CN104516271B - 一种航天器载荷实验流程控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种航天器载荷实验流程通用控制系统及方法，所述方法包含：步骤101)定义并初始化设置与载荷实验流程的运行相关的信息；步骤102)定义各航天载荷设备所有动作的合集，所述所有动作的合集为各个载荷为实现其功能所有需要执行的动作；步骤103)以实验批次为单位列举每一批次实验的每一步动作的执行时刻、动作标号并依据所述载荷表中定义的动作集合确定每一步动作具体的执行内容；步骤104)监控所有载荷的动作或所有载荷的当前状态，当发现监控的一个载荷状态发生异常时，按照存储的策略处理该异常的处理；其中，所述策略为若干动作的集合。

Description

一种航天器载荷实验流程控制系统及方法

技术领域

本发明涉及航空、航天电子综合化、通用化、模块化技术领域，更具体地涉及航天器载荷实验流程通用控制协议，及本发明提供了一种航天器载荷实验流程控制系统及方法。

背景技术

航天器上进行科学实验的有效载荷设备有以下特点：种类繁多，功能独特，可靠性安全性要求高，控制流程复杂，科学需求、实验参数不确定而且多变等特点。通常情况下载荷控制管理软件或FPGA只针对指定载荷设备专门开发。这种开发模式研制周期长、通用性差，可靠性不能保证，增加了载荷设备的研制周期及研制成本；同时由于没有继承性、每台设备属于完全重新研制，所以增加了系统的安全性、可靠性风险。在航天科技技术飞速发展的今天，这种开发模式已经不能适应载荷设备发展的要求。

发明内容

本发明的目的在于，为了克服上述问题，本发明提供一种航天器载荷实验流程控制系统及方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种航天器载荷实验流程控制系统，所述系统包含：

初始化配置模块，用于定义并设置与载荷实验流程的运行相关的信息，所述信息包含：载荷实验流程控制数据的存储位置信息、实验样品总批次数、载荷实验动作的条数、软件自动执行参数、温控主备份参数、电机主备份和模拟量采集参数；

载荷动作设置模块，用于定义各航天载荷设备所有动作的合集，所述所有动作的合集为各个载荷为实现其功能所有需要执行的动作；即载荷实验动作是对载荷的操作流程进行归纳进而得到的完成载荷各项功能的具体操作；且每一个动作采用动作ID、动作类型信息及该类型动作下执行的内容进行表征；

载荷实验流程设置模块，用于以实验批次为单位列举每一批次实验的每一步动作的执行时刻、动作标号并依据所述载荷动作表中定义的动作集合确定每一步动作具体的执行内容；和

在线监控模块，用于监控所有载荷的动作或所有载荷的当前状态，当发现监控的一个载荷状态发生异常时，按照在线监控模块中的存储的处理策略处理该异常；其中，所述所有载荷的动作包括：故障判断、异常处理；所述处理策略为若干动作的集合，且这些动作在所述载荷动作设置模块中进行定义；

其中，所述载荷实验流程控制数据的存储位置信息具体包含：载荷动作模块、实验流程模块和在线监控模块的存储位置的首地址信息。

可选的，上述系统采用三模冗余的方式存储初始化配置模块、载荷动作设置模块、载荷实验流程设置模块和在线监控模块中的信息。

可选的，上述初始化配置模块进一步包含：

载荷实验地址初始化信息存储子模块，用于加载并存储整个载荷控制系统的数据存储地址，数据存储地址包括：载荷动作表存储位置、实验流程表存储位置、实验流程表存储位置、在线监控表存储位置；

载荷实验初始化信息设置子模块，用于定义载荷设备的所有实验总信息，包括：实验样品总批次数、载荷实验动作条数、软件自动执行载荷实验批次号、软件自动执行载荷实验批次开始时间；

载荷设备硬件端口初始化信息设置子模块，用于当载荷加电后对载荷硬件端口的初始化操作，包括：模拟量采集端口、电机控制端口、温控端口、图像端口。

此外，本发明还提供了一种航天器载荷实验流程控制方法，所述方法包含：

步骤101)定义并设置与载荷实验流程的运行相关的信息，所述信息包含：载荷实验流程控制数据的存储位置信息、实验样品总批次数、载荷实验动作的条数、软件自动执行参数、温控主备份参数、电机主备份设置和模拟量采集参数设置；

