CN102932049B - 一种航天器信息传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航天器信息传输方法，当数管计算机工作正常时，数管计算机接收远置单元采集的遥测数据和远置单元自身产生的遥测数据、以及控制计算机自身产生的遥测数据，数管计算机还接收载荷任务处理单元的遥测数据，并对接收的所有遥测数据进行遥测格式编排生成整个航天器遥测数据，将整个航天器遥测数据输出给远置单元A，远置单元A完成整个航天器遥测数据的信源加密后输出给测控应答机；当数管计算机工作异常时，远置单元A将其采集的遥测数据和自身产生的遥测数据直接输出给测控应答机下传。本发明实现了航天器关键遥测信息传输路径的备份，从而确保地面对航天器关键设备工作状态的连续监测，提高了信息传输的可靠性。

Description

一种航天器信息传输方法

技术领域

本发明涉及一种航天器内信息的传输方法，属于航天器信息技术领域。

背景技术

目前，航天器的信息体系结构主要有三类：分散式、集中式以及分散和集中结合。在分散式体系中，航天器各分系统相对独立地完成各自分系统内的信息管理，该体系中分系统间接口关系简单，但存在分系统间信息无法共享、信息利用率低的缺点；在集中式体系中，采用一个系统管理单元完成整个航天器各分系统的信息管理，该体系中信息处理高度集中，如果系统管理单元故障将导致整个航天器系统瘫痪，风险高；在分散和集中结合体系中，各分系统完成各自分系统内的信息管理，采用一台数管计算机完成航天器系统级的信息管理，该体系集成了分散和集中两者的优点，结构清晰、信息利用率高，正在得到广泛应用，如何实现航天器内各类信息的可靠传输、高效融合和充分利用是系统设计的核心，也是保证航天器在轨可靠运行的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种航天器信息传输方法，能够确保地面对航天器关键设备工作状态的连续监测，提高了信息传输的可靠性。

本发明包括如下技术方案：

一种航天器信息传输方法，所述航天器包括测控应答机、遥控单元、数管计算机、多个远置单元、控制计算机、运控应答机、载荷任务处理单元；多个远置单元至少包括远置单元A和远置单元B；远置单元A用于采集关键设备的遥测数据和远置单元A所在舱板其它设备的遥测数据；远置单元B用于采集其余的遥测数据；所述关键设备包括测控应答机、遥控单元、数管计算机、多个远置单元、控制计算机、运控应答机、载荷任务处理单元和电源分系统设备；

当数管计算机工作正常时，数管计算机通过1553B总线接收远置单元采集的遥测数据和远置单元自身产生的遥测数据、以及控制计算机自身产生的遥测数据，数管计算机还通过RS422总线接收载荷任务处理单元的遥测数据，并对接收的所有遥测数据进行遥测格式编排生成整个航天器遥测数据，将整个航天器遥测数据输出给远置单元A，远置单元A完成整个航天器遥测数据的信源加密后输出给测控应答机，测控应答机通过测控通道下传给地面测控站；

当数管计算机工作异常时，远置单元A将其采集的遥测数据和自身产生的遥测数据直接输出给测控应答机下传。

测控应答机接收地面测控站上注的工程遥控指令，输出给遥控单元，所述遥控指令包括直接开/关指令和注入数据；当数管计算机工作正常时，遥控单元将直接开/关指令译码后直接输出至航天器上相应设备，将注入数据输出给数管计算机，数管计算机根据注入数据中的所属设备标识，通过1553B总线分发给相应的远置单元和控制计算机，还通过RS422总线分发给载荷任务处理单元，远置单元向对应设备输出指令；

当数管计算机工作异常时，由遥控单元向所述关键设备直接输出指令。

数管计算机将地面运控站所需要的业务遥测数据通过RS422总线送给载荷任务处理单元，载荷任务处理单元将其与其它业务数据一起形成业务数据帧，完成信源加密后送给运控应答机，通过业务通道下传地面运控站。

运控应答机接收地面运控站上注的业务遥控指令，输出给载荷任务处理单元，载荷任务处理单元完成信源解密，并通过RS422总线输出给数管计算机处理，数管计算机根据业务遥控指令中的所属设备标识，将业务遥控指令通过1553B总线分发给相应的远置单元，通过远置单元向对应设备输出指令。

数管计算机和控制计算机之间相互备份重要工作状态信息，备份信息通过1553B总线进行传输；数管计算机为载荷任务处理单元备份重要工作状态信息，备份信息通过RS422总线进行传输；当设备复位或切机后从备份信息方恢复重要工作状态信息。

