议由三层构成，包括构建多条信息传输通道的物理层1、提供应用服务的应用层2、解析并执行传输指令的链路层3、进行传输协议管理的网络管理单元4，所述链路层3向上连接所述应用层2，向下连接所述物理层1，所述物理层1包括多个信息传输通道，所述信息传输通道包括传输数据信号的数据通道11和传输非数据信号的非数据通道12。在具体传输过程中，数据信号通过数据通道11传输，非数据信号通过非数据通道12传输。具体实施例中，所述数据通道传输数据或指令，星载设备之间的数据或指令通过数据通道传输。所述非数据通道传输状态信号、I/O信号、时钟信号、模拟信号、OC控制输出信号中的一种或多种，这些非数据信号通过非数据通道传输。本发明优选实施方式中，所述数据通道为多条分别传输相应的数据和指令，所述非数据通道为多条分别传输相应的状态信号、时钟信号、模拟信号中的一种或多种。

本发明的技术效果是：本发明基于星载电子设备的信息传输协议系统及方法，具有如下技术效果：第一、将卫星上的数据传输、时钟信号传输、I/O信号传输、OC控制输出以及数据采集等功能统一起来，实现了星上数据总线、OC信号、时钟信号、模拟信号、I/O信号的整合，从而简化卫星设计流程。第二、通过该协议，能够使校时功能、即插即用(PnP)、指令解析与执行功能在协议中完成。第三、本发明的物理层包含不同的通道，用于数据的传输，另有用于辅助功能的非数据通道，这样，为设备单机接口统一提供了有力支持。各单机采用相同的协议，因而不必再进行协议方面的协调，大大提高了卫星设计效率。第四、应用层对总线命令与数据获取服务的通道进行了规定。将传统的星上数据和非数据信号进行分类，并规定相应的数据结构，分别在物理层由不同的数据通道和非数据通道进行传输。第五、通过本发明设计的协议，可以为地面测试系统数据分配单独的通道，也可以提供专门的通道供卫星在轨运行时故障诊断使用。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于星载电子设备的信息传输协议系统，其特征在于，所述星载电子设备传输协议系统的传输协议由三层构成，包括构建多条信息传输通道的物理层、提供应用接口的应用层、解析并执行传输指令的链路层、进行传输协议管理的网络管理单元，所述链路层向上连接所述应用层，向下连接所述物理层，所述物理层包括多个信息传输通道，所述信息传输通道包括传输数据信号的数据通道和传输非数据信号的非数据通道。

2.根据权利要求1所述基于星载电子设备的信息传输协议系统，其特征在于，所述数据通道传输数据或指令。

3.根据权利要求1所述基于星载电子设备的信息传输协议系统，其特征在于，所述非数据通道传输I/O信号、OC输出信号、时钟信号、模拟信号中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述基于星载电子设备的信息传输协议系统，其特征在于，所述链路层包括对传输协议系统进行周期性时间校准的校时单元，所述校时单元将校正后的时钟信息向星载电子设备提供。

5.根据权利要求2所述基于星载电子设备的信息传输协议系统，其特征在于，所述指令包括直接指令和间接指令，所述链路层包括对星载设备指令进行解析和转发的指令解析单元，所述指令解析单元包括对所述直接指令和间接指令的解析和判断，根据解析和判断结果进行转发。

6.根据权利要求1所述基于星载电子设备的信息传输协议系统，其特征在于，通过数据通道与非数据通道的配合使用，实时采集星载电子设备的在线状态与信息，实现星载电子设备的即插即用。

7.根据权利要求1所述基于星载电子设备的信息传输协议系统，其特征在于，所述应用层包括根据各数据通道和各非数据通道的信号传输定义获取相应通道的信号并进行传输的信息获取单元。

8.根据权利要求1所述基于星载电子设备的信息传输协议系统，其特征在于，所述信息传输通道采用主从通信方式进行通信。

9.一种基于星载电子设备的信息传输方法，所述星载电子设备传输协议系统的传输协议由三层构成，包括构建多条信息传输通道的物理层、提供应用服务的应用层、解析并执行传输指令的链路层、进行传输协议管理的网络管理单元，所述链路层向上连接所述应用层，向下连接所述物理层，所述物理层包括多个信息传输通道，所述信息传输通道包括传输数据信号的数据通道和传输非数据信号的非数据通道，所述信息传输方法包括如下步骤：

接收传输的信息：接收待传输的信息；

解析并执行传输指令：对传输信息进行解析并执行传输指令；

与用户应用程序建立接口：通过获取命令和数据，将传输的信息按数据信号和非数据信号确定传输信息的通道；

进行信息传输：选取信息传输通道，按确定的数据通道和非数据通道通过选取的信息传输通道进行信息传输。

10.根据权利要求9所述基于星载电子设备的信息传输方法，其特征在于，所述数据通道为多条分别传输相应的数据和指令，所述非数据通道为多条分别传输相应的状态信号、时钟信号、模拟信号中的一种或多种。

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