步骤102)定义各航天载荷设备所有动作的合集，所述所有动作的合集为各个载荷为实现其功能所有需要执行的动作；即载荷实验动作是对载荷的操作流程进行归纳进而得到的完成载荷各项功能的具体操作；

步骤103)以实验批次为单位列举每一批次实验的每一步动作的执行时刻、动作标号并依据所述载荷动作表中定义的动作集合确定每一步动作具体的执行内容；

步骤104)监控所有载荷的动作或所有载荷的当前状态，当发现监控的一个载荷状态发生异常时，按照存储的策略处理该异常；其中，所述策略为若干动作的集合。

可选的，上述步骤101)进一步包含：

步骤101-1)设置载荷动作表、实验流程表和在线监控表存储位置的首地址，并设置三模冗余数据存储位置的首地址；

步骤101-2)设置实验样品总批次数，即定义实验载荷总共需要进行的实验批次数，即实验流程表中的记载的实验批次总数；

步骤102-3)在实验样品总批次数至载荷实验动作条数之间设置若干字节的保留空间，用于用户自定义初始内容；

步骤102-4)设置载荷实验动作条数，即定义各载荷包含的不同类型的实验动作的总条数；

步骤102-5)定义软件自动执行载荷的实验批次号并定义软件自动执行载荷各实验批次的开始时间；

步骤102-6)初始化各个端口，所述端口包含：模拟量采集端口、电机控制端口、温控端口、图像端口。

可选的，上述步骤102)进一步包含：

步骤102-1)定义载荷动作类型及动作序号长度，且同一载荷动作类型格式相同，动作序号定义该类型下具体的载荷动作编号；

步骤102-2)

针对直接赋值型动作，直接按照载荷设备控制的具体协议赋值；

针对同特征码判断型动作，对设置数据与特征参数进行比对一致后执行；

根据随机特征码判断动作，对设置数据与特征参数进行比对，当设置数据与特征参数相同时，每一参数设置操作都需进行特征参数判断；

针对条件判断动作，首先定义对载荷状态的采集及判断模式，之后进行逻辑判断，如果满足条件按照实验流程继续进行，如果不满足条件则根据情况跳转至当前批次流程的后续动作或执行其他批次内容。

可选的，步骤103)所述每个批次包含载荷一个实验批次的所有动作，且每个批次流程表最多容纳300条载荷动作；

其中，实验流程表一个批次实验流程内容包括：

第一行实验流程内容包括“载荷实验批次号、本批次实验动作总数”；所述载荷实验批次号表明该实验的实验批次；本次实验动作总数表明该批次实验动作总条数，如果程序执行到本次实验动作总数后结束本次实验；

此后实验流程内容的格式为“动作时间码+载荷动作表+次态动作索引”，所述动作时间码为该动作与前一动作执行的相对时间；所述载荷动作表为载荷动作信息表的动作内容；所述次态动作索引为下一个动作的执行位置。

进一步可选的，上述步骤104)进一步包含：

步骤104-1)建立在线状态监控表，所述在线状态监控表包含：在线监控表序号、在线监控使能标志、动作总数、当前动作指针、动作序号、动作时间码和动作类型与ID；

其中，所述“在线监控表序号”定义了该表监控的状态的内容，所述“在线监控使能标志”定义当前状态是否监控，用户可以根据情况选择；所述“动作总数“定义该监控表的监控动作总数；所述“当前动作指针“表示当前在线监控执行位置，一旦需要修改监控执行位置，则修改指针即可；所述“动作序号”表明在线监控的动作号，顺序排列最多不超过16个，有效值为00H～1FH；所述“动作时间码”定义为执行当前动作与上一动作的相对时间间隔；所述“动作类型与ID”为载荷动作表中的存储的载荷具体动作；

步骤104-2)运行过程中对若干的状态参数进行实时监控判断，当监控得到的参数状态值大于设定的阈值时，则依据在线状态监控表启动应对策略，所述应对策略包含在线状态监控表中定义的保护动作；

