CN105429691B - 一种数传地面测试系统实时分级数据判读方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数传地面测试系统实时分级数据判读方法遥，数传地面测试系统将接收到射频信号解调为基带信号，之后进行与星上基带处理相反的数据处理，最终获得载荷数据。用户要求卫星载荷数据下传完整正确，整星数传分系统研制过程中，通过地面测试系统处理数据及其结果判读来判断星上分系统各级对数据处理的正确性和完整性。本发明实现地面测试设备关键数据处理的每一步数据关键信息位实时判读，保证对卫星分系统数据处理过程中问题进行快速准确定位，大大提高了地面数传测试的时效，提高了地面设备的检测能力。

Description

一种数传地面测试系统实时分级数据判读方法

技术领域

本发明涉及一种数传地面测试系统实时分级数据判读方法，用于基于空间数据链路协议的高级在轨系统协议(AOS)设计的卫星数传分系统(可以支持具有在轨图像压缩的传输)，所对应数传地面测试系统对传输数据地面处理的两级(AOS帧格式下和解压缩后数据)VCDU计数、幅计数和块计数进行连续性和不连续性实时判读，在每次数据传输结束后生成数据判读报告。

背景技术

数传通道数据链路协议是国际间卫星通信链路体制多采用空间数据系统咨询委员会CCSDS所建议与制定的空间网络体系协议下的空间链路协议，主要是在测控方向的分组遥测协议(TM)、分组遥测协议(TC)，在数据传方向高级在轨系统协议(AOS)，高级在轨系统协议(AOS)所规定的帧格式如表1所示。

表1 AOS帧格式

星上基带处理设备依据高级在轨系统协议(AOS)主要完成对基带数据的进行传输帧封装。封装主要完成帧同步、版本号、航天器标识、虚拟信道标识、加密、加扰、信道编码等操作。

帧格式中VCDU(虚拟信道数据单元)内为各种载荷数据。一部分载荷如果载荷数据量较大需要压缩处理，那么该部分内容为压缩后数据。另一部分载荷数据量可以直接进行封装。

在轨图像压缩是典型的载荷数据压缩处理需求，由于高性能载荷产生大量源数据，而数传通道受对地通信资源(过境时间、存储资源、带宽等)的限制，需要对源数据进行压缩处理来适应传输需求。

CCSDS标准体系中对在轨图像压缩进行了说明：压缩算法采用JPEG2000，输入芯片前将该路数据进行分段处理，如图1所示，图形数据分段处理为将图像数据先进行分幅，即多少行数据定幅长，辅助数据描述对应该幅数据属性，然后将一幅数据再进行分块划分，图中只表示了分四块，可以根据具体数据需求适应性分块。每一个压缩图像压缩使用专用类芯片压缩，输出后的数据要在图像辅助数据加入幅计数和块计数信息，之后与每一块图像压缩块结合形成如如图2所示数据格式。

星上数传分系统数据处理与地面测试系统数据处理是互逆过程，处理逻辑框图如图4所示，数传地面测试系统设备完成如图4所示对星上数据处理的逆处理过程，图3为需要数据位判读该级数据处理过程中实时判读流程，如果每一级数据处理皆为正确，最后输出载荷数据给载荷地面检测设备，判读结果正确，证明从星上数传分系统到数传地面测试系统链路上各个设备数据处理是正确的。但是如果数传地面测试系统输出载荷数据有丢失或错误，很多时候如果不能实时判读精来确定位到每一级设备，需要大量的时间反复排查地面或是星上设备问题。

现有技术条件下，地面测试系统设备不具备实时判读VCDU计数、幅计数和块计数功能，基于软件平台的地面测试系统设备，只能对重要处理后的全部数据记录保存在硬盘中，当该次数据处理完毕后，通过事后分析软件对保存数据进行判读；基于硬件平台的地面测试系统设备，需要在重要处理输出口采用功分方式并行输出给独立的模块检测设备，进行数据判读，联线复杂，设备笨重，因此现有技术中的检测判读方法笨重耗时。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种数传地面测试系统实时分级数据判读方法，利用地面数传测试系统内部软硬件资源完成一种数传地面测试系统实时分级数据判读方法，实现地面测试设备关键数据处理的每一步数据关键信息位实时判读，保证对卫星分系统数据处理过程中问题进行快速准确定位，大大提高了地面数传测试的时效，提高了地面设备的检测能力。

