CN102710317A

CN102710317A - 一种基于高级在轨系统的动态遥测组织与控制方法

Info

Publication number: CN102710317A
Application number: CN2012101284374A
Authority: CN
Inventors: 潘宇倩; 刘崇华; 杨聪伟; 白东炜; 张明哲; 张弓; 冯文婧; 王海涛
Original assignee: Beijing Institute of Spacecraft System Engineering
Current assignee: Beijing Institute of Spacecraft System Engineering
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2032-04-27
Also published as: CN102710317B

Abstract

一种基于高级在轨系统的动态遥测组织与控制方法，其流程包括以下7个步骤：应用过程数据分类、包装规约数据单元的设计、多路协议数据单元M PDU的形成、虚拟信道设计、虚拟信道数据单元VCDU的形成、虚拟信道调度、信道访问数据单元的形成。整个遥测组织与控制方法应用了标准的包装业务、多路复用业务、插入业务以及VCA业务，并采用基于传送紧迫度和优先级的虚拟信道控制策略。其中应用过程数据的划分和高级在轨系统标准业务的选择保证了遥测组织的灵活性。虚拟信道的设计充分考虑了简单、高效的控制策略，使得控制策略实现简单，避免了信道垄断，保证了各虚拟信道传输的实时性，提高了信道利用率。

Description

一种基于高级在轨系统的动态遥测组织与控制方法

技术领域

本发明涉及一种基于高级在轨系统的动态遥测组织与控制方法，属于卫星测控、数管等电总体技术领域，主要在通信、导航卫星上使用。

背景技术

随着微处理器在航天器上的大量应用，各分系统或设备对数据的自主管理能力日益增强，可以对不同的应用过程产生不同格式、不同发生率和不同内容的数据包。并且航天器功能也越来越复杂，如对着陆时动力下降过程中相机图像数据的保存及抽取能力、脱离地面站上注导航电文的情况下连续自主运行能力、高速业务数据的复接下传功能等。这些功能的增加，使遥测数据量越来越大，对数据处理的要求也越来越高，要求遥测系统具有动态组织传送这些数据的能力。AOS(高级在轨系统)遥测不但可以大大提高遥测能力和信道利用率，更可以很好适应不同任务的需求，实现高柔性和低成本，尤其适合高度随机性的数据。高级在轨数据系统AOS的应用实例屡见不鲜，已逐渐成为主流体制。但是在CCSDS建议书中，仅规定了AOS遥测组织、控制的一般原则，并没有给出如何针对不同需求的用户，实现源包、虚拟信道以及传输策略的特性化设计。

发明内容

本发明的技术解决问题是：提出了一种基于高级在轨系统的动态遥测组织与控制方法，针对现有的通信、导航卫星多样化的数据用户需求，设计特性化的源包，并通过高效率、灵活动态的遥测组织与控制策略设计，实现基于AOS的遥测数据组织和控制方法。

本发明的技术解决方案是：

一种基于高级在轨系统的动态遥测组织与控制方法，步骤如下：

(1)将卫星上产生的遥测数据分成八类，分别是：实时快变遥测数据、信道状态数据、软件下传变量数据、实时缓变遥测数据、指令突发遥测数据、延时遥测数据、加密复位填充数据和在轨维护数据；

(2)对步骤(1)中所述的软件下传变量数据、实时缓变遥测数据、指令突发遥测数据、延时遥测数据、加密复位填充数据和在轨维护数据六种数据进行包装，形成各自的包装规约数据单元；

(3)将步骤(2)中形成的实时缓变遥测数据、指令突发遥测数据、延时遥测数据、加密复位填充数据和在轨维护数据五种包装规约数据单元各自通过多路复用业务进行数据拼接，形成各自的多路协议数据单元；

(4)建立VC1、VC2、VC3、VC4、VC5和VC6六个虚拟信道；

(5)根据标准的VCA业务和插入业务，将步骤(1)中实时快变遥测参数、信道状态数据以及步骤(2)中的软件下传变量数据的包装规约数据单元形成虚拟信道VC1的虚拟信道数据单元VCDU；所述标准的VCA业务即标准的虚拟信道存取业务；

将步骤(3)中形成的五种多路协议数据单元通过标准的VCA业务和插入业务分别生成虚拟信道VC2、VC3、VC4、VC5和VC6的虚拟信道数据单元VCDU；

(6)确定VC1、VC2、VC3、VC4、VC5和VC6六个虚拟信道的传输控制策略；

(7)将步骤(5)所述虚拟信道数据单元VCDU加上同步头，形成信道访问数据单元CADU之后，根据步骤(6)中六个虚拟信道的传输控制策略，在同一个物理信道中进行遥测数据传输。