其中，所述状态参数包含：温度、湿度和压力。

本发明提出一种航天器载荷实验流程通用控制协议，有效载荷设备可以根据此协议设计载荷管理软件或FPGA。

与现有方法相比，本发明的技术优势在于：

本发明提出一种航天器载荷实验流程通用控制协议，有效载荷设备可以根据此协议设计载荷管理软件或FPGA。在功能、性能、接口、可靠性安全性等指标得到保障及提高的前提下实现了载荷管理软件的通用化、模块化设计，用户在此协议的基础上可以对各个协议的定义内容进行扩展和剪裁。该协议满足载荷设备研制的特点及技术要求并将软件或FPGA设计与载荷设计分离，不同载荷的实验控制流程仅需对协议数据进行调整即可，并极大地缩短了载荷设备的研制周期及开发成本，对提高我国航天器载荷设备研制技术具有重要的意义。

附图说明

图1是本发明中载荷实验流程通用控制协议数据总体存储格式；

图2是本发明中载荷动作表存储格式；

图3是本发明中实验流程表存储格式；

图4是本发明中在线监控表存储格式。

具体实施方式

下面结合附图和表格详细说明本发明的技术方案。

本发明提供的航天器载荷实验流程控制系统及方法基于载荷实验流程通用控制协议，该协议的工作流程为：

1.通过加载初始配置表中定义的一系列动作，完成对后续载荷动作表、实验流程表、在线监控表的地址索引信息初始化；自动执行流程及开始时间设置初始化；硬件端口初始化等系统运行状态初始化工作，使载荷设备具备运行工作的条件。

2.载荷设备达到实验运行条件后，如果收到载荷实验开始的指令，按照载荷实验流程表的内容执行具体的载荷实验动作，载荷实验流程表包括：表头信息(载荷实验批次号、本批次实验动作总数)，载荷实验动作信息(动作时间码、动作类型与ID、次态动作索引)。表头信息包含了该次实验的动作总数即载荷实验动作总数，具体的动作类型ID则集中存储在载荷动作表中。

载荷动作表主要包括所有载荷的实验动作，载荷实验动作是对载荷的操作流程进行归纳，梳理出完成载荷某项功能的具体操作，载荷动作表作为载荷实验所有动作的全集将载荷所有动作进行编号后存储，供载荷实验流程表调用。

3.载荷设备在运行过程中关键状态的监控保护，由在线监控表实现，载荷在运行过程中需要对某些重要的状态进行实时监控判断(如温度、湿度、压力等状态参数)，如果监控状态超过设计必须采取相应的策略，在线监控表针对载荷设备的这方面需求而设计，包含监控内容定义，监控动作列表等内容，一旦发现某些监控量异常可以按照监控表的设计内容进行设备的保护。

本发明的航天器载荷实验流程通用控制协议，所述协议内容包含：

1.载荷实验流程通用控制协议数据总体存储格式。包含初始配置表、载荷动作表、实验流程表和在线监控表的排列结构；协议数据在存储空间内组织排列按照三模冗余的方式存储，降低整个协议数据受到空间环境影响而发生部分内容改变的影响。

2.初始化配置表，初始化配置表定义了载荷设备加电后，初始化载荷实验流程运行状态一系列动作。

3.载荷动作表，载荷动作表格式主要用于载荷所有动作的合集包含了该载荷所有可能的动作。

4.实验流程表，实验流程表，按照载荷单个实验的批次组织，包含了载荷的所有的实验流程，每个批次由包含载荷一个实验批次的所有动作(由载荷动作表组合而成)。

5.在线监控表，在线监控表用于所有监控载荷的动作或当前状态，监控内容动作在载荷动作表中定义，可以同时监控32种载荷状态。

本协议说明中使用控制载荷设备的接口为RS422接口，即软件或FPGA通过RS422总线向载荷设备发送控制信息，信息格式为：设备寄存器控制地址+设备控制设置值。该接口及传输协议可以根据实际情况进行扩展与完善。

方案内容：

一、本协议将载荷实验流程进行归纳总结，根据实验内容的以相互独立、松耦合为原则，将实验的全流程分解为不同的批次的实验，同一批次实验的流程动作必须连续运行直到实验结束或异常停止，不同批次的实验相互没有关系，不相互影响。同一批次实验流程以时间为轴，进行分解，到达执行时刻执行对应的载荷动作。在执行实验时，可以针对某些影响设备安全的重要参数实行监控，一旦检测到异常，按照监控异常处理流程进行处理。

