CN105450288A - 多平台卫星上行数据模拟验证方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多平台卫星上行数据模拟验证方法，采用了二进制数据流编码技术快速组装可变、分包上行数据，设计上行数据通用处理模型，采用适配类，构建通用的上行数据处理接口，适配出用户需要的特定上行数据处理类，采用多个分支代理功能模块，通过对卫星复杂测控事件自顶而下的功能分解，可程控或手控方式完成指定卫星圈次的上行数据发送演练，配置上行数据执行验证参数，动态生成验证模块，实现不同卫星的上行数据在地面测控系统中的数据流验证。
Description
技术领域
本发明涉及一种多平台卫星上行数据模拟验证方法。该模拟验证方法应用于测控系统，可充分模拟各类卫星平台的上行数据的组装发送过程，用来验证各型号航天的上行数据特别是可变上行数据的编码、组装和发送过程的正确性。
背景技术
卫星上行数据通过测控系统发送至在轨卫星执行机构，可以完成控制卫星的姿态、轨道、载荷开关等操作。卫星与地面测控系统开展接口测试过程中，上行数据由地面测控系统按照特定的格式组装、发送至卫星执行机构，卫星收到上行数据后，逆向解析上行数据，并将解析结果通过遥测数据下传给地面测控系统，以便地面测控系统对上行数据的正确性进行验证。
多平台卫星上行数据的模拟验证方法通过构建不同平台卫星遥测数据仿真、卫星上行数据仿真流程，能够基于数据流层面检验目前国内主流卫星的上行数据组装、发送和验证的正确性。上行数据仿真和验证主要包括：上行数据全帧格式组装模拟，包括符合国际空间数据系统CCSDS的上行分包格式模拟、位流格式模拟、字节格式模拟；上行数据发送方式仿真，包括仿真立即发送、时间符合发送、遥测数据条件驱动等发送方式；不同卫星平台遥测验证数据、遥测事件数据仿真；模拟地面测控设备对上行数据的执行验证过程。
该模拟验证系统通过提炼现有各类航天器上行数据的公共格式特征，基于对象适配器模式，构建各类航天器上行数据的组装、发送、验证处理模块及其通用接口。针对有着严格时序要求和复杂测控流程的卫星测控流程，开展基于代理功能模块的分支化设计，结合时间统一和中断服务控制硬件卡，可以确保上行注入的时间精确达到微秒级水平。
地面测控上行数据发送体制根据差错控制技术分类，有天地大回路反馈校验和前向纠错两种体制。
天地大回路反馈校验体制中，地面系统发送上行数据后，需要和卫星接收并返回的数据进行比对，两者一致后，地面系统再发送执行数据，通知卫星执行先前发送的上行数据，这类数据的特点是具备唯一的特征码，该特征码可以事先编排好，亦可手动编写，利用简单的编码方式实现较低的错误概率，适用于高轨航天器。这种体制下的上行数据格式有数据注入指令、数管指令、执行指令。根据特征码的编排方式，数据注入指令又可以分为普通数据注入和可变数据注入指令，其验证方式采用比对下行数据中特征码的大回路比对方式。数管指令符合空间数据系统咨询委员会（CCSDS）建议书中制定的上行数管数据分包格式，采用下传数管指令数据和判断指令计数的联合验证方式，验证数管指令的执行效果。
前向纠错体制中，发送的上行数据包括执行数据部分，不需要分数据和执行两部分发送，目前，国内外的中低轨道飞行器上行数据都采用前向纠错体制。该体制的上行数据格式与天地大回路反馈校验体制中的普通数据注入格式基本一致，不同的是，其发送方式和执行验证方式通常采用比对卫星下行数据中对应的参数（如某个电压参数值），实现上行数据的发送和执行验证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种不同卫星平台下的上行数据的组装、发送和执行的模拟验证过程，用于地面测控系统和卫星方进行数据接口的验证。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种多平台卫星上行数据模拟验证方法，所述方法包括以下步骤：
