CN106547003B - 一种基于返回任务需求的分时多用途遥测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于返回任务需求的分时多用途遥测系统。本发明提出的遥测系统，可以根据任务需要，对遥测中控采编单元和RMU的遥测体制进行设计，进而灵活设计不同的遥测组合体制，此外，还可以根据任务分工不同，两种遥测帧的内容可以不同，可以按照每个工作阶段星上设备工作的状态，生成不同格式的遥测帧，根据不同阶段卫星任务的特点对两种遥测体制采取分时调用，最大程度利用测控信道，相对单一的遥测体制，可以有效提高下传遥测的实时性和有效性；返回舱(制动舱和回收舱)两舱分离后，星上总线系统分为两部分，在轨的仪器舱内遥测中控采编单元继续组帧并下传遥测，返回的回收舱内RMU则不再将数据下传。

Description

一种基于返回任务需求的分时多用途遥测系统

技术领域

本发明涉及分时遥测领域，具体涉及一种基于返回任务需求的分时多用途遥测系统。

背景技术

返回卫星采用分舱段设计，包括仪器舱、返回舱，返回舱又分为制动舱和回收舱。工作状态包括在轨飞行段、留轨段两个阶段。在轨飞行段，仪器舱、返回舱处于工作状态；留轨段，仪器舱处于工作状态，返回舱与仪器舱两舱分离。

当前我国，无论是大卫星还是小卫星、遥感系列还是深空探测系列，大都采用单一遥测体制，即PCM遥测体制或AOS分包遥测体制。单一遥测体制下，通常都由星上中心计算机组织生成遥测帧并下传，遥测帧格式固定，每种帧格式下的帧内容固定不变，一旦软件完成固化落焊，卫星遥测只能在几种固定的遥测格式之间切换，并且每种遥测格式内容不可变。对于返回式卫星来说，在轨飞行段和留轨段处于两个不同的阶段，在轨飞行段星上所有设备工作，所有设备遥测需要下传地面；而留轨段期间，只有仪器舱设备工作，返回舱设备遥测不再需要下传地面。由于单一遥测体制的局限性，如果采用单一遥测体制，会造成卫星处于留轨段时，返回舱设备遥测(无效值)依然下传地面，占用有限的测控通道资源。

此外，在单一遥测体制下，一旦两舱分离，由于中心计算机要在仪器舱中继续组织、下传卫星遥测，返回舱中没有中心计算机，返回过程中的所有遥测数据星上不再存储，这样一来，将会导致返回舱中采集的数据会全部丢失。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于返回任务需求的分时多用途遥测系统，能够根据不同工作状态，采取分时调用的方式，提高遥测下传效率，满足卫星任务需求。

一种基于返回任务需求的分时多用途遥测系统，包括地面终端、装载在卫星仪器舱中的S频段发射机a、遥控解调器、中央处理单元、远置单元和遥测中控采编单元，以及装载在卫星返回舱中的S频段发射机b和RMU；

其中，所述地面终端用于卫星处于在轨阶段时：向S频段发射机a和S频段发射机b均发射“S频段发射机a中的发射模块断电”的指令载波和“S频段发射机b中的发射模块上电”的指令载波；

还用于卫星即将处于留轨阶段时：向S频段发射机a和S频段发射机b发射“S频段发射机a中的发射模块上电”的指令载波和“S频段发射机b中的发射模块断电”的指令载波；

所述遥控解调器，用于在接收到S频段发射机a和S频段发射机b转发的指令载波后进行解调，得到解调结果，并根据解调结果对S频段发射机a和S频段发射机b的发射模块进行相应的上电或断电控制；还用于根据中央处理单元发送的采集指令，采集遥控解调器自身的软遥测数据A，并返回给中央处理单元；所述软遥测数据A指遥控解调器自身软件产生的遥测并由中央处理单元和RMU采集汇总后通过卫星总线传输的数据；

所述远置单元，用于根据中央处理单元发送的采集指令，采集自身的软遥测数据B，以及仪器舱中所有设备的硬遥测数据C，并返回给中央处理单元；所述软遥测数据B指远置单元自身软件产生的遥测并由中央处理单元和RMU采集汇总后通过卫星总线传输的数据；所述硬遥测数据C指用于表征远置单元的工作电压、电流并由远置单元和RMU采集的数据；