本航天器载荷实验通用控制协议由初始配置表(即，初始配置模块用于完成初始化配置的步骤)、载荷动作表(即，载荷动作设置模块用于完成载荷动作设置)、实验流程表(即，载荷实验流程设置模块用于完成实现流程设置)和在线监控表(即，在线监控模块用于完成在线监控)组成。

1.当载荷设备加电后，初始化配置表用于定义一系列与载荷实验流程的运行状态相关的动作。

2.载荷动作表，主要用于定义载荷所有动作的合集，所述所有动作的合集包含了各个载荷所有可能的动作。

3.载荷实验流程表以实验批次为单位，详细排列了每一批次实验的每一步动作的执行时刻、动作标号并依据载荷动作表中定义的动作集合确定每一步动作的执行内容。

4.在线监控表，用于监控所有载荷的动作或所有载荷的当前状态，且在线监控表可以同时监控32种载荷状态，其中载荷监控表与载荷实验流程表类似也是由一系列动作组成，所述的一系列动作包括：故障判断、异常处理等动作，一旦发现监控的某一路载荷状态发生异常时，可按照在线监控表中的指定的动作处理该异常动作，其中监控表中的动作也在载荷动作表中进行定义。

二、载荷实验流程通用控制协议数据总体存储格式包含初始配置表、载荷动作表、实验流程表和在线监控表的排列结构；协议数据在存储空间内组织排列按照三模冗余的方式存储，用于降低整个协议数据受到空间环境影响而发生部分内容改变的影响。具体存储格式如图1所示。

1、按照初始配置表、载荷动作表、实验流程表和在线监控表，依次顺序存储；

2、不同配置表之间进行一定数据量的填充，方便后续扩展，载荷控制流程数据内部的地址分配由初始配置表中进行定义，详见初始配置表定义。

3、将1份完整的载荷控制流程数据复制为3份，存放在不同存储器地址中(首份内容默认为存储器寻址空间的首地址)，实现三模冗余的方式存储。

三、载荷实验流程通用控制协议运行流程为：

1.通过加载初始配置表中定义的一系列动作，完成对后续载荷动作表、实验流程表、在线监控表的地址索引信息初始化；自动执行流程及开始时间设置初始化；硬件端口初始化等系统运行状态初始化工作，使载荷设备具备运行工作的条件，该表在载荷加电后自动完成。

2.载荷设备达到实验运行条件后，如果收到载荷实验开始的指令或数据注入根据实验编号，加载载荷实验流程表对应的内容，执行具体的载荷实验动作，载荷实验流程表包括：表头信息(载荷实验批次号、本批次实验动作总数)，载荷实验动作信息(动作时间码、动作类型与ID、次态动作索引)。表头信息包含了该次实验的动作总数即载荷实验动作总数，具体的动作类型ID则集中存储在载荷动作表中。

载荷动作表主要包括所有载荷的实验动作，载荷实验动作是对载荷的操作流程进行归纳，梳理出完成载荷某项功能的具体操作，载荷动作表作为载荷实验所有动作的全集将载荷所有动作进行编号后存储，供载荷实验流程表调用。

载荷实验流程可以根据数据注入或指令执行，也可以按照初始化配置表中的定义自动执行。

3.载荷设备在运行过程中关键状态的监控保护，由在线监控表实现，载荷开机后及整个实验过程中需要对某些重要的状态进行实时监控判断(如温度、湿度、压力等状态参数)，如果监控状态超过设计必须采取相应的策略，在线监控表针对载荷设备的这方面需求而设计，包含监控内容定义，监控动作列表等内容，一旦发现某些监控量异常可以按照监控表的设计内容进行设备的保护。监控功能可以根据实际情况开启或关闭，由用户灵活掌握。

四、初始配置表，初始化配置表定义了载荷设备加电后，初始化载荷实验流程运行状态一系列动作。具体格式如表1所示，主要内容包括：流程控制数据存储位置信息(载荷动作表、实验流程表、在线监控表及三模冗余数据存储位置)、实验样品总批次数、载荷实验动作条数、软件自动执行参数设置、温控主备份设置、电机主备份设置、模拟量采集参数设置。

