CN105515638A - 星载多载荷数据帧传输装置及传输方法 - Google Patents

星载多载荷数据帧传输装置及传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种星载多载荷数据帧传输装置，包括同步头生成装置，生成同步头；飞行器标识生成装置，生成飞行器标识；数据种类生成装置，生成数据种类；帧计数生成装置，生成帧计数；数据区生成装置，生成数据区；数据帧收发装置；其中：同步头，用于星地之间载荷数据帧同步；飞行器标识，用于标识卫星的编号；数据种类，用于标识载荷数据种类；帧计数，用于每种载荷数据总数的顺序计数；数据区，用于放置载荷数据。同时提供了上述星载多载荷数据帧传输方法。本发明针对高速率载荷输入，低速率数据下传模式，增大了数据区在帧长度中所占的比例，提高了信道的传输效率，增强了获取载荷信息的时效，简化了数传帧格式的复杂性，达到了很好的效果。

Description

星载多载荷数据帧传输装置及传输方法
技术领域
本发明涉及星载多载荷数据帧传输设计技术领域，具体地，涉及一种星载多载荷数据帧传输装置及传输方法。
背景技术
高光谱观测卫星(GF-5卫星)是实现高分专项“形成高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率和高精度观测的时空协调、全天候、全天时的对地观测系统”这一目标的重要组成部分。该卫星搭载了6种载荷，单个载荷最高传输速率为2.04Gbps，载荷峰值速率合计为2.3Gbps，数传分系统下传速率为双通道900Mbps(450Mbps/通道)，为了最大化利用固存和数传通道，提高整星的工作效能，卫星上采用一种新型的数据帧格式。
为了适应空间技术的发展要求，由NASA、ESA等空间机构发起，成立了空间数据系统咨询委员会(CCSDS)，制订了适用于中、高数据率航天器的高级在轨系统(AOS)。随后CCSDS推出了一整套技术标准，其中遥测和遥控技术建议定义了数据传输的格式和方式，分包遥测建议定义了发送遥测信息的标准数据单元——传输帧。在下传时长、速率、固存容量、数传带宽受限的约束下，为了最大化地利用固存和数传通道，需要优化CCSDS传输帧格式，采用新型的数据帧格式。由于输入载荷数据速率高达2.3Gbps，下传速率为900Mbps，因此依照每一帧数据最大限度的传送载荷数据的设计思想保证数据区的最大长度，从而最大限度的利用的数传通道。该传输设计方法目前已经在GF-5卫星上得到了应用。通过该数据帧格式，能够保证卫星载荷数据最大化的下传地面，提高了整星的使用效能，从而在卫星应用中发挥了较大的效益。
在以往的卫星型号中，数据帧中的数据区往往较短，这在一定程度上降低了信道的传输效率。为解决这一问题，在GF-5卫星数据帧格式设计中，去除了版本号、信号域、插入区、RS校验位等元素。该种设计方法合理、可靠，提高了数据传输的效率，增强了获取信息的时效，简化了系统的复杂性，达到了很好的效果。
随着卫星型号任务的逐渐增多，载荷速率越来越高，而频率资源日趋紧张，在低轨卫星数传系统的设计中，如何在有限的见站时间内传输最大量的载荷数据成为亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术数据帧格式中数据区较短的缺陷，解决高速载荷输入时最大化信道传输效率问题，本发明的目的在于提出一种星载多载荷数据帧传输装置及传输方法，利用本发明，可实现低轨卫星数传系统高速率载荷输入，低速率数据下传，见站时间和星上固存有限的情况下，最大限度的利用信道，提高卫星的使用效能。
为了达到上述发明目的，本发明是通过以下技术方案实现的。
根据本发明的一个方面，提供了一种星载多载荷数据帧传输装置，包括同步头生成装置、飞行器标识生成装置、数据种类生成装置、帧计数生成装置、数据区生成装置以及数据帧收发装置；其中：
所述同步头生成装置用于生成同步头1，所述同步头1用于星地之间载荷数据帧同步；
所述飞行器标识生成装置用于生成飞行器标识2，所述飞行器标识2用于标识卫星的编号；
所述数据种类生成装置用于生成数据种类3，所述数据种类3用于标识载荷数据种类；
