CN105959055B - 一种宇航飞行器及其遥测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种宇航飞行器，包括星上载荷、测控收发机、总线、地面、所述星上载荷与所述收发机通过所述总线间接传输数据，星上载荷具有第一通信处理模块，测控收发机具有第二通信处理模块，第一通信处理模块与第二通信处理模块之间具有独立于所述总线的应急通道，通过应急通道能够使地面、所述星上载荷与所述收发机传输数据，降低宇航飞行器的任务执行风险。本发明还涉及这种宇航飞行器的遥测方法。

Description

一种宇航飞行器及其遥测方法

技术领域

本发明涉及一种宇航飞行器。

本发明还涉及一种宇航飞行器的遥测方法。

背景技术

对于传统卫星，其星上载荷受星载计算机管理。地面依靠星载计算机将集中采集、组包、存储后组帧或直接组帧来自于星上载荷的数据通过星上测控收发机下传到地面。

地面通过发送间接指令和直接指令控制星上载荷。间接指令由星载计算机分发,对星上载荷进行间接控制，但间接指令存在一定风险。间接指令是地面对星上载荷进行控制或者数据管理的主要手段。间接指令，被星上测控收发机接收、经星内总线传输、星载计算机译码存储分发、载荷上位机控制等步骤，由星上载荷接收执行。直接指令由硬件电路驱动，对星上载荷进行直接控制，但直接指令，其控制范围有限，主要用于星上载荷开关机、通道选择等关键操作，对星上载荷不能进行全面控制或者获取完整的星上载荷数据。另一方面，实现直接指令的硬件设备和电路占用星内较大的空间使卫星的小型化变得困难；而微小卫星是卫星领域的发展趋势。因此，直接指令不是地面对星上载荷进行控制或者数据管理的主要手段。

由星上载荷数据管理器或者多路复接器按照既定程序采集、预处理和存储的星上载荷获取的数据，被发送至星上数传发射机后，经高速率星地链路传输至地面。传统卫星搭载星上载荷时，会配备载荷数据管理器和数传发射机，载荷数据管理器用于对星上载荷获取的数据进行采集和存储，数传发射机用于对这些数据进行高速率下发。在这类卫星中，如果数传通道出现故障，可以利用测控通道下发星上载荷获取的数据。但是星上载荷获取的数据通常具有较大的容量，直接用测控通道来对这些未经筛选的原始数据进行低速率下发将使地面快速获得有效数据变得十分困难。另一方面，对于小型的卫星，其体积和能源受限制；甚至，星上没有数传设备。地面从星上载荷获取数据变得更加困难。

星上载荷的运行或者数据下发均由载荷上位机统一管理。地面无法脱离星载计算机、星内总线、载荷数据管理器或者多路复接器等设备对星上载荷进行直接控制或者高速率数据获取。只要其中一个设备不工作，宇航飞行器完成任务将变得困难，这样结构使得宇航飞行器的任务风险加大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是降低宇航飞行器的任务执行风险。为了解决上述问题，本发明提供了一种宇航飞行器，包括星上载荷、测控收发机、总线、地面、所述星上载荷与所述收发机通过所述总线间接传输数据，所述星上载荷具有第一通信处理模块，所述测控收发机具有第二通信处理模块，所述第一通信处理模块与所述第二通信处理模块之间具有独立于所述总线的应急通道，通过所述应急通道能够使地面、所述星上载荷与所述收发机传输数据。

优选的，所述的第一通信处理模块具有独立的数据库查询接口，用于根据指令中指示的参量在星上载荷存储区内对数据进行检索。

优选的，所述星上载荷能够接收并存储通过所述应急通道发送的星历表。

本发明还提供了一种宇航飞行器的遥测方法，所述宇航飞行器包括星上载荷、测控收发机，其特征在于，所述星上载荷具有第一通信处理模块，所述测控收发机具有第二通信处理模块，所述遥测方法包括通过所述第二通信处理模块对应急指令进行接收的步骤，所述第二通信处理模块向所述第一通信处理模块对应急指令进行发送的步骤，所述第一通信处理模块对所述第二通信处理模块发送的应急指令进行接收的步骤，所述第一通信处理模块对应急指令进行处理的步骤，所述第一通信处理模块向第二通信处理模块对遥测数据或者载荷数据进行发送的步骤，所述第二通信处理模块对第一通信处理模块发送的数据进行接收的步骤，所述的第二通信处理模块向地面对数据进行发送的步骤。