所述多个远置单元包括远置单元A、远置单元B、远置单元C、和远置单元D；远置单元B、远置单元C和远置单元D分别采集各自所在舱板设备的遥测数据。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)对于关键设备，其遥测信息的传输具有数管计算机统一组帧后下传或由远置单元A组帧后直接下传两条路径，实现了航天器关键遥测信息传输路径的备份，从而确保地面对航天器关键设备工作状态的连续监测，提高了信息传输的可靠性。

(2)对于关键设备，其遥控指令具备远置单元输出和遥控单元输出两条路径。正常情况下，由远置单元输出指令，当该路径异常时，可由遥控单元向这些设备直接输出指令，实现航天器关键遥控信息传输路径的备份，从而确保地面对航天器关键设备的控制。

(3)通过构建数管计算机和载荷任务处理单元之间的传输通道，实现了工程测控和业务测控信息的交互。

(4)本发明实现了航天器各分系统间重要信息的备份，从而保证核心设备复位或切机后能够恢复之前的工作状态，确保了系统工作的连续性。

附图说明

图1为本发明构架示意图；

图2为本发明数管计算机和远置单元A间接口时序关系；

图3为本发明远置单元A和测控应答机间接口时序关系；

图4为本发明测控应答机与遥控单元间接口时序关系。

具体实施方式

下面以如图1所示的航天器为例对本发明的方法进行说明，航天器包括测控应答机、遥控单元、数管计算机、远置单元A、远置单元B、远置单元C、远置单元D、控制计算机、运控应答机、载荷任务处理单元，上述所有设备均为主备份设计，采用1553B总线、RS422总线和同步串行数据接口构建航天器信息传输网络。

航天器信息的传输以数管计算机为核心，数管计算机具有1553B总线的控制权，完成各类信息的收集、共享和交互；测控应答机完成上行工程遥控指令的接收和转发，以及下行工程遥测数据的接收和下传；遥控单元完成工程遥控指令的信源解密、直接遥控指令的译码和输出以及注入数据的转发；依据遥测参数就近采集、遥控指令就近发送的原则，采用远置单元A、远置单元B、远置单元C、远置单元D共4个远置单元，分别安装在设备集中的4个舱板，各个远置单元完成对应舱板设备遥测参数的采集和遥控指令的发送，此外，远置单元A还完成遥测数据的信源加密和关键设备的遥测数据的采集；利用敏感器和执行机构，控制计算机按照一定的控制规律，完成控制分系统的遥测和遥控任务以及各种模式的姿轨控任务；运控应答机完成上行业务遥控指令的接收和转发，以及下行业务数据的接收和下传；载荷任务处理单元完成业务遥控指令的信源解密和转发，以及业务数据的组织和信源加密。这种信息传输方式，实现了工程测控和业务测控信息的共享和融合，提高了资源利用率。

航天器关键遥测信息和关键遥控信息的传输可以双路径备份，关键遥测信息的传输具有数管计算机统一组帧后下传或由远置单元A组帧后直接下传两条路径，关键遥控信息的传输具有远置单元输出或遥控单元直接输出两条路径，从而确保系统工作的安全性。

航天器各分系统间重要信息的备份通过数管计算机实现，数管计算机和控制计算机之间相互备份重要工作状态信息，数管计算机为载荷任务处理单元备份重要工作状态信息，从而保证核心设备复位或切机后能够恢复之前的工作状态，确保系统工作的连续性。

下面分别描述各类信息的传输方法。

工程遥测信息传输

(1)远置单元A、远置单元B、远置单元C、远置单元D分别采集各自所在舱板设备的遥测参数，另外，远置单元A还用于采集关键设备的遥测数据，所述关键设备包括测控应答机、遥控单元、数管计算机、远置单元A、远置单元B、远置单元C、远置单元D、控制计算机、运控应答机、载荷任务处理单元、电源分系统设备等。由于所采集遥测参数的类型不同，遥测通道可以分为模拟通道、数字通道和双电平数字通道。

a)模拟通道：采集单端或双端输入的模拟信号；

b)数字通道：采集8Nbit串行数字信号(N是正整数)；

c)双电平数字通道：采集1bit状态数据，8bit状态数据组成一组(一个遥测字)。

(2)数管计算机通过1553B总线接收远置单元A、远置单元B、远置单元C、远置单元D采集的遥测数据和自身产生的遥测数据，以及控制计算机自身产生的遥测数据(表征控制计算机进行姿态和轨道控制工作状态的数据)。此外，数管计算机还通过RS422总线接收载荷任务处理单元的遥测数据。数管计算机可以按照AOS(Advanced orbiting systems，高级在轨系统)体制、或PCM遥测体制、或分包遥测体制完成整个航天器遥测数据的格式编排。