所述帧计数生成装置用于生成帧计数4，所述帧计数4用于每种载荷数据总数的顺序计数；
所述数据区生成装置用于生成数据区5，所述数据区5用于放置载荷数据；
所述数据帧收发装置用于接收和发送组合后的同步头1、飞行器标识2、数据种类3、帧计数4、数据区5。
优选地，所述同步头提供地面提取有效载荷数据之前进行帧同步所需的固定码，地面设备搜索此固定码，进行载荷数据帧格式锁定。
优选地，所述同步头标志为1ACFFC1D。
优选地，所述卫星编号设计为3bits。
优选地，所述载荷数据种类设计为5bits。
优选地，所述每种载荷数据总数的顺序计数的初始位为0，每种载荷数据总数计满后，重复从0开始。
优选地，所述帧计数设计为24bits。
优选地，同种类载荷连续的数据区按位连续。
优选地，所述数据区设计为8128bits。
根据本发明的另一个方面，提供了一种星载多载荷数据帧传输方法，包括如下步骤：
步骤S1，数传系统接收多路载荷数据和经1553B总线传输的卫星工程遥测数据，多路载荷数据分别对应一片FIFO作为缓存，当存满FIFO设计要求的字节数后，即发出一状态值至虚拟信道逻辑调度单元；
步骤S2，虚拟信道逻辑调度单元根据载荷数据的排序算法读取某一载荷数据传输至格式汇编单元，所述格式汇编单元按照3bits飞行器标识、5bits数据种类、24bits帧计数和8128bits数据区的顺序将载荷数据格式化成CCSDS标准的AOS协议数据，再经加扰，定界后形成带有1ACFFC1D同步头的载荷数据帧传输格式并行输出，经总线传输到存储单元记录存储。
优选地，所述排序算法包括释放速率、优先权或同步计时。
与现有数据帧格式相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明解决了高速载荷输入时最大化信道传输效率问题，利用本发明，可实现低轨卫星数传系统高速率载荷输入，低速率数据下传，见站时间和星上固存有限的情况下，最大限度的利用信道，提高卫星的使用效能。
本发明针对高速率载荷输入，低速率数据下传模式，增大了数据区在帧长度中所占的比例，提高了信道的传输效率，增强了获取载荷信息的时效，简化了数传帧格式的复杂性，达到了很好的效果。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明星载多载荷数据帧传输装置原理框图。
图2是本发明星载多载荷数据帧传输方法原理框图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
实施例
如图1所示，本实施例提供了一种星载多载荷数据帧传输装置，包括同步头生成装置、飞行器标识生成装置、数据种类生成装置、帧计数生成装置、数据区生成装置以及数据帧收发装置；其中：
所述同步头生成装置用于生成同步头1，所述同步头1用于星地之间载荷数据帧同步；
所述飞行器标识生成装置用于生成飞行器标识2，所述飞行器标识2用于标识卫星的编号；
所述数据种类生成装置用于生成数据种类3，所述数据种类3用于标识载荷数据种类；
所述帧计数生成装置用于生成帧计数4，所述帧计数4用于每种载荷数据总数的顺序计数；
所述数据区生成装置用于生成数据区5，所述数据区5用于放置载荷数据；
所述数据帧收发装置用于接收和发送组合后的同步头1、飞行器标识2、数据种类3、帧计数4、数据区5。
进一步地，所述同步头：地面提取有效数据之前进行帧同步所需的固定码，地面设备搜索此固定码，进行帧格式锁定，按照CCSDS101.0-B-4建议书中的规定，同步头标志为1ACFFC1D。
进一步地，所述飞行器标志符：标识卫星的编号，设计为3bits，如果是系列的第一颗卫星，可以定义为“001(二进制)”。
进一步地，所述数据种类：标识载荷的种类，设计为5bits。
进一步地，所述帧计数：标志每种载荷数据总数的顺序计数，计满后，重复从0开始。计数的初始位为0。
进一步地，所述数据区：放置载荷数据，同种类载荷数据帧计数连续的载荷数据区按位连续的。