优选的，所述的第一通信处理模块具有独立的数据库查询接口，用于根据应急指令中指示的参量在星上载荷存储区内对载荷数据进行检索的步骤。

优选的，所述遥测方法包括在所述宇航飞行器过境后向地面对载荷数据进行自动发送的步骤。

本发明的优点在于星上载荷不受星上计算机和载荷上位机的控制或星内总线发生故障时，允许地面通过测控通道直接指令星上载荷。星上载荷能够将遥测数据自主发送给测控收发机，然后由其下发至地面。应急通道，不依赖于星载计算机、硬件电路、载荷上位机、载荷数据管理器或者多路复接器、数传发射机等设备，是建立于星上载荷与测控收发机之间的信道。应急通道不同于已有的直接指令通道、间接指令通道或者载荷数据传输通道。当卫星的星载计算机、载荷上位机或星载总线出现故障，导致地面上发的间接指令将无法被星上载荷接收执行，地面能够从应急通道上通过立即/延时指令对星上载荷进行控制，要求星上载荷执行一系列立即/延时复杂操作，且星上载荷能够通过应急通道及时返回指令执行情况。当地面无法获取卫星遥测数据时，允许地面通过应急通道对星上载荷发送遥测请求指令，能够立即获取星上载荷实时遥测信息，便于地面排查故障和分析有效数据，有效降低了宇航飞行器的任务执行风险。

附图说明

图1是宇航飞行器涉及星上载荷的电路系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。具体实施方式以本发明技术方案为前提进行实施，但本发明的范围不限于该具体实施方式。

如图1所示，对于卫星，在星上载荷与测控收发机的内部均增加独立的通信处理模块，在通信处理模块之间构建应急通道。该应急通道独立于星内其他设备及星内总线。通过应急通道连接的通信处理模块能够使卫星与外部通过星上载荷与测控收发机对数据进行独立收发。若在卫星中没有这种数据独立收发装置，星上载荷不能脱离星载计算机和载荷上位机的控制，卫星不能通过测控通道直接接收地面测控系统的控制和管理数据。在卫星中设有这种数据独立收发装置，则星上载荷的数据能够自主发送给测控收发机后，再下发地面。

应急通道的工作模式如下：

1.地面发送约定格式的载荷指令，星上测控收发机接收载荷指令；

2.所述测控收发机的通信处理模块，根据指令标识符区别常规通道指令和应急通道指令；

常规通道指令或者是间接指令或者是直接指令，若是间接指令，则通过总线发送给星载计算机译码和执行，否则，通过专用电路驱动硬件执行；

是应急通道指令的，通过应急通道直接发送给星上载荷；

3.所述星上载荷的通信处理模块，独立控制接收来自所述测控收发机的应急指令，对发送给星上载荷内部的处理器指令进行译码、判别、存储或执行，并及时将指令反馈信息按约定格式组包、组帧，通过应急通道发送给测控收发机；

4.测控收发机的通信控制模块接收来自应急通道的指令反馈信息，立即将该反馈信息发送至测控收发机的发送缓存队列，通过测控通道发送给地面测控站。

星上载荷对应急通道指令的处理方式为：

1.应急通道指令包括立即执行指令和延时执行指令，星上载荷内部的处理器自主判定指令类型；

是立即执行指令的，星上载荷处理器立即执行该指令，并将指令反馈信息及时发送给测控收发机；

是延时执行指令的，星上载荷处理器在指令寄存器中存储该指令，在指定执行时刻取出执行该指令，并及时将指令反馈信息发送给测控收发机；

2.星上载荷内部处理器，在执行断电操作前保存延时指令以保证在掉电时不丢失未执行指令；

3.星上载荷处理器中具有独立的数据库查询接口；允许地面通过应急通道上注数据检索指令，对载荷数据进行检索，并获得返回数据；

数据检索指令中需指定a索引关键字(按存储时间索引、按文件名称索引、按特性1索引、按特性2索引,…,按特性N索引)；b索引范围(索引关键字的取值范围)；c返回数据起始位置；d返回数据的数目；星上载荷接收到数据检索指令后，根据指令参数中指示的索引关键字和索引范围，对存储区内遥控数据和载荷数据进行检索操作，并提取出符合检索要求的数据数目和符合检索要求的数据内容；星上载荷根据数据检索指令中指示的返回数据起始位置和返回数据数目，从索引结果中的对应位置开始取确定个数的数据，组包、组帧发送给测控收发机，测控收发机立即下发地面；

若地面通过应急通道上注数据检索指令，指令参数如下：

a)索引关键字：按存储时间索引

b)索引范围：2015年9月26日

c)返回数据起始位置：0

d)返回数据的数目：500

星上载荷根据指令参数执行检索操作，即索引在2015年9月26日内载荷产生的所有数据，假设符合检索要求的数据内容为10000条，则从符合要求的数据中取第0条至499条共500条数据，进行组包、组帧并发送给测控收发机进行下发；

返回数据起始位置和返回数据数目使地面容易对检索数据进行分批获取。当检索产生过多数据时，限制返回数据数目能够避免：1)星上载荷向测控收发机一次性发送过多数据使测控收发机的发送缓存区溢出导致数据丢失；2)星上载荷向测控收发机持续发送数据，检索数据的下发长时间占用测控下行通道导致卫星在出境前没有完成检索数据的下发；

4.在数传通道出现故障或是星上没有数传设备用于星上载荷数据的下发时，允许地面从应急通道发送数据检索指令，从星上载荷自带的数据库查询接口自主快速查询和获取感兴趣的关键数据；