1.流程控制数据存储位置信息包括载荷动作表、实验流程表、在线监控表，及三模冗余数据存储位置的首地址，长度固定8字节，满足0-4294967296地址空间的数据存储位置；

2.实验样品总批次数，定义了科学实验载荷总共需要进行的实验批次数，即实验流程表中的安排的实验批次总数，长度固定2字节，最小1个批次实验，最大支持65536批次的实验，同时提供安全性保障措施，即当实验批次数超过该数值时，可认定执行内容错误，保护系统安全。

3.保留空间，允许用户自定义初始内容，此处保留空间大小为64字节；

4.载荷动作表的载荷实验动作条数，定义了某个载荷包含的不同类型的实验动作的总条数，即载荷动作表中定义各种格式载荷动作的分类总数。

5.软件自动执行载荷实验批次号，载荷设备软件在加电后无需等待开始指令，自动执行的起始及结束的实验批次号，4字节，首2字节为起始实验批次号，后2字节为结束实验批次号，如果没有自动执行实验，用全0表示。

6.软件自动执行载荷实验批次开始时间，载荷设备软件在加电后至自动执行实验的时间间隔，4字节，表示软件系统时间码，执行时间与自动执行批次号有关，如果没有自动执行实验，该时间码无效，不做判断；批次加电后立即执行时，时间码为全0。

7.模拟量采集端口初始化、电机控制端口初始化、温控端口初始化、图像端口初始化、其他硬件端口初始化，分别定义完成模拟量采集端口、电机控制端口、温控端口、图像端口、其他硬件端口(如阀门、LED、风扇等)进行初始化设置，256字节。首两字节为初始化标志0xEB90表示需初始化后续254字节有效，其他值为不需初始化，后续值无效，根据执行内容由载荷设备控制的具体协议定义。

表1

五、载荷动作表，实验动作表主要包括所有载荷的实验动作，载荷实验动作是对载荷的操作流程进行归纳，梳理出完成载荷某项功能的具体操作，载荷动作表中的每个动作完成软件或FPGA对载荷设备一项动作，对于每一个动作进一步细化到载荷控制实际内容，该动作需要通常进行一步或多步载荷设备的设置操作才能完成。通常实际流程控制中有些参数需要直接设置即可，有些参数根据底层协议有特殊的字符表示、有些参数需要进行逻辑判断，载荷动作表考虑了所有可能情况进行组合设计，实现载荷控制的动作流程，并具备用户自定扩展的空间，存储格式见图2，具体格式见表2至表5。

1.载荷动作格式中首先定义载荷动作类型及动作序号长度各为2字节，同一载荷动作类型格式相同，载荷动作序号(ID)定义该类型下具体的载荷动作编号。每一个动作固定长度为136字节。

2.载荷动作类型0x0011定义为直接赋值型动作，该类型动作不需要对设置值进行判断直接按照载荷设备控制的具体协议赋值即可，格式定义及说明见表3所示。

3.载荷动作类型0x0022定义为同特征码判断型动作，该类型动作适用于某些载荷控制数据需特征值，并且在动作中所有设置操作全部有相同特征参数值，软件执行时需要对设置数据与特征参数进行比对一致后方可执行。格式定义及说明见表4所示。

4.载荷动作类型0x0033定义为随机特征码判断动作，该类型动作，在动作中某些参数设置操作有具体特征参数值，并且特征值不相同，软件执行时需要对设置数据与特征参数进行比对方可执行，因此每一参数设置操作都需进行特征参数判断，如果不需判断直接赋值则特征参数位置全部填充0x00即可，格式定义及说明见表4所示。

5.载荷动作类型0x0044定义为条件判断动作，该类型动作主要用于在线监控及载荷动作中执行中某些需要进行状态判断而视情况执行的载荷动作。条件判断动作首先定义对载荷状态的采集及判断模式，之后进行逻辑判断，如果满足条件按照实验流程继续进行，如果不满足条件则根据情况跳转至当前批次流程的后续动作或执行其他批次内容，具体格式定义及说明见表4所示。