步骤A、根据指定卫星平台的上行数据格式，采用二进制位流格式来组装非整数字节的上行数据，通过配置非整数字节的位流数据起始位和结束位来设计位流移位算法，匹配出最终发送的上行数据；
步骤B、组装数管指令格式的上行数据：根据空间数据系统咨询委员会制定的上行数据分包格式，设计具体的主导头、采用不同卫星方的源数据格式和校验、计算方法，模拟设计出符合数管指令格式的上行数据；
步骤C、上行数据发送机制设计：上行数据发送机制包括人工发送和程控发送两种模式，人工发送通过手动选择上行数据要素，结合时间统一和中断服务，完成上行数据的实时和延时发送，程控发送主要是接收飞行程序调度模块命令，采用上行数据序列方式完成指定测控事件的上行数据注入；
步骤D、上行数据缓冲区调度管理：针对延时上行数据序列中发送时间的先后顺序，设计上行数据缓冲区，用来缓存上行数据序列，将首数据的发送时间在时间统一和中断服中设置为时间符合中断信号，来调度指定时刻的延时上行数据序列发送；
步骤E、遥测数据、遥控事件模拟仿真：上行数据发送后的影响通过仿真卫星下行遥测数据来体现，将上行数据中关键的且能唯一标识自身的字段填入下行遥测指定结构；将上行数据的作用通过下行遥测重要参数体现；
步骤F、根据卫星测控事件实时调度上行数据的发送，通过设计多个分支代理模块，描述、执行卫星测控中具体的分支，该代理模块包括指令相关的信息，这些信息通过特定的逻辑表达式来描述，如果该表达式解算结果成立，则实时调度上行数据的发送；
步骤G、上行数据的发送环回验证：根据不同的卫星设计不同的环回验证方式：大回路比对验证方式、遥测下行指令计数验证、OBC验证、数管指令验证和执行验证，不同的卫星平台可以根据配置自由组合各类验证方式。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、多平台卫星上行数据模拟验证系统具备与地面测控系统中设备基带通讯的能力，满足了一套卫星上行数据模拟验证系统适应地面测控系统内部多平台卫星数据流正确性检查的需求。
2、多平台卫星上行数据模拟验证系统满足了目前主流卫星平台的上行数据的模拟、发送、验证需求。
3、多平台卫星上行数据模拟验证系统中，根据卫星测控流程和实时遥测验证调度上行数据发送功能具备一定的自主测控技术，满足了验证特定卫星型号的程序自主测控演练的检验需求。
附图说明
图1为本发明中上行数据大回路验证流程图。
图2为本发明中卫星测控分支代理设计示例图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本实施例中的一种多平台卫星上行数据模拟验证方法，所述方法包括以下步骤：
步骤A、根据指定卫星平台的上行数据格式，采用二进制位流格式来组装非整数字节的上行数据，通过配置非整数字节的位流数据起始位和结束位来设计位流移位算法，匹配出最终发送的上行数据。如上行数据中的关键字段为0X12345，其前补位流为二进制“1”，后补位流为二进制“000”，则将前补位流增为二进制“0001”后补位流改为二进制“0000”，并将整个序列转化为字符串格式的1123450，作为移位算法的输入，以便数据比对。该移位算法的输入还有位移次数3和位移方向1（0右移，1左移），形成的最终上行数据为字节形式的0X891A28。
步骤B、组装数管指令格式的上行数据。根据空间数据系统咨询委员会（CCSDS）建议书中制定的上行数据分包格式，设计具体的主导头、采用不同卫星方的源数据格式和校验、计算方法，模拟设计出符合数管指令格式的上行数据。如校验和计算方式为CRC校验时，则根据校验多项式和寄存器初始值的不同，设计不同的CRC校验算法。
步骤C、上行数据发送机制设计。上行数据发送机制包括人工发送和程控发送两种模式。人工发送通过手动选择上行数据指令序号、发送时刻、发送次数等要素，结合时间统一和中断服务，完成上行数据的实时和延时发送。程控发送主要是接收卫星测控调度模块命令，采用上行数据序列方式完成指定测控事件的上行数据注入。图1为本发明中上行数据大回路验证流程图。