本发明的技术解决方案是：本发明技术解决实现步骤如下：

(1)数传地面测试系统接收卫星上射频信号解调后数据为成AOS帧数据，对这些AOS帧内数据区域进行解扰、信道译码、解密数据处理；

(2)数传地面测试系统根据VCDU标识对AOS帧进行分类，得到不同VCDU标识的AOS帧序列，在输出端开辟高速缓存区对不同AOS帧序列分别缓存，从不同AOS帧缓存队列中对AOS帧中VCDU计数提取并进行连续性实时显示和判读，如果VCDU计数不连续，需要对VCDU计数不连续进行判读和不连续次数统计；

(3)数传地面测试系统对不同AOS帧序列都完成去除AOS帧格式后，得到该序列AOS帧数据区域数据，如果该序列AOS帧数据区域数据不需要解压缩直接按顺序拼接为载荷数据输出；需要解压缩数据进入步骤(4)；

(4)数传地面测试系统完成对需要解压缩的数据进行解压缩，之后与对应需要解压缩数据的辅助数据拼接，辅助数据中含有幅计数与块计数，得到带有数据标识的解压缩数据并输出；在数据输出端开辟缓存区缓存带有数据标识的解压缩数据，从中提取幅计数与块计数，并对幅计数与块计数进行连续性显示和判读，如果幅计数与块计数不连续，则对幅计数与块计数不连续进行判读和次数统计，通过幅计数和块计数完成载荷数据的拼接输出；

(5)对步骤(3)、步骤(4)输出的载荷数据进行判读，如果一次数据传输结束，数传地面测试系统输出的载荷数据出现丢失、异常错误，由VCDU计数的判读数据去除AOS帧前后数据是否丢失、处理异常，由幅计数和块计数判读解压缩前后数据是否丢失或处理正常，从而完成数传地面测试系统实时分级数据判读。

步骤(2)、步骤(4)高速缓存区采用FIFO高速缓存区，FIFO高速缓存区数据结构宽度步骤(2)以AOS帧宽度为限，步骤(4)以带有数据标识的解压缩数据格式宽度为限。

步骤(2)、步骤(4)数传地面测试系统对VCDU计数、幅计数和块计数提取后通过内部通信链路实时传递给显示界面显示。

步骤(2)、步骤(4)对VCDU计数、幅计数和块计数连续性判读，VCDU计数、幅计数和块计数单次+1为连续；

步骤(2)、步骤(4)对VCDU计数、幅计数和块计数单次增加大于1为不连续，触发VCDU计数、幅计数和块计数不连续的统计，没出现不连续，不连续统计次数+1初始值为0，并将出现不连续的前后两位计数寄存。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)实现VCDU计数、幅计数和块计数实时判读，结合载荷实时判读信息可以快速定位当次检测出现问题的功能区位，提高了每次检测的时效性，；

(2)针对现有事后判读方式，节省了地面检测设备内部大量存储资源，如地面测试系统设备的体积、重量和功耗等；

(3)针对硬件并联采集输出数据给独立单检设备，免除了外接接口可能导致的错误，并联线的繁琐复杂导致人为错误，以及携带额外单检设备带来的不便。

利用软硬件能力提升，实现开辟实时缓存区和实时判读功能模块设计，通过软硬件对每一级处理后数据的VCDU计数、幅计数和块计数提取和判读，并通过建立设备内部通信线路完成判读软件界面显示和实时判读结果报告，准确及时定位。

附图说明

图1为载荷输出幅数据；

图2为压缩处理后数据格式；

图3为本发明在每一级数据处理后数据判读实现流程图；

图4为本发明在数传地面测试系统实现流程图；

图5为基于刀片服务器平台的数传地面测试系统；(将图5改为白底黑字)

图6为基于高速硬件平台+数字逻辑地面测试系统架构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图3、图4所示，数传地面测试系统的主要任务是完成对星上下传数据的逆向解析，最后输出数据与星上数传接收载荷数据一致。本发明是在数传地面测试系统完成主要任务的同时，并行完成每一级数据处理后数据完整性连续性的实时判读，最终在单次连续处理完成后生成综合测试日志。数传地面测试系统主要由两种平台架构：一种为以刀片服务器为平台的架构，一种为以高速硬件平台+数字逻辑处理架构。由于近些年来基本硬件功能密度的提高，有了足够资源来并行完成本发明功能。该两种平台以下分别就不同平台架构下本发明的实现与应用进行说明：

