CN103680110A - 一种全轨道16Kbps遥测数据多路径下传系统 - Google Patents

Abstract

一种全轨道16Kbps遥测数据多路径下传系统包括：星务中心计算机、下位机、星务数据存储模块、S波段应答机、中继测控单元、数传系统数据转发器、固态存储器、CAN总线、LVDS总线；星务中心计算机通过CAN总线与星上网各下位机相连，负责整星遥测数据的收集和格式化处理，并将格式化后的遥测数据发向S波段应答机、测控中继单元以及星务数据存储模块；星务数据存储模块通过CAN总线接收并存储GPS、姿控下位机重要数据和整星遥测数据，通过LVDS总线发给数传分系统的数据转发器；同时星务数据存储模块存储的所有数据通过CAN总线回传给星务中心计算机。本发明能够在卫星过境时大量遥测数据实时快速下传并可以通过多个路径下传，减少关键遥测数据下传所需的时间。

Description

一种全轨道16Kbps遥测数据多路径下传系统

技术领域

本发明涉及一种卫星遥测数据多路径下传系统及方法，特别适用于卫星全轨道、全时段及大量遥测数据的下传。

背景技术

卫星遥测数据是地面了解星上工作状态以及健康状态的唯一途径。常用的卫星遥测数据下传方法，主要是由星务中心计算机通过星上总线采集各分系统的遥测参数，进行打包处理，形成通用的遥测数据格式，调制成DPSK信号后，通过测控通道下传。

由于我国地理位置和测控体制的约束，对于太阳同步轨道卫星，每天仅有6-7个轨道圈过我国国境，每次过境时间仅10分钟左右，且卫星遥测下行码速率仅为4096bps，因此由于过境时间和遥测码速率的约束，采用上述方法无法将卫星全轨道数据完整下传，仅能将境外遥测数据按照一定比例进行抽样压缩后存放在延时遥测缓冲区，待过境时下传。又由于受星载计算机内存容量的限制，无法保存大量的延时遥测数据，因此卫星境外大量遥测信息地面就无法获取，影响地面对卫星状态的监控。

航天东方红卫星有限公司ZL101354829A号专利公开了一种遥测数据下传方法，通过引入星务数据存储模块，实现对整星遥测数据进行接收和存储，并通过X波段数传发射机将遥测数据进行下行发送，改变了传统的通过S波段应答机进行遥测数据下行传输的方法，克服了S波段应答机下行码速率低，整星全弧段遥测数据无法下传的缺点，提高了卫星遥测数据的完整性，为卫星在轨故障的诊断提供了数据基础。此方法还可将整星各下位机的重要数据按照总线通信协议组成数据通信包，通过总线发送给星务数据存储模块进行存储，待卫星过境时下传，增加了重要数据下传的功能。但该方法存在以下问题：（1）该方法测控通道下行码速率为4096bps，采用数据存储模块容量为128M，LVDS接口发送码速率为1Mbps，无法满足较高码速率遥测数据的存储和下传；（2）该方法着重于遥测数据的下传，未充分考虑星上信息多路径传输，该方法中数据存储模块中的数据只能通过数传通道下行，当数传通道无法工作时，存储的遥测数据无法下行；（3）受FLASH芯片存储容量限制，该方法只能存储36小时的卫星遥测数据，超过36小时未下传数据将被覆盖；（4）该方法存储的遥测数据只能等到数传开机下传，并经过一系列地面处理后才能应用，卫星在轨发生异常后相关遥测数据不能及时得到分析。

综上，现有技术存在遥测下行码速率低，下传路径单一，数据存储容量少等缺点，不利于卫星全轨道运行状态的监视，影响卫星在轨问题的分析和及时定位。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服以上缺点，提供一种全轨道16Kbps遥测数据多路径下传系统，能够在卫星过境时大量遥测数据实时快速下传，境外遥测数据全部存储并可以通过多个路径下传，减少关键遥测数据下传所需的时间。

本发明技术解决方案：本发明的技术解决方案是：将测控通道下行码速率由4096bps提高到16384bps，满足大量遥测数据境内传输的要求；将全轨道实时遥测数据和整星重要保存数据通过星上网络发送到星务数据存储模块进行存储，同时增大存储容量，提高存储速度，并将发送码速度提高至2Mbps；增加直接从测控中继通道下传遥测的路径；增加星务中心计算机从星务数据存储模块轮询存储的数据后，从应答机或中继通道下行的路径。