所述中央处理单元，用于定时向遥控解调器发送采集指令，并接收遥控解调器的软遥测数据A；同时，定时向远置单元发送采集指令，并采集远置单元的软遥测数据B和硬遥测数据C；同时，采集自身的软遥测数据D；还用于在采集到软遥测数据A、软遥测数据B、硬遥测数据C和软遥测数据D且接收到由遥测中控采编单元和RMU发送的采集指令后，将软遥测数据A、软遥测数据B、硬遥测数据C和软遥测数据D打包并发送给遥测中控采编单元和RMU；

所述遥测中控采编单元，用于采集自身的软遥测数据E，并在接收到由RMU发送的采集指令后，将软遥测数据E发送给RMU；还用于将采集到的软遥测数据E与接收到的软遥测数据A、软遥测数据B、硬遥测数据C和软遥测数据D组帧，形成遥测帧，并发送给S频段发射机a；

所述RMU指回收舱管理单元，用于定时采集自身以及返回舱中其他设备的软遥测数据F，同时，采集返回舱中其他设备的硬遥测数据G，以及同时向仪器舱中的中央处理单元和遥测中控采编单元发送采集指令；还用于在完成一次采集后，将获得的所有数据组帧，形成遥测帧，存储并发送给S频段发射机b；

所述S频段发射机a，用于将接收到的指令载波转发至遥控解调器，还用于根据遥控解调器的控制，实现自身发射模块的上电或断电；还用于在发射模块上电的情况下，在接收到遥测帧后，将遥测帧下传至地面终端；

所述S频段发射机b，用于将接收到的指令载波转发至遥控解调器，还用于根据遥控解调器的控制，实现自身发射模块的上电或断电；还用于在发射模块上电的情况下，在接收到遥测帧后，将遥测帧下传至地面终端。

较佳地，还包括在S频段发射机a和遥测中控采编单元之间增加的仪器舱配电器；仪器舱配电器与遥测中控采编单元之间形成遥测下行通道A，仪器舱配电器与RMU之间形成遥测下行通道B；

所述地面终端还用于卫星处于在轨阶段时，判断S频段发射机b是否可以正常工作：

若S频段发射机b正常，则在向S频段发射机a和S频段发射机b发射相应的指令载波后，再向S频段发射机a和S频段发射机b发送“不接通遥测下行通道A，接通遥测下行通道B”的指令载波；

若S频段发射机b异常，则地面终端向S频段发射机a和S频段发射机b发射“S频段发射机a中的发射模块上电”的指令载波、“S频段发射机b中的发射模块断电”的指令载波和“不接通遥测下行通道A，接通遥测下行通道B”的指令载波；

还用于卫星即将处于留轨阶段时，在向S频段发射机a和S频段发射机b发射相应的指令载波后，再向S频段发射机a和S频段发射机b发送“接通遥测下行通道A，且不接通遥测下行通道B”的指令载波；

所述遥控解调器，还用于接收S频段发射机a和S频段发射机b转发的接通遥测下行通道A或B的指令载波，并将接收到的指令载波发送至仪器舱配电器；

所述RMU，还用于将形成的遥测帧发送仪器舱配电器；

所述仪器舱配电器，用于根据接收到的指令，控制不接通遥测下行通道A且接通遥测下行通道B，或接通遥测下行通道A且不接通遥测下行通道B；还用于将接收到的遥测帧发送给S频段发射机a；