步骤D、上行数据缓冲区调度管理。针对延时上行数据序列中发送时间的先后顺序，设计了上行数据缓冲区，用来缓存上行数据序列。将首数据的发送时间在时间统一和中断服中设置为时间符合中断信号，来调度指定时刻的延时上行数据序列发送。图2为本发明中卫星测控分支代理设计示例图。
步骤E、遥测数据、遥控事件模拟仿真。上行数据发送后的影响通过仿真卫星下行遥测数据来体现，将上行数据中关键的且能唯一标识自身的字段填入下行遥测指定结构；将上行数据的作用通过下行遥测重要参数体现（某波段电压值变高）。
步骤F、根据卫星测控流程事件要求实时调度上行数据的发送。通过设计多个分支代理模块，描述、执行飞行程序中具体的分支，该代理模块包括指令相关的遥测参数变化、上行数据代号、发送时间、发送次数、启动条件等信息。这些信息通过特定的逻辑表达式来描述，如果该表达式解算结果成立，则实时调度上行数据的发送。卫星测控事件通过一个或多个遥测参数的逻辑组合结果，来表达某个上行数据注入的发送前提条件。如逻辑表达式char*exp="((A<=4)||(B>=3))&&(C>6)，表示有三个遥测参数A、B、C，当它们的值代入逻辑表达式exp，计算出的结果为真，才能调度上行数据的发送。本系统采用双堆栈设计，分别存放运算符和数据，通过入栈出栈操作，循环计算出逻辑表达式值，根据结果决定是否发送调度信息给上行数据发送模块，实时调度上行数据的发送处理。
步骤G、上行数据的发送环回验证。根据不同的卫星设计了不同的环回验证方式：大回路比对验证方式（适用于高轨卫星）、遥测下行指令计数验证、OBC验证、数管指令验证（验证数据量大、下行较慢、耗时较长）、执行验证（上行数据发送验证成功后，对执行脉冲的验证），不同的卫星平台可以根据配置自由组合各类验证方式。上行数据的关键验证字段一般都会超过一个字节长度，从下行遥测数据中获取关键验证字段时，采用基于位流格式的字节拼装算法，解出关键验证字段。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种多平台卫星上行数据模拟验证方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
步骤A、根据指定卫星平台的上行数据格式，采用二进制位流格式来组装非整数字节的上行数据，通过配置非整数字节的位流数据起始位和结束位来设计位流移位算法，匹配出最终发送的上行数据；
步骤B、组装数管指令格式的上行数据：根据空间数据系统咨询委员会制定的上行数据分包格式，设计具体的主导头、采用不同卫星方的源数据格式和校验、计算方法，模拟设计出符合数管指令格式的上行数据；
步骤C、上行数据发送机制设计：上行数据发送机制包括人工发送和程控发送两种模式，人工发送通过手动选择上行数据要素，结合时间统一和中断服务，完成上行数据的实时和延时发送，程控发送主要是接收飞行程序调度模块命令，采用上行数据序列方式完成指定测控事件的上行数据注入；
步骤D、上行数据缓冲区调度管理：针对延时上行数据序列中发送时间的先后顺序，设计上行数据缓冲区，用来缓存上行数据序列，将首数据的发送时间在时间统一和中断服中设置为时间符合中断信号，来调度指定时刻的延时上行数据序列发送；
步骤E、遥测数据、遥控事件模拟仿真：上行数据发送后的影响通过仿真卫星下行遥测数据来体现，将上行数据中关键的且能唯一标识自身的字段填入下行遥测指定结构；将上行数据的作用通过下行遥测重要参数体现；
步骤F、根据卫星测控事件实时调度上行数据的发送，通过设计多个分支代理模块，描述、执行卫星测控中具体的分支，该代理模块包括指令相关的信息，这些信息通过特定的逻辑表达式来描述，如果该表达式解算结果成立，则实时调度上行数据的发送；
步骤G、上行数据的发送环回验证：根据不同的卫星设计不同的环回验证方式：大回路比对验证方式、遥测下行指令计数验证、OBC验证、数管指令验证和执行验证，不同的卫星平台可以根据配置自由组合各类验证方式。
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