表2

表3

表4

表5

六、实验流程表。实验流程表包含了载荷的所有批次的实验流程表，每个批次由包含载荷一个实验批次的所有动作(由载荷动作表组合而成)。实验流程表结构如图3所示，每个批次流程表大小固定3010字节可最多容纳300条载荷动作，结构如表6所示。

1.第一行包括“载荷实验批次号、本批次实验动作总数”。载荷实验批次号表明该实验的实验批次；本次实验动作总数表明该批次实验动作总条数，如果程序执行到本次实验动作总数后结束本次实验。

2.此后的格式为“动作时间码+载荷动作表+次态动作索引”格式。动作时间码为该动作与前一动作执行的相对时间；载荷动作表为载荷动作信息表的动作内容；次态动作索引为下一个动作的执行位置，顺序执行默认0x00，0xFF代表该批次实验结束。

表6

七、在线监控表。对于一些载荷而言，在运行过程中需要对某些重要的状态进行实时监控判断(如温度、湿度、压力等状态参数)，如果监控状态超过设计必须采取相应的策略，在线监控表针对载荷设备的这方面需求而设计，在线监控表设计最多可同时监控32个状态量，针对每个监控状态最多执行16个保护动作。对载荷设备的安全进行保护，在线监控表的结构与实验流程表类似，第一行定义了监控相关的信息，第二行开始至结束为实际监控动作信息，在线监控表结构如图4所示，每个批次流程表大小固定170字节可最多容纳16条载荷动作，结构如表7所示。

1.”在线监控表序号”定义了该表监控的状态的内容，最大不超过32，有效值为00H～1FH；”在线监控使能标志”定义当前状态是否监控，用户可以根据情况选择；“动作总数“定义该监控表的监控动作总数；”当前动作指针“表示当前在线监控执行位置，一旦需要修改监控执行位置，则修改指针即可。

2.“动作序号”表明在线监控的动作号，顺序排列最多不超过16个，有效值为00H～1FH；“动作时间码”定义为执行当前动作与上一动作的相对时间间隔；“动作类型与ID”为载荷动作表中的存储的载荷具体动作。

表7

本发明提供了一套航天器载荷实验流程通用控制协议，所述协议内容包含：1.载荷实验流程通用控制协议数据总体存储格式。.初始化配置表。初始化配置表定义了载荷设备加电后，初始化载荷实验流程运行状态一系列动作；3.载荷动作表。载荷动作表格式主要用于载荷所有动作的合集包含了该载荷所有可能的动作；4.实验流程表。实验流程表，按照载荷单个实验的批次组织，包含了载荷的所有的实验流程，每个批次由包含载荷一个实验批次的所有动作(由载荷动作表组合而成)5.在线监控表。在线监控表用于所有监控载荷的动作或当前状态，监控内容动作在载荷动作表中定义，可以同时监控32种载荷状态。

航天器载荷实验流程通用控制协议支持控制有效载荷设备的部件及机构包括：

载荷电机控制相关内容；模拟量采集相关内容；温控PID计算相关内容；热电偶转换相关内容；电磁阀控制相关内容；风扇、激光、LED照明控制相关内容；CCD相机控制相关内容。

本发明提供了一套航天器载荷实验流程通用控制协议，所述协议内容包含：

一、载荷实验流程通用控制协议数据总体存储格式。包含初始配置表、载荷动作表、实验流程表、在线监控表的排列结构；协议数据在存储空间内组织排列按照三模冗余的方式存储，降低整个协议数据受到空间环境影响而发生部分内容改变的影响。二、初始化配置表。初始化配置表定义了载荷设备加电后，初始化载荷实验流程运行状态一系列动作。三、载荷动作表。载荷动作表格式主要用于载荷所有动作的合集包含了该载荷所有可能的动作。四、实验流程表。实验流程表，按照载荷单个实验的批次组织，包含了载荷的所有的实验流程，每个批次由包含载荷一个实验批次的所有动作(由载荷动作表组合而成)。五、在线监控表。在线监控表用于所有监控载荷的动作或当前状态，监控内容动作在载荷动作表中定义，可以同时监控32种载荷状态。六、协议中所述的配置值格式为：配置地址+配置数据的方式，同时可以根据实际情况或总线协议进行调整如Rs422总线、Rs485总线、1553B总线等。