基于上述系统组成和技术解决方案，卫星实时遥测数据可通过两种途径下传：一是星务中心计算机将打包格式化后的实时遥测数据发向S波段应答机，通过测控天线下传至地面；二是星务中心计算机将打包格式化后的实时遥测数据发向中继测控单元，通过中继天线和中继卫星系统下传至地面。两种方法均可以实现16Kbps遥测码速率的下传。

对于卫星延时遥测和GPS、姿控等重要数据，可通过三种途径下传：一是星务数据存储模块将接收的卫星延时遥测和GPS、姿控等重要数据通过LVDS总线发给数传系统的数据转发器，通过数传天线发送至地面；二是星务数据存储模块将接收的卫星延时遥测和GPS、姿控等重要数据通过CAN总线回传给星务中心计算机，然后由星务中心计算机发给S波段应答机，通过测控天线下传至地面；三是星务数据存储模块将接收的卫星延时遥测和GPS、姿控等重要数据通过CAN总线回传给星务中心计算机，然后由星务中心计算机发给中继测控单元，通过中继天线和中继卫星系统下传至地面。第一种途径可实现卫星全轨道全时段遥测数据的下传，第二、三种途径可实现卫星延时遥测和GPS、姿控等重要数据中的地面所重点关注时段的遥测参数的下传，即实现了想传哪部分遥测就传哪部分遥测的目的。

本发明系统具体包括：星务中心计算机、下位机、星务数据存储模块、S波段应答机、中继测控单元、数传系统数据转发器、固态存储器、CAN总线、LVDS总线及测控天线、中继天线、数传天线；其中，星务中心计算机通过CAN总线与星上网各下位机相连，负责整星遥测数据的收集和格式化处理，并将格式化后的遥测数据发向S波段应答机、测控中继单元以及星务数据存储模块，分别通过测控天线、中继天线、数传天线下传至地面；星务数据存储模块通过CAN总线接收并存储GPS、姿控下位机重要数据和整星遥测数据，通过LVDS总线发给数传分系统的数据转发器；同时星务数据存储模块存储的所有数据通过CAN总线回传给星务中心计算机。

所述星务数据存储模块包括数据存储子模块、数据回传子模块、数据顺发子模块、数据重发子模块；数据存储子模块对接收到的数据包进行正确性判断，若符合总线通信协议规定，则将数据包存储在数据接收缓冲区中，若不正确则放弃该数据包的接收；数据回传子模块负责将数据接收缓冲区内的数据通过CAN总线回传给星务中心计算机，回传的起始地址可用指令进行设置；数据顺发和重发是指相邻两次数据发送之间的关系，数据顺发子模块从数据上次发送结束的地址开始进行数据发送，实现数据接续发送功能；数据重发子模块首先需要用遥控指令设置数据发送的首地址，然后从此地址开始进行数据发送，实现数据可控发送的功能；数据存储子模块或回传子模块与顺发子模块或重发子模块可并行运行，数据存储子模块与回传子模块不可同时运行，顺发子模块和重发子模块不可同时运行。

本发明与现有技术相比的优点在于：

（1）测控通道遥测码速率由4096bps提高至16384bps，遥测码速率的大幅提高可以将卫星过境时的整星实时遥测数据传送到地面，解决了卫星大量遥测数据实时下传的问题；

（2）增加了中继通道下传遥测的路径，使得卫星的测控弧段增加，有利于卫星在轨运行特别是入轨初期的状态监视；

（3）星务数据存储模块存储容量的增大，存储数据类型的增多，存储速度和发送速度的提高，使得每秒中可存储更多的整星重要保存数据，可以存储更多轨道圈次时间（约4天）的卫星遥测数据，发送速度的提高可以将所存的数据更快的发送到数传设备，减少了存储模块数据发送的时间，为整星数据调度、传输节省了时间资源；

（4）星务数据存储模块所存储的数据不仅可以通过数传通道下传，由于测控通道遥测码速率的提高，其还可以通过星上总线回传到星务中心计算机，放入遥测缓冲区，通过测控或中继通道下传到地面。遥测数据下传途径的增加有利于卫星全轨道运行状态的监视，使得卫星在轨问题的分析和及时定位更加有效，增加了卫星控制的灵活性。

附图说明

图1是本发明系统组成框图；

图2是本发明星务数据存储模块1个时间周期（1秒）内存储、回传和发送数据流图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明系统包括星务中心计算机、下位机、星务数据存储模块、S波段应答机、中继测控单元、数传系统数据转发器、固态存储器、CAN总线、LVDS总线及测控天线、中继天线、数传天线。涉及的主要技术包括16384bps遥测码速率的实现，星务数据存储模块对总线数据的接收、存储以及回传，遥测数据的多路径下传。下面进行具体说明：