所述八类遥测数据的具体定义为：

实时快变遥测数据：卫星的遥测数据中需要地面实时判读的数据；

信道状态数据：包括星地遥测传输信道健康状态的数据和遥测密钥；

软件下传变量数据：星载软件运行过程产生的数据；

实时缓变遥测数据：变化缓慢且短时变化对卫星无影响的数据；

指令突发遥测数据：受地面指令控制而产生的数据；

延时遥测数据：对于卫星，地面站不可见时需要存储的遥测数据；

加密复位填充数据：填充星上遥测加密模块复位后当前帧的遥测数据；

在轨维护数据：当卫星处于在轨维护模式下产生的数据。

所述步骤(2)中进行包装具体按照如下方式进行：

版本号：占用3位，指明包装格式的版本；

类型：占用1位，用于表示包内数据的类型；

副导头标志：占用1位，有副导头则该标志为“1”，无副导头为“0”；

应用过程识别：占用11位，用于区分软件下传变量数据、实时缓变遥测数据、指令突发遥测数据、延时遥测数据、加密复位填充数据和在轨维护数据这六种包装规约数据单元；

分组标志：占用2位，“01”表示首包，“00”表示续包，“10”表示末包，“11”表示未分包；

源包序列计数：占用14位，存放每个包装规约数据单元进行计数的结果；

包长：占用16位，存放每个包装规约数据单元的数据域的长度；

包数据域：存放遥测数据。

所述步骤(4)中虚拟信道的定义分别为：

VC1：用于传输所述步骤(1)中实时快变遥测数据、信道状态数据以及步骤(2)中的软件下传变量数据的包装规约数据单元；

VC2：用于传输所述步骤(1)中信道状态数据和步骤(3)中的实时缓变遥测数据形成的多路协议数据单元；

VC3：用于传输所述步骤(1)中信道状态数据和步骤(3)中的指令突发遥测数据的多路协议数据单元；

VC4：用于传输所述步骤(1)中信道状态数据和步骤(3)中的延时遥测数据的多路协议数据单元；

VC5：用于传输所述步骤(1)中信道状态数据和步骤(3)中的加密复位填充数据的多路协议数据单元；

VC6：用于传输所述步骤(1)中信道状态数据和步骤(3)中的在轨维护数据的多路协议数据单元；

所述步骤(6)中传输策略具体为：

a)区分同步虚拟信道和异步虚拟信道，其中VC1为同步虚拟信道，VC2、VC3、VC4、VC5和VC6为异步虚拟信道；同步信道与异步信道服务时间比为1∶1；

b)同步虚拟信道VC1的周期为1秒，即每秒下传一次；

c)异步虚拟信道的周期为1秒，即每秒下传VC2、VC3、VC4、VC5和VC6中的一个；

d)当虚拟信道VC2、VC3、VC4、VC6有数据就绪时，根据虚拟信道传送紧迫度和优先级决定传送VC2、VC3、VC4、VC6中其中的一个；当虚拟信道VC2、VC3、VC4、VC6无数据就绪时，传送VC5。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)采用本发明方法成功进行了某通信、导航卫星的在轨遥测组织与控制工作，圆满完成了各种工作模式和异常情况下卫星遥测数据的处理。

(2)本发明给出8种应用过程数据的划分和4种高级在轨系统业务(插入业务、多路复用业务、VCA业务和包装业务)的选择保证了遥测组织的灵活性。

(3)本发明给出6种虚拟信道的设计，是在虚拟信道控制之前，充分考虑简单、高效的控制策略，使得控制策略实现简单，避免了信道垄断，并保证了各虚拟信道传输得实时性。

(4)本发明使用基于传送紧迫度和优先级的控制策略思想，实现了6种虚拟信道的控制，既能充分利用物理信道带宽，提高信道利用率，又防止了信道垄断和某一VC信息稀少时，阻滞不传的情况。

附图说明

图1为本发明基于AOS的遥测组织方法和流程示意图；

图2为本发明包装协议数据单元(E-PDU)格式；

图3为虚拟信道控制流程图；

具体实施方式

本发明结合通信导航卫星AOS的实践经验，提出一种基于AOS的动态遥测组织与控制方法，以充分满足航天器各种复杂的数据传输特性要求并最大限度的利用信道资源，可为多数航天器的应用提供参考。同时也有利于提高我国现有空间数据系统的效率和效益，更好的实现与国际接轨。