与现有方法相比，本发明的技术优势在于：有效载荷设备可以根据此协议设计载荷管理软件或FPGA。在功能、性能、接口、可靠性安全性等指标得到保障及提高的前提下实现了载荷管理软件的通用化、模块化设计，用户在此协议的基础上可以对各个协议的定义内容进行扩展和剪裁。该协议满足载荷设备研制的特点及技术要求并将软件或FPGA设计与载荷设计分离，不同载荷的实验控制流程仅需对协议数据进行调整即可，并极大地缩短了载荷设备的研制周期及开发成本，对提高我国航天器载荷设备研制技术具有重要的意义。本发明提供了一套航天器载荷实验流程通用控制协议，该控制协议包括：初始配置表、载荷动作表、实验流程表和在线监控表。协议数据内容存放在外部可修改存储器中(EEPROM、MRAM等)，由载荷管理软件或FPGA加载执行，通过该协议实现载荷的全部实验流程管理与控制，并且所有实验、控制参数及执行顺序均可根据载荷需求随时调整或修改，同时实现对某些关键参数的在线监控功能，一旦参数出现异常，可以按照异常处理流程执行保护动作。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种航天器载荷实验流程控制系统，其特征在于，所述系统包含：

初始化配置模块，用于定义并设置与载荷实验流程的运行相关的信息，所述信息包含：载荷实验流程控制数据的存储位置信息、实验样品总批次数、载荷实验动作的条数、软件自动执行参数、温控主备份参数、电机主备份和模拟量采集参数；

载荷动作设置模块，用于定义各航天载荷设备所有动作的合集，所述所有动作的合集为各个载荷为实现其功能所有需要执行的动作；即载荷实验动作是对载荷的操作流程进行归纳进而得到的完成载荷各项功能的具体操作；且每一个动作采用动作ID、动作类型信息及该类型动作下执行的内容进行表征；

载荷实验流程设置模块，用于以实验批次为单位列举每一批次实验的每一步动作的执行时刻、动作标号并依据所述载荷动作设置模块中定义的动作集合确定每一步动作具体的执行内容；和

在线监控模块，用于监控所有载荷的动作或所有载荷的当前状态，当发现监控的一个载荷状态发生异常时，按照在线监控模块中的存储的处理策略处理该异常；其中，所述所有载荷的动作包括：故障判断、异常处理；所述处理策略为若干动作的集合，且这些动作在所述载荷动作设置模块中进行定义；

其中，所述载荷实验流程控制数据的存储位置信息具体包含：载荷动作模块、实验流程模块和在线监控模块的存储位置的首地址信息。

2.根据权利要求1所述的航天器载荷实验流程控制系统，其特征在于，所述系统采用三模冗余的方式存储初始化配置模块、载荷动作设置模块、载荷实验流程设置模块和在线监控模块中的信息。

3.根据权利要求1所述的航天器载荷实验流程控制系统，其特征在于，所述初始化配置模块进一步包含：

载荷实验地址初始化信息存储子模块，用于加载并存储整个载荷控制系统的数据存储地址，数据存储地址包括：载荷动作表存储位置、实验流程表存储位置、实验流程表存储位置、在线监控表存储位置；

载荷实验初始化信息设置子模块，用于定义载荷设备的所有实验总信息，包括：实验样品总批次数、载荷实验动作条数、软件自动执行载荷实验批次号、软件自动执行载荷实验批次开始时间；

载荷设备硬件端口初始化信息设置子模块，用于当载荷加电后对载荷硬件端口的初始化操作，包括：模拟量采集端口、电机控制端口、温控端口、图像端口。

4.一种航天器载荷实验流程控制方法，所述方法包含：

步骤101)定义并设置与载荷实验流程的运行相关的信息，所述信息包含：载荷实验流程控制数据的存储位置信息、实验样品总批次数、载荷实验动作的条数、软件自动执行参数、温控主备份参数、电机主备份设置和模拟量采集参数设置；

步骤102)定义各航天载荷设备所有动作的合集，所述所有动作的合集为各个载荷为实现其功能所有需要执行的动作；即载荷实验动作是对载荷的操作流程进行归纳进而得到的完成载荷各项功能的具体操作；