(1)遥测码速率16384bps的实现方法

遥测信息的获取和下行发送主要由星务中心计算机、星上CAN总线通信网络和各个下位机共同完成的。各分系统或设备的下位机负责采集自身的遥测参数，星务中心计算机通过总线网络汇集整星各分系统或设备的遥测数据，进行格式编排后组成遥测帧。

遥测通道由FIFO即先入先出发送数据缓冲区、并串转换器，调制电路等构成。遥测模块载波频率65536Hz，接口采用PSK输出。遥测通道的FIFO设计为4K字节，采用字节操作。FIFO并串转换和移位具体设计：在FIFO不为空时计数器就开始计数，计数值计到8后就输出一次高脉冲信号（和时钟信号同宽度）。该高脉冲信号通过时序电路对FIFO的读信号和串并转换器的装数信号以及计数器的装数信号进行控制。当FIFO读有效后，8位并行数据就写入到串并转换器输入端，并串转换器LOAD信号有效后，在时钟上升沿开始移数，进行串并转换。当FIFO中的数据少于2K字节时，就向CPU申请一次中断。软件在中断服务程序中向遥测通道FIFO写入64字节数据，遥测中断间隔为31.25ms。因此每秒钟将会产生32次遥测中断，32*64=2048字节即16384bits，形成16384bps的码速率。

(2)星务数据存储模块对总线数据进行接收和存储

星务数据存储模块通过星上总线接收来自GPS、姿控下位机的重要数据以及星务中心计算机的实时遥测数据，每秒可接收8包不同数据类型的数据，数据量可达1.5K字节。如图2所示，在数据存储标志为使能的情况下，星务数据存储模块程序进入数据打包处理模块，对总线数据进行接收和存储。

FLASH存储器存储空间为2G BYTE，其中512M作为数据存储区，其余作为备用存储空间使用。将512M数据存储空间分为4096片区域进行存取管理，每个区域128KBYTE，分别命名为数据存储0000H区，数据存储0001H区，……数据存储0FFFH区。按目前卫星最大数据量计算，512M的存储空间可以存储4天的实时和整星重要保存数据。数据的存储采用按照顺序存储的方式进行。

(3)星务数据存储模块总线回传数据功能

星务数据存储模块除了从总线应答自身状态遥测之外，还具备通过总线回传FLASH存储数据的功能。如图2所示，在总线回传标志为使能的情况下，星务数据存储模块程序进入CAN总线回传操作管理模块，将总线数据接收缓冲区内的数据即FLASH数据回传给星务中心计算机。总线回传数据与FLASH存储数据不同时进行，总线回传数据前，地面发送“停止存储数据”指令，星务数据存储模块不存储总线发送的数据，并设置总线回传使能允许，期间须根据CAN总线通信协议规定进行必须的总线应答。

星务数据存储模块加电、复位或“FLASH自检”后，总线回传的起始地址为第0区的起始地址，总线回传使能允许；收到“设置总线回传地址”指令后，总线回传起始地址为指令设置的地址；否则，总线回传地址为最近一次总线回传后的地址。

星务数据存储模块在总线回传使能允许状态下应答星务中心计算机的总线回传数据轮询，地面安排指令时保证在设置总线回传使能允许4秒后才开始轮询总线回传数据。在回传过程中收到“设置总线回传地址”指令，则按新收到的地址回传。星务数据存储模块能适应每秒最多4次总线回传轮询，每次应答256字节数据。如果回传期间未收到“设置总线回传地址”指令，相邻两次轮询应答数据应连续。在总线回传禁止状态下，星务数据存储模块不应答总线回传轮询。

收到“开始存储数据指令”后，设置总线回传标志位禁止，停止应答总线数据回传轮询，开始存储总线数据。设置总线回传地址间接指令格式如下所示：

序号	数据	说明
			1.	0BH	下位机号
2.	09H	指令序号
			3.	XXXXH	总线回传起始块序号（0000H-0FFFH）

(4)遥测数据下传

星务中心计算机每秒将2048字节遥测数据经过并串转换后调制并发送到应答机和中继终端，在卫星过境时通过应答机经测控天线下传到地面，在境外时根据需要开启中继测控单元，数据经中继天线传输至中继卫星，然后通过中继卫星下传到地面。