5.地面能够向星上载荷通过应急通道上传卫星星历表；星上载荷通过自主存储和管理卫星星历表获知卫星过境时间使得星上载荷具备一种特殊的“主动工作模式”；只有地面发送指令使载荷的“主动工作模式功能”开启且载荷缓存区内存储有效卫星星历表时，才能运行(注：判定卫星星历表是否有效的准则为：缓存区内至少存储有一组完整的入境和出境时间，星历表内的出入境时间均晚于载荷的现在时间，且每组的入境时间早于出境时间)；当载荷运行在“主动工作模式”时，载荷在卫星过境后自动将最近生成的载荷数据及载荷实时遥控数据打包和组帧，通过应急通道发送给测控收发机，测控收发机通过测控通道将数据直接发送给地面测控站接收，该过程星上载荷自动完成无需地面干预，直至卫星出境；该过程期间，地面能够通过应急通道，禁止载荷的“主动工作模式”随时停止载荷自动下发数据的操作。

载荷处理器具有对应急通道指令的译码、存储和执行模块；因此载荷与测控收发机之间具有不依赖于星载计算机和载荷上位机的直接数据通信通道。当卫星的星载计算机、载荷上位机或星内总线出现故障，地面上发的间接指令将无法被载荷接收执行，地面能够从应急通道上直接发立即/延时指令对载荷进行控制管理，要求载荷立即/延时执行一系列复杂操作，且载荷能够通过应急通道及时返回指令执行情况。当地面无法获取卫星遥测数据时，地面可以通过应急通道对载荷发送遥测请求指令，能够立即获取载荷实时遥测信息，便于地面排查故障和分析有效数据，能够有效降低载荷任务风险。

载荷的处理器中具有独立的数据库查询接口，能够根据指令中指示的参量，对载荷存储区内的工作数据进行检索，并通过测控通道返回检索结果。当星上载荷数据管理器或数传通道出现故障或是星上不具备高速率的数传设备下发完整载荷数据时，地面可以通过地面检索指令根据关键词检索感兴趣数据，缩小需要下传的数据范围，并通过参数中的返回数据起始位置和返回数据数目，合理利用测控通道，分批次请求检索结果。

载荷能够接收并存储应急通道发送的星历表。当载荷工作在“主动工作模式”下时，自动在境内下发最新的载荷遥测数据和载荷所获取的数据，该过程能随时被地面指令关闭。该功能能够在地面较少干预的情况下，较为快捷地获得星上最新的载荷遥控数据和载荷所获取的数据。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种宇航飞行器，包括星上载荷、测控收发机、总线、地面、所述星上载荷与所述测控收发机通过所述总线间接传输数据，其特征在于，所述星上载荷内部具有独立的第一通信处理模块，所述测控收发机内部具有独立的第二通信处理模块，所述第一通信处理模块与所述第二通信处理模块之间具有独立于所述总线的应急通道；

所述应急通道能够使所述宇航飞行器与所述地面之间通过所述星上载荷与所述测控收发机对数据进行独立收发；

所述第一通信处理模块用于独立控制接收来自所述测控收发机的应急指令，并及时将指令反馈信息通过所述应急通道发送给所述测控收发机；

所述第二通信处理模块用于根据地面发送的载荷指令的指令标识符区别常规通道指令和应急通道指令，并将所述应急通道指令通过应急通道直接发送给星上载荷。

2.根据权利要求1所述的宇航飞行器，其特征在于，所述的第一通信处理模块具有独立的数据库查询接口，用于根据应急指令中指示的参量在星上载荷存储区内对数据进行检索。

3.根据权利要求2所述的宇航飞行器，其特征在于，所述星上载荷能够接收并存储通过所述应急通道发送的星历表。

4.根据权利要求1所述的宇航飞行器，其特征在于，所述数据包括遥测数据和载荷数据。

5.一种宇航飞行器的遥测方法，所述宇航飞行器包括星上载荷、测控收发机，其特征在于，所述星上载荷内部具有独立的第一通信处理模块，所述测控收发机内部具有独立的第二通信处理模块，所述遥测方法包括通过所述第二通信处理模块对应急指令进行接收的步骤，所述第二通信处理模块通过独立于总线的应急通道向所述第一通信处理模块对应急指令进行发送的步骤，所述第一通信处理模块对所述第二通信处理模块发送的应急指令进行接收的步骤，所述第一通信处理模块对应急指令进行处理的步骤，所述第一通信处理模块通过所述应急通道向第二通信处理模块对数据进行发送的步骤，所述第二通信处理模块对第一通信处理模块发送的数据进行接收的步骤，所述的第二通信处理模块向地面对数据进行发送的步骤。

6.根据权利要求5所述宇航飞行器的遥测方法，其特征在于，所述的第一通信处理模块具有独立的数据库查询接口，用于根据应急指令中指示的参量在星上载荷存储区内对数据进行检索的步骤。

7.根据权利要求6所述宇航飞行器的遥测方法，其特征在于，所述遥测方法包括在所述宇航飞行器过境后向地面对数据进行自动发送的步骤。

8.根据权利要求5所述宇航飞行器的遥测方法，其特征在于，所述数据包括遥测数据和载荷数据。