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。

步骤1、应用过程数据分类

本发明提供的一种基于高级在轨系统的动态遥测组织与控制方法，首先应对星上各个应用过程产生的数据进行合理分类，如图1所示，分类方法如下：

1)实时快变遥测数据，即卫星的遥测数据中需要地面实时判读的数据。此类数据变化迅速，当卫星工作方式发生变化后地面对此类数据尤其关注，下传紧迫度要求高，地面需及时监测该参数以确认卫星状态。例如，“速率陀螺角速度”等，其变化迅速，是表征卫星姿态的重要参数。对这类参数作为固定数据，不编入源包，按1次/秒速率下传，充分保障其下传的速率。

2)信道状态数据，即星地遥测传输信道健康状态数据和遥测密钥。此类数据长度较短(2字节)，采用插入业务进行处理，不编入源包。

3)软件下传变量数据，即星载软件运行过程产生的数据。该类数据是软件控制过程产生的软件数据，对地面判断分系统状态和自主管理效果的意义较大，必须保证下传。将该类数据单独划分为1个源包。

4)实时缓变遥测数据，即变化缓慢且短时变化对卫星无影响的数据。整星大部分遥测参数属于此类，该类数据按分系统划分为n个源包，其下传速率原则为：以该速率传输的遥测数据能满足各系统对卫星状态的确认和对可能故障的分析需求。

5)指令突发遥测数据，即受地面指令控制而产生的数据。该类数据不是实时固定存在，是在受控后产生的数据。如：数管内存下卸数据等。将这些数据按功能划分为n个源包，当有突发事件发生时，下传该源包。

6)延时遥测数据，即地面站不可见时需要存储的遥测数据。延时遥测数据按分系统和参数性质划分成n个源包，以观测不可见弧段卫星各系统状态。

7)加密复位填充数据，即填充星上遥测加密模块复位后当前帧的遥测数据。加密复位填充数据用于填充遥测加密模块复位后当前帧的遥测数据以保证数据帧的完整性。

8)在轨维护数据，即卫星处于在轨维护模式下产生的数据。在轨维护模式下卫星只具备简单的遥控遥测功能，由于数据量较大，将该数据划分为n个源包。

通过这8类参数的划分，形成了一类插入域数据、一类固定重要数据和6类源包，在控制策略中将根据不同源包的传输需求和特点设计虚拟信道，并对虚拟信道进行灵活动态的控制。

步骤2、包装规约数据单元的设计

对步骤1中所述的软件下传变量数据、实时缓变遥测数据、指令突发遥测数据、延时遥测数据、加密复位填充数据和在轨维护数据六种数据进行包装，形成各自的包装规约数据单元。

利用包装业务对星上各个应用过程产生的数据进行包装，形成包装规约数据单元(E-PDU)，对数据进行包装具体按照如下方式进行，如图2所示。

版本号：占用3位，指明包装格式的版本；

类型：占用1位，用于表示包内数据的类型；

包数据域：存放遥测数据。

步骤3、多路协议数据单元M_PDU形成

将步骤2中形成的实时缓变遥测数据、指令突发遥测数据、延时遥测数据、加密复位填充数据和在轨维护数据五种包装规约数据单元各自通过多路复用业务进行数据拼接，形成各自的多路协议数据单元。

步骤4、虚拟信道的设计

建立VC1、VC2、VC3、VC4、VC5和VC6六个虚拟信道，6个虚拟信道的具体描述如下：

VC1：用于传输所述步骤(1)中实时快变遥测数据、信道状态数据以及步骤(2)中的软件下传变量数据的包装规约数据单元。VC1中的数据是要求等时传输的数据，即数据发生更新就必须保证下传，所以将该类属性相近的数据编入一个虚拟信道。

VC2：用于传输所述步骤(1)中信道状态数据和步骤(3)中的实时缓变遥测数据形成的多路协议数据单元；VC2中的数据没有等时性要求，不是等时传送的，即发生更新时刻不保证下传，这类数据源包关系对等，n个源包循环下传。

VC3：用于传输所述步骤(1)中信道状态数据和步骤(3)中的指令突发遥测数据的多路协议数据单元。由于受地面指令控制，VC3下传一遍结束后就停止下传

VC4：用于传输所述步骤(1)中信道状态数据和步骤(3)中的延时遥测数据的多路协议数据单元。延时遥测的性质和需求不同，某些延时遥测源包默认入境后下传，某些延时遥测源包默认入境后禁止，将延时遥测数据划分为单独的虚拟信道。

VC5：用于传输所述步骤(1)中信道状态数据和步骤(3)中的加密复位填充数据的多路协议数据单元。这类数据仅在故障情况，需要加密模块复位进行故障恢复中才会使用，不是常规动作，相对不频繁，属于故障条件下的突发数据。