1.基于刀片服务器平台的数传地面测试系统如图5所示：

刀片服务器平台主要提供资源为服务器硬件+操作系统，本发明使用各功能软件对刀片服务器平台硬件与操作系统资源调用实现其功能，各功能软件主要由C++或Java程序语言编制。具体实现与设计流程如下：

(1)解调器输出的基带数据在原始回放记录存储后输出给预处理，在预处理中完成解扰、信道译码、解密，向后输出给格式解析。

(2)在格式解析部分完成AOS帧格式如表1解析出各个虚拟信道数据，在服务器内存中开辟FIFO缓存区，按照AOS帧格式排列，提取软件通过操作系统访问内存中的FIFO缓存区读取不同虚拟信道的VCDU计数数据，经过操作系统与硬件线路实时传递给显示界面软件，数据统计软件实时收集VCDU计数数据做连续性统计，如果出现不连续，读取前后跳变VCDU计数数据，暂存于软件内存缓存区，同时对不连续次数进行统计，当本级单次连续处理结束生成VCDU计数的连续性统计，不连续数统计，不连续位置，不连续次数统计。

(3)格式解析对不同AOS帧序列都完成去除AOS帧格式后，得到该序列AOS帧数据区域数据，如果该序列AOS帧数据区域数据不需要解压缩直接按顺序拼接为载荷数据输出给远端快视；需要解压缩数据进入步骤(4)；

(4)需要解压缩的数据按照压缩块进行数据解压缩处理，如图1图像压缩格式，用2个byte标识幅计数，1个byte标识块计数，如图2所示一幅数据分解为数块数据，块计数为幅内计数。在此级数据中，同时并行对幅计数与块计数进行判读。在该级服务器内存中开辟FIFO缓存区，按照图1格式排列，提取软件通过操作系统访问内存中的FIFO缓存区分别读取幅计数与块计数，经过操作系统与硬件线路实时传递给显示界面软件，数据统计软件实时收集幅计数与块计数做连续性统计，如果出现不连续读取前后不连续幅计数与块计数数据，暂存于软件内存缓存区，同时对不连续次数进行统计，当本级单次连续处理结束生成幅计数与块计数连续性统计，不连续数统计，不连续位置，不连续次数统计，通过幅计数和块计数完成载荷数据的拼接输出；

(5)对步骤(3)、步骤(4)输出的载荷数据进行判读，如果一次数据传输结束，数传地面测试系统输出的载荷数据出现丢失、异常错误，由VCDU计数的判读数据去除AOS帧前后数据是否丢失、处理异常，由幅计数和块计数判读解压缩前后数据是否丢失或处理正常，从而完成数传地面测试系统实时分级数据判读。

2.基于高速硬件平台+数字逻辑地面测试系统架构如图6所示：

该架构下，FPGA完成数字处理功能的硬件板卡作为各级数据处理功能模块，高速硬件平台实现数字处理硬件板卡间高速数据通信与设备综合系统控制功能。VHDL等逻辑语言在FPGA中实现基带信号处理功能，硬件平台带有操作系统完成综合管理，界面显示，软件执行等功能，这部分软件由Java或C++完成。具体实现和设计流程如下：

(1)解调器输出的数据经过输入接口板，可以选择进入存储板落盘，也可以经由交换板，传输给预处理与解格式板的预处理模块完成解扰、信道译码、解密，向后输出给格式解析处理板卡。

(2)在预处理与解格式板的格式解析模块完成AOS帧格式如表1解析出各个虚拟信道数据，在FPGA中开辟FIFO缓存区，按照AOS帧格式排列，提取软件通过操作系统访问内存中的FIFO缓存区读取不同虚拟信道的VCDU计数器数据，经过板卡CPU调度FPGA提取VCDU计数数据输出给处理板寄存器，由寄存器通过通信链路实时传递给控制板管理操作系统的显示界面软件，控制板的数据统计软件实时收集VCDU计数器数据做连续性统计，如果出现VCDU计数不连续，读取前后跳变两组VCDU计数数据，暂存于板卡寄存器中上传于控制板，同时不连续次数与寄存器变化次数一致，控制板内统计软件对寄存器变化次数进行统计，当本级单次连续处理结束生成VCDU计数器的连续性统计，不连续数统计，不连续位置，不连续次数统计。

(3)格式解析模块对不同AOS帧序列都完成去除AOS帧格式后，得到该序列AOS帧数据区域数据，如果该序列AOS帧数据区域数据不需要解压缩直接按顺序拼接经由交换板、输出接口板输出载荷数据给载荷设备；需要解压缩数据进入步骤(4)；