(3)数管计算机通过同步串行数据接口将整个航天器遥测数据输出给远置单元A。远置单元A输出帧控制信号和时钟信号，数管计算机输出遥测数据信号，接口时序关系如图2所示。远置单元A在每帧的最后一个字节输出帧控制信号，帧控制信号为正相脉冲，帧控制信号的上升沿、下降沿均与时钟信号的上升沿对齐，宽度为8个时钟周期，帧控制信号的下降沿表明下一帧数据的起始。数管计算机输出遥测数据信号的上升沿、下降沿均与时钟信号的上升沿对齐。数管计算机在时钟信号上升沿置数，远置单元A在时钟信号下降沿移位取数。接口信号采用CMOS接口电平：高电平为10～12V，低电平为0V～0.2V，遥测数据码型为非归零电平码(NRZ-L)。

(4)远置单元A完成整个航天器遥测数据的信源加密，并通过同步串行数据接口输出给测控应答机，之后通过测控通道下传地面测控站。远置单元A输出时钟信号和遥测数据信号，遥测数据信号的上升沿、下降沿均与时钟信号的上升沿对齐，接口时序关系如图3所示。远置单元A在时钟信号上升沿置数，测控应答机在时钟信号下降沿移位取数。接口信号采用CMOS接口电平：高电平为10～12V，低电平为0V～0.2V，遥测数据码型为非归零电平码(NRZ-L)。

(5)航天器关键遥测信息的传输可以双路径备份。当数管计算机工作正常时，按照(1)～(4)的步骤，由数管计算机完成整个航天器遥测数据的组帧后输出给远置单元A，远置单元A完成信源加密后输出给测控应答机下传。当数管计算机工作异常时，按照(1)～(4)的步骤，由数管计算机完成整个航天器遥测数据的组帧后输出给远置单元A，远置单元A完成信源加密后输出给测控应答机下传。当该路径异常时，地面测控站发送遥控指令，切换远置单元A的遥测下传模式，使远置单元A不再下传数管计算机送来的整个航天器遥测数据，而是将自己采集的遥测数据和自身产生的遥测数据直接输出给测控应答机下传，从而确保地面对航天器关键设备工作状态的连续监测。

工程遥控信息传输

(1)测控应答机接收地面测控站上注的工程遥控指令，通过同步串行数据接口将遥控数据输出给遥控单元。测控应答机输出门控信号、时钟信号和遥控数据，接口时序关系如图4所示。门控信号为高电平时遥控数据有效，门控信号和遥控数据信号的上升沿、下降沿均与时钟信号的上升沿对齐。测控应答机在时钟上升沿置数，遥控单元在时钟下降沿移位取数。接口信号采用CMOS接口电平：高电平为10～12V，低电平为0V～0.2V，遥控数据码型为非归零电平码(NRZ-L)。

遥控指令分为直接开/关指令和注入数据(包括间接开/关指令和间接串行加载指令)。直接开/关指令由遥控单元译码后直接输出；注入数据输出给数管计算机处理。

(2)遥控单元通过同步串行数据接口将注入数据输出给数管计算机处理，遥控单元和数管计算机间的接口与测控应答机和遥控单元间的接口形式相同。数管计算机根据指令中的所属设备标识，通过1553B总线分发给相应的远置单元A、远置单元B、远置单元C、远置单元D和控制计算机，通过RS422总线分发给载荷任务处理单元。4个远置单元输出对应设备的指令，由于注入数据的类型不同，注入数据指令通道可以分为间接开/关指令通道和间接串行加载指令通道。

a)间接开/关指令通道：以具有一定宽度的脉冲的形式提供给用户，用于驱动较大功率的负载；

b)间接串行加载指令通道：向用户传送8Nbit的数据字(N是正整数)。

(3)航天器关键遥控信息的传输可以双路径备份。对于测控应答机、数管计算机、远置单元A、远置单元B、远置单元C、远置单元D、控制计算机、运控应答机、载荷任务处理单元、电源分系统设备等关键设备，其遥控指令具备远置单元输出和遥控单元输出两条路径。当数管计算机工作正常时，按照步骤(2)，由远置单元输出指令，当该路径异常时，可由遥控单元向这些设备直接输出指令，从而确保地面对航天器关键设备的控制。

业务遥测信息传输

数管计算机拥有整个航天器遥测数据，其中部分遥测数据是地面运控站所关注的，如载荷设备的工作状态、平台的健康状态等，需要通过业务通道下传，这部分数据称为业务遥测数据。数管计算机将业务遥测数据通过RS422总线送给载荷任务处理单元，载荷任务处理单元将其与其它业务数据一起形成业务数据帧，完成信源加密后送给运控应答机，通过业务通道下传地面运控站。

业务遥控信息传输

地面运控站需要对载荷设备的工作状态进行指令控制，这部分指令称为业务遥控指令。运控应答机接收地面运控站上注的业务遥控指令，通过同步串行数据接口输出给载荷任务处理单元。载荷任务处理单元完成业务遥控指令的信源解密，并通过RS422总线输出给数管计算机处理，数管计算机将业务指令数据根据指令中的所属设备标识，通过1553B总线分发给远置单元A、远置单元B、远置单元C、远置单元D，4个远置单元输出对应设备的指令。