步骤103)以实验批次为单位列举每一批次实验的每一步动作的执行时刻、动作标号并依据载荷动作表中定义的动作集合确定每一步动作具体的执行内容；

步骤104)监控所有载荷的动作或所有载荷的当前状态，当发现监控的一个载荷状态发生异常时，按照存储的策略处理该异常；其中，所述策略为若干动作的集合。

5.根据权利要求4所述的航天器载荷实验流程控制方法，其特征在于，所述步骤101)进一步包含：

步骤101-1)设置载荷动作表、实验流程表和在线监控表存储位置的首地址，并设置三模冗余数据存储位置的首地址；

步骤101-2)设置实验样品总批次数，即定义实验载荷总共需要进行的实验批次数，即实验流程表中的记载的实验批次总数；

步骤102-3)在实验样品总批次数至载荷实验动作条数之间设置若干字节的保留空间，用于用户自定义初始内容；

步骤102-4)设置载荷实验动作条数，即定义各载荷包含的不同类型的实验动作的总条数；

步骤102-5)定义软件自动执行载荷的实验批次号并定义软件自动执行载荷各实验批次的开始时间；

步骤102-6)初始化各个端口，所述端口包含：模拟量采集端口、电机控制端口、温控端口、图像端口。

6.根据权利要求4所述的航天器载荷实验流程控制方法，其特征在于，所述步骤102)进一步包含：

步骤102-1)定义载荷动作类型及动作序号长度，且同一载荷动作类型格式相同，动作序号定义该类型下具体的载荷动作编号；

步骤102-2)针对直接赋值型动作，直接按照载荷设备控制的具体协议赋值；

针对同特征码判断型动作，对设置数据与特征参数进行比对一致后执行；

根据随机特征码判断动作，对设置数据与特征参数进行比对，当设置数据与特征参数相同时，每一参数设置操作都需进行特征参数判断；

针对条件判断动作，首先定义对载荷状态的采集及判断模式，之后进行逻辑判断，如果满足条件按照实验流程继续进行，如果不满足条件则根据情况跳转至当前批次流程的后续动作或执行其他批次内容。

7.根据权利要求4所述的航天器载荷实验流程控制方法，其特征在于，步骤103)所述每一批次实验包含载荷一个实验批次的所有动作，且每一批次实验流程表最多容纳300条载荷动作；

其中，实验流程表一个批次实验流程内容包括：

第一行实验流程内容包括“载荷实验批次号、本批次实验动作总数”；所述载荷实验批次号表明该实验的实验批次；本次实验动作总数表明该批次实验动作总条数，如果程序执行到本次实验动作总数后结束本次实验；

此后实验流程内容的格式为“动作时间码+载荷动作表+次态动作索引”，所述动作时间码为该动作与前一动作执行的相对时间；所述载荷动作表为载荷动作信息表的动作内容；所述次态动作索引为下一个动作的执行位置。

8.根据权利要求4所述的航天器载荷实验流程控制方法，其特征在于，所述步骤104)进一步包含：

步骤104-1)建立在线状态监控表，所述在线状态监控表包含：在线监控表序号、在线监控使能标志、动作总数、当前动作指针、动作序号、动作时间码和动作类型与ID；

其中，所述“在线监控表序号”定义了该表监控的状态的内容，所述“在线监控使能标志”定义当前状态是否监控，用户可以根据情况选择；所述“动作总数“定义该监控表的监控动作总数；所述“当前动作指针“表示当前在线监控执行位置，一旦需要修改监控执行位置，则修改指针即可；所述“动作序号”表明在线监控的动作号，顺序排列最多不超过16个，有效值为00H～1FH；所述“动作时间码”定义为执行当前动作与上一动作的相对时间间隔；所述“动作类型与ID”为载荷动作表中的存储的载荷具体动作；

步骤104-2)运行过程中对若干的状态参数进行实时监控判断，当监控得到的参数状态值大于设定的阈值时，则依据在线状态监控表启动应对策略，所述应对策略包含在线状态监控表中定义的保护动作；

其中，所述状态参数包含：温度、湿度和压力。