如图2所示，为本实施例星载多载荷数据帧传输装置的原理框图。如图2所示，格式包括帧同步头、飞行器标识、数据种类、帧计数、数据区。星载多载荷数据帧的传输方法为：
首先，数传系统接收六路载荷数据和经1553B总线传输的卫星工程遥测数据，多路载荷数据分别对应一片FIFO作为缓存，当存满FIFO设计要求的字节数后，即发出一状态值至虚拟信道逻辑调度单元。
然后该虚拟信道逻辑调度单元根据载荷数据的释放速率、优先权、同步计时等排序算法读取某一载荷的数据传输至格式汇编单元，按照3bits飞行器标识、5bits数据种类、24bits帧计数、8128bits数据区的顺序将数据格式化成CCSDS标准的AOS协议数据，再经加扰，定界后形成带有1ACFFC1D同步头的数传帧格式并行输出，经底板内总线传输到存储单元记录存储。通过本设计，节省了数据帧中的版本号、信号域、插入区、RS校验位等元素所占用的比特数，增加了数据区的长度，最大限度的利用信道，起到了很好的效果。
本实施例提供的星载多载荷数据帧传输装置，具有星地数据帧同步的同步头1；具有标志卫星的编号的飞行器标识2；具有标识载荷数据种类的数据种类3；具有每种载荷数据总数的顺序计数的帧计数4；具有放置载荷数据的数据区5。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种星载多载荷数据帧传输装置，其特征在于，包括同步头生成装置、飞行器标识生成装置、数据种类生成装置、帧计数生成装置、数据区生成装置以及数据帧收发装置；其中：
所述同步头生成装置用于生成同步头(1)，所述同步头(1)用于星地之间载荷数据帧同步；
所述飞行器标识生成装置用于生成飞行器标识(2)，所述飞行器标识(2)用于标识卫星的编号；
所述数据种类生成装置用于生成数据种类(3)，所述数据种类(3)用于标识载荷数据种类；
所述帧计数生成装置用于生成帧计数(4)，所述帧计数(4)用于每种载荷数据总数的顺序计数；
所述数据区生成装置用于生成数据区(5)，所述数据区(5)用于放置载荷数据；
所述数据帧收发装置用于接收和发送组合后的同步头(1)、飞行器标识(2)、数据种类(3)、帧计数(4)、数据区(5)。
2.根据权利要求1所述的星载多载荷数据帧传输装置，其特征在于，所述同步头提供地面提取有效载荷数据之前进行帧同步所需的固定码，地面设备搜索此固定码，进行载荷数据帧格式锁定。
3.根据权利要求1或2所述的星载多载荷数据帧传输装置，其特征在于，所述同步头标志为1ACFFC1D。
4.根据权利要求1所述的星载多载荷数据帧传输装置，其特征在于，所述卫星编号设计为3bits。
5.根据权利要求1所述的星载多载荷数据帧传输装置，其特征在于，所述载荷数据种类设计为5bits。
6.根据权利要求1所述的星载多载荷数据帧传输装置，其特征在于，所述每种载荷数据总数的顺序计数的初始位为0，每种载荷数据总数计满后，重复从0开始。
7.根据权利要求1或6所述的星载多载荷数据帧传输装置，其特征在于，所述帧计数设计为24bits。
8.根据权利要求1所述的星载多载荷数据帧传输装置，其特征在于，同种类载荷连续的数据区按位连续。
9.根据权利要求1或8所述的星载多载荷数据帧传输装置，其特征在于，所述数据区设计为8128bits。
10.一种星载多载荷数据帧传输方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，数传系统接收多路载荷数据和经1553B总线传输的卫星工程遥测数据，多路载荷数据分别对应一片FIFO作为缓存，当存满FIFO设计要求的字节数后，即发出一状态值至虚拟信道逻辑调度单元；
步骤S2，虚拟信道逻辑调度单元根据载荷数据的释放速率、优先权或同步计时读取某一载荷数据传输至格式汇编单元，所述格式汇编单元按照3bits飞行器标识、5bits数据种类、24bits帧计数和8128bits数据区的顺序将载荷数据格式化成CCSDS标准的AOS协议数据，再经加扰，定界后形成带有1ACFFC1D同步头的载荷数据帧传输格式并行输出，经总线传输到存储单元记录存储。
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