(4)需要解压缩的数据经由交换板输出给解压缩版，按照压缩块进行数据解压缩处理，如图1图像压缩格式，用2个byte标识幅计数，1个byte标识块计数，如图2所示一幅数据分解为数块数据，块计数为幅内计数。在此级数据中，同时并行对幅计数与块计数进行判读。在该级处理板卡FPGA中开辟FIFO缓存区，按照图1格式排列，FPGA中提取软件提取FIFO缓存区分别幅计数与块计数，经过硬件平台实时传递给控制板中操作系统的显示界面软件，数据统计软件实时收集幅计数与块计数做连续性统计，如果出现不连续，读取前后跳变幅计数与块计数数据，暂存于解压缩板寄存器中，同时不连续次数与寄存器变化次数一致，上传给控制板操作系统中统计软件进行统计。当本级单次连续处理结束生成幅计数与块计数连续性统计，不连续数统计，不连续位置，不连续次数统计，通过幅计数和块计数完成载荷数据的拼接，经由交换板、万兆输出接口板输出；

(5)对步骤(3)、步骤(4)输出的载荷数据进行判读，如果一次数据传输结束，数传地面测试系统输出的载荷数据出现丢失、异常错误，由VCDU计数的判读数据去除AOS帧前后数据是否丢失、处理异常，由幅计数和块计数判读解压缩前后数据是否丢失或处理正常，从而完成数传地面测试系统实时分级数据判读。

Claims (5)

1.一种数传地面测试系统实时分级数据判读方法，其特征在于实现步骤如下：

(1)数传地面测试系统接收卫星上射频信号解调后数据为成AOS帧数据，对这些AOS帧内数据区域进行解扰、信道译码、解密数据处理；

(2)数传地面测试系统根据VCDU标识对AOS帧进行分类，得到不同VCDU标识的AOS帧序列，在输出端开辟高速缓存区对不同AOS帧序列分别缓存，从不同AOS帧缓存队列中对AOS帧中VCDU计数提取并进行连续性实时显示和判读，如果VCDU计数不连续，需要对VCDU计数不连续进行判读和不连续次数统计；

(3)数传地面测试系统对不同AOS帧序列都完成去除AOS帧格式后，得到该序列AOS帧数据区域数据，如果该序列AOS帧数据区域数据不需要解压缩直接按顺序拼接为载荷数据输出；需要解压缩数据进入步骤(4)；

(4)数传地面测试系统完成对需要解压缩的数据进行解压缩，之后与对应需要解压缩数据的辅助数据拼接，辅助数据中含有幅计数与块计数，得到带有数据标识的解压缩数据并输出；在数据输出端开辟缓存区缓存带有数据标识的解压缩数据，从中提取幅计数与块计数，并对幅计数与块计数进行连续性显示和判读，如果幅计数与块计数不连续，则对幅计数与块计数不连续进行判读和次数统计，通过幅计数和块计数完成载荷数据的拼接输出；

(5)对步骤(3)、步骤(4)输出的载荷数据进行判读，如果一次数据传输结束，数传地面测试系统输出的载荷数据出现丢失、异常错误，由VCDU计数的判读数据去除AOS帧前后数据是否丢失、处理异常，由幅计数和块计数判读解压缩前后数据是否丢失或处理正常，从而完成数传地面测试系统实时分级数据判读。

2.根据权利要求1所述的数传地面测试系统实时分级数据判读方法，其特征在于：步骤(2)、步骤(4)高速缓存区采用FIFO高速缓存区，FIFO高速缓存区数据结构宽度步骤(2)以AOS帧宽度为限，步骤(4)以带有数据标识的解压缩数据格式宽度为限。

3.根据权利要求1所述的数传地面测试系统实时分级数据判读方法，其特征在于：步骤(2)、步骤(4)数传地面测试系统对VCDU计数、幅计数和块计数提取后通过内部通信链路实时传递给显示界面显示。

4.根据权利要求1所述的数传地面测试系统实时分级数据判读方法，其特征在于：步骤(2)、步骤(4)对VCDU计数、幅计数和块计数连续性判读，VCDU计数、幅计数和块计数单次+1为连续。

5.根据权利要求1所述的数传地面测试系统实时分级数据判读方法，其特征在于：步骤(2)、步骤(4)对VCDU计数、幅计数和块计数单次增加大于1为不连续，触发VCDU计数、幅计数和块计数不连续的统计，不连续统计次数初始值设置为0，若没出现不连续，则将不连续统计次数+1，并将出现不连续的前后两位计数寄存。