重要信息的备份传输

数管计算机每N秒(如60秒)通过1553B总线向控制计算机备份一次自身的重要工作状态信息，当数管计算机复位或切机后，通过1553B总线从控制计算机恢复备份的信息，并使用该信息恢复到复位或切机前的工作状态，为保证可靠，信息存取过程中采取按字节异或和的校验方式。

数管计算机每N秒(如60秒)通过1553B总线从控制计算机接收控制计算机的重要工作状态信息，数管计算机通过周期轮询(如1秒)控制计算机的方式来获知是否需要进行控制计算机重要工作状态信息的恢复，平时控制计算机响应轮询为不需要恢复备份信息，当控制计算机复位或切机后，控制计算机响应轮询为需要恢复备份信息，数管计算机接收到该请求后，通过1553B总线向控制计算机发送控制计算机重要工作状态信息，控制计算机接收后，使用该信息恢复到复位或切机前的工作状态，为保证可靠，信息存取过程中采取按字节异或和的校验方式。

载荷任务处理单元每N秒(如60秒)通过RS422总线向数管计算机备份一次自身的重要工作状态信息，当载荷任务处理单元复位或切机后，通过RS422总线向数管计算机请求回送备份的信息，数管计算机收到该请求后，通过RS422总线向载荷任务处理单元发送备份的信息，载荷任务处理单元接收后，使用该信息恢复到复位或切机前的工作状态，为保证可靠，信息存取过程中采取按字节异或和的校验方式。

总之，本发明的方法采用分散和集中结合的信息系统体系结构，具备可靠性高、结构清晰、信息利用率高等优点。

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 (6)

1.一种航天器信息传输方法，所述航天器包括测控应答机、遥控单元、数管计算机、多个远置单元、控制计算机、运控应答机、载荷任务处理单元；多个远置单元至少包括远置单元A和远置单元B；远置单元A用于采集关键设备的遥测数据和远置单元A所在舱板其它设备的遥测数据；远置单元B用于采集其余的遥测数据；所述关键设备包括测控应答机、遥控单元、数管计算机、多个远置单元、控制计算机、运控应答机、载荷任务处理单元和电源分系统设备；其特征在于，

当数管计算机工作正常时，数管计算机通过1553B总线接收远置单元采集的遥测数据和远置单元自身产生的遥测数据、以及控制计算机自身产生的遥测数据，数管计算机还通过RS422总线接收载荷任务处理单元的遥测数据，并对接收的所有遥测数据进行遥测格式编排生成整个航天器遥测数据，将整个航天器遥测数据输出给远置单元A，远置单元A完成整个航天器遥测数据的信源加密后输出给测控应答机，测控应答机通过测控通道下传给地面测控站；

当数管计算机工作异常时，远置单元A将其采集的遥测数据和自身产生的遥测数据直接输出给测控应答机，测控应答机通过测控通道下传给地面测控站。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：测控应答机接收地面测控站上注的工程遥控指令，输出给遥控单元，所述遥控指令包括直接开/关指令和注入数据；当数管计算机工作正常时，遥控单元将直接开/关指令译码后直接输出至航天器上相应设备，将注入数据输出给数管计算机，数管计算机根据注入数据中的所属设备标识，通过1553B总线分发给相应的远置单元和控制计算机，还通过RS422总线分发给载荷任务处理单元，远置单元向对应设备输出指令；

当数管计算机工作异常时，由遥控单元向所述关键设备直接输出指令。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：数管计算机将地面运控站所需要的业务遥测数据通过RS422总线送给载荷任务处理单元，载荷任务处理单元将其与其它业务数据一起形成业务数据帧，完成信源加密后送给运控应答机，通过业务通道下传地面运控站。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：运控应答机接收地面运控站上注的业务遥控指令，输出给载荷任务处理单元，载荷任务处理单元完成信源解密，并通过RS422总线输出给数管计算机处理，数管计算机根据业务遥控指令中的所属设备标识，将业务遥控指令通过1553B总线分发给相应的远置单元，通过远置单元向对应设备输出指令。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：数管计算机和控制计算机之间相互备份重要工作状态信息，备份信息通过1553B总线进行传输；数管计算机为载荷任务处理单元备份重要工作状态信息，备份信息通过RS422总线进行传输；当设备复位或切机后从备份信息方恢复重要工作状态信息。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述多个远置单元包括远置单元A、远置单元B、远置单元C、和远置单元D；远置单元B、远置单元C和远置单元D分别采集各自所在舱板设备的遥测数据。