当卫星在轨出现异常或有重要遥测数据需要分析时，则根据最近一次接收到的星务数据存储模块遥测中数据存储状态，计算出需要分析的遥测所在的星务数据存储模块存储区，以总线回传的方式通过应答机或中继测控单元下传到地面。

星务数据存储模块在数传开机时，根据指令将存储的各种数据通过LVDS接口发送给数传分系统数据转发器，LVDS接口有效码速率可达1.3Mbps。星务数据存储模块的数据发送功能可分为顺序发送和数据重发两种形式。如图2所示，星务数据存储模块程序先进行顺序发送判断，若是，则执行顺序发送程序，若不是，则进行数据重发判断；若是数据重发，则执行数据重发程序，若也不是数据重发，则退出整个数据发送程序模块，进入下一个程序周期。

数据顺序发送模式：星务数据存储模块接收到“顺序发送数据”指令后，首先发送2048字节的前导码（55H），进入数据顺序发送模式，根据默认数据存储首地址或上次顺序发送结束地址进行数据顺序发送，直到接收到“停止发送”间接指令，或判断出数据发送指针大于等于数据存储指针时，停止本次数据顺序发送过程，并保存当前数据顺序发送地址。在接收到“停止发送”间接指令后，发送2048字节的后导码（AAH）。在数据发送指针大于等于数据存储指针而停止发送后，如果存储了新的数据，在收到“开始发送”指令前不再启动发送。

数据重发模式：星务数据存储模块接收到“数据重发”指令后，首先发送2048字节的前导码（55H），进入重发模式，根据数据重发指令中的发送起始地址开始重发数据，如果发送到了0FFFH块，则转到第0000H块发送，直至收到“停止发送”指令，或发送完全部存储数据发送指针回到起始地址时，停止本次重发。在接收到“停止发送”间接指令后，发送2048字节后导码（AAH），数据重发指令格式如下表所示。

序号	数据	说明
			1.	0BH	下位机号
2.	03H	指令序号
			3.	XXXXH	重发起始块序号（0000H-0FFFH）

如果在顺序发送中收到“数据重发”指令或在数据重发中收到“顺序发送数据”指令，仅对指令进行应答，不执行指令，保持原有发送模式。在数据重发中再次收到“数据重发”指令，按新收到的重发指令重发数据，但不再发送前导码。

数传分系统负责将卫星上产生的大数据量数据传输至地面接收站，具有通道码速率高、传输速度快的特点，星务数据存储模块存储的数据主要通过数传分系统通道下传。数传分系统可以根据实际工作状况，将数据转发器收到的遥测数据实时下传到地面或存储到其固态存储器中，待合适的时机从固态存储取出遥测数据再发送到地面。

Claims (2)

1.一种全轨道16Kbps遥测数据多路径下传系统，其特征在于包括：星务中心计算机、下位机、星务数据存储模块、S波段应答机、中继测控单元、数传系统数据转发器、固态存储器、CAN总线、LVDS总线及测控天线、中继天线、数传天线；其中，星务中心计算机通过CAN总线与星上网各下位机相连，负责整星遥测数据的收集和格式化处理，并将格式化后的遥测数据发向S波段应答机、测控中继单元以及星务数据存储模块，分别通过测控天线、中继天线、数传天线下传至地面；星务数据存储模块通过CAN总线接收并存储GPS、姿控下位机重要数据和整星遥测数据，通过LVDS总线发给数传分系统的数据转发器；同时星务数据存储模块存储的所有数据通过CAN总线回传给星务中心计算机。

2.根据权利要求1所述的一种全轨道16Kbps遥测数据多路径下传系统，其特征在于：所述星务数据存储模块包括数据存储子模块、数据回传子模块、数据顺发子模块、数据重发子模块；数据存储子模块对接收到的数据包进行正确性判断，若符合总线通信协议规定，则将数据包存储在数据接收缓冲区中，若不正确则放弃该数据包的接收；数据回传子模块负责将数据接收缓冲区内的数据通过CAN总线回传给星务中心计算机，回传的起始地址可用指令进行设置；数据顺发和重发是指相邻两次数据发送之间的关系，数据顺发子模块从数据上次发送结束的地址开始进行数据发送，实现数据接续发送功能；数据重发子模块首先需要用遥控指令设置数据发送的首地址，然后从此地址开始进行数据发送，实现数据可控发送的功能；数据存储子模块或回传子模块与顺发子模块或重发子模块可并行运行，数据存储子模块与回传子模块不可同时运行，顺发子模块和重发子模块不可同时运行。

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