VC6：用于传输所述步骤(1)中信道状态数据和步骤(3)中的在轨维护数据的多路协议数据单元。数管计算机应用软件模块故障情况下，系统切换到在轨维护模式，在轨维护下可对内存数据进行维护(修改)、对软件模块进行维护(修改)、对飞行软件(包括操作系统和应用软件)全部可进行在轨可维护，这类数据仅在故障情况，需要在轨维护进行故障恢复中才会使用，不是常规动作，相对不频繁，属于故障条件下的突发数据。

步骤5、虚拟信道数据单元VCDU的形成

根据标准的VCA业务和插入业务，将步骤1中实时快变遥测参数、信道状态数据以及步骤2中的软件下传变量数据的包装规约数据单元形成虚拟信道VC1的虚拟信道数据单元VCDU；所述标准的VCA业务即标准的虚拟信道存取业务；

将步骤3中形成的五种多路协议数据单元通过标准的VCA业务和插入业务分别生成虚拟信道VC2、VC3、VC4、VC5和VC6的虚拟信道数据单元VCDU；

步骤6、虚拟信道控制，确定VC1、VC2、VC3、VC4、VC5和VC6六个虚拟信道的传输策略；

传输策略具体为：

(1)区分同步虚拟信道和异步虚拟信道，其中VC1为同步虚拟信道，VC2、VC3、VC4、VC5和VC6为异步虚拟信道；同步信道与异步信道服务时间比为1∶1。虚拟信道控制策略如图3所示。

(2)如图3所示，同步虚拟信道VC1的周期为1秒，即每秒下传一次；

(3)如图3所示，异步虚拟信道的周期为1秒，即每秒下传VC2、VC3、VC4、VC5和VC6中的一个；

(4)当虚拟信道VC2、VC3、VC4、VC6有数据就绪时，根据虚拟信道传送紧迫度和优先级决定传送VC2、VC3、VC4、VC6中其中的一个；当虚拟信道VC2、VC3、VC4、VC6无数据就绪时，传送VC5；

默认状态下，VC2的下传紧迫度为2；VC3和VC6下传紧迫度为3；在地面站不可见时VC4下传紧迫度为3，在地面站可见时VC4下传紧迫度为2。紧迫度的优先顺序如下：紧迫度1＞紧迫度2＞紧迫度3。

当有地面遥控指令要求VC3下传时，VC3下传紧迫度变为1，下传完成后自动恢复为3。

当卫星处于在轨维护模式下，VC6下传紧迫度变为1。当卫星从在轨维护模式变为正常模式后，VC6下传紧迫度恢复为3。

在地面站不可见时，VC2的下传紧迫度比VC4高，此时VC2下传，VC4不下传。在地面站可见时，VC2和VC4下传紧迫度相同，此时根据优先级决定传送VC2还是VC4。当VC2的优先级高于或等于VC4时，下传VC2；当VC2的优先级低于VC4时，下传VC4。初始状态下，VC2的优先级为1，VC4的优先级为2，VC2优先级按照1、2、3的规律交替变化，每下传一次VC2或VC4，优先级变换一次；VC4的优先级保持不变，恒为2。优先级的顺序如下：优先级1＞优先级2＞优先级3。

步骤7、信道访问数据单元的形成

完成虚拟信道的控制后，6个虚拟信道可共享一个物理信道。此时，将步骤5所述虚拟信道数据单元VCDU加上同步头，形成信道访问数据单元CADU之后，根据步骤6中六个虚拟信道的传输策略，在同一个物理信道中进行遥测数据传输。信道访问数据单元通过物理信道即可将AOS遥测数据传送到地面。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims

1.一种基于高级在轨系统的动态遥测组织与控制方法，其特征在于步骤如下：

(4)建立VC1、VC2、VC3、VC4、VC5和VC6六个虚拟信道；

2.根据权利要求1所述的一种基于高级在轨系统的动态遥测组织与控制方法，其特征在于：所述八类遥测数据的具体定义为：

软件下传变量数据：星载软件运行过程产生的数据；

指令突发遥测数据：受地面指令控制而产生的数据；

在轨维护数据：当卫星处于在轨维护模式下产生的数据。

3.根据权利要求1所述的一种基于高级在轨系统的动态遥测组织与控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中进行包装具体按照如下方式进行：

版本号：占用3位，指明包装格式的版本；

类型：占用1位，用于表示包内数据的类型；

包数据域：存放遥测数据。

4.根据权利要求1所述的一种基于高级在轨系统的动态遥测组织与控制方法，其特征在于：所述步骤(4)中虚拟信道的定义分别为：

VC6：用于传输所述步骤(1)中信道状态数据和步骤(3)中的在轨维护数据的多路协议数据单元。

5.根据权利要求1所述的一种基于高级在轨系统的动态遥测组织与控制方法，其特征在于：所述步骤(6)中传输策略具体为：

b)同步虚拟信道VC 1的周期为1秒，即每秒下传一次；