所述遥测中控采编单元，还用于将形成的遥测帧发送仪器舱配电器。

较佳地，所述远置单元采集的软遥测数据B和硬遥测数据C通过卫星总线发送至中央处理单元；

所述中央处理单元和遥测中控采编单元中的软遥测数据A、软遥测数据B、硬遥测数据C、软遥测数据D和软遥测数据E均通过卫星总线发送至RMU中。

有益效果：

1、本发明提出的遥测系统，可以根据任务需要，对遥测中控采编单元和RMU的遥测体制进行设计，进而灵活设计不同的遥测组合体制，即可以选择PCM+PCM组合体制，也可以选择AOS源包调度+AOS源包调度组合体制，还可以选择PCM+AOS源包调度组合体制；此外，还可以根据任务分工不同，两种遥测帧的内容可以不同，可以按照每个工作阶段星上设备工作的状态，生成不同格式的遥测帧(预先通过组帧软件CTU和RMU进行设计，包括在轨段遥测帧格式、留轨段遥测帧格式和返回段遥测帧格式)，根据不同阶段卫星任务的特点对两种遥测体制采取分时调用，最大程度利用测控信道，相对单一的遥测体制，可以有效提高下传遥测的实时性和有效性；返回舱(制动舱和回收舱)两舱分离后，星上总线系统分为两部分，在轨的仪器舱内遥测中控采编单元继续组帧并下传遥测，返回的回收舱内RMU则不再将数据下传。

2、本发明提出的遥测系统的可靠性高，遥测帧由遥测中控采编单元和RMU两台设备生成，一台设备损坏后不影响另一台设备的使用；

附图说明

图1为本发明基本结构示意图。

图2为本发明带有仪器舱配电器结构示意图。

图3为分时多用途遥测系统信息流图；

图4为RMU遥测帧信息流图；

图5为遥测中控采编单元遥测帧信息流图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种基于返回任务需求的分时多用途遥测系统，如图2所示，包括终端、装载在仪器舱中的S频段发射机a、遥控解调器、中央处理单元、远置单元、遥测中控采编单元和仪器舱配电器，以及装载在返回舱中的S频段发射机b和RMU；

其中，如图3所示，终端用于根据当前状态，发送带有指令的载波给S频段发射机a和S频段发射机b；具体为:

用于当仪器舱和返回舱未分离即处于在轨阶段时：判断S频段发射机b是否可以正常工作，若S频段发射机b正常，则终端向S频段发射机a和S频段发射机b依次发射“S频段发射机a中的发射模块断电”的指令载波、“S频段发射机b中的发射模块上电”的指令载波和“不接通遥测下行通道A，接通遥测下行通道B”的指令载波，遥测直接通过S频段发射机b下传给终端。

若S频段发射机b异常，则终端向S频段发射机a和S频段发射机b依次发射“S频段发射机a中的发射模块上电”的指令载波、“S频段发射机b中的发射模块断电”的指令载波和“不接通遥测下行通道A，接通遥测下行通道B”的载波；遥测经下行通道B，通过S频段发射机a下传给终端。

用于当仪器舱和返回舱分离前，即卫星即将处于留轨阶段时：终端向S频段发射机a和S频段发射机b依次发射“S频段发射机a中的发射模块上电”的指令载波、“S频段发射机b中的发射模块断电”的指令载波和“接通遥测下行通道A，且不接通遥测下行通道B”的指令载波；当仪器舱和返回舱分离后，遥测经下行通道A，通过S频段发射机a下传给终端。

由于仪器舱和返回舱在原始设计之初，就分别载有一个S频段的发射机，用于实现与终端的沟通。上述做法的好处在于，能够获得遥测信道资源的最大化利用以及提高遥测系统的安全性可靠性。结合本发明的主要思想，进行了以下两种情况的划分：

情况一：当S频段发射机a和S频段发射机b均能够正常工作：此时，考虑到卫星解锁分离后信道资源浪费问题，本发明提出下述解决方法：

在未分离前，通过RMU采集整星遥测数据，并通过S频段发射机b直接将数据传输至终端；此时，地面终端需要指令控制S频段发射机a的发射模块断电，S频段发射机b的发射模块上电，不接通遥测下行通道A，接通遥测下行通道B。在分离后，由于返回舱中的遥测数据变得无意义，此时，只需要中央中央处理单元采集仪器舱中的数据即可，则终端需控制S频段发射机a的发射模块上电，S频段发射机b的发射模块断电，接通遥测下行通道A，且不接通遥测下行通道B。

情况二：当S频段发射机a能够正常工作，但S频段发射机b异常：此时，仍需考虑到卫星解锁分离后数据资源浪费问题，与情况一不同的是，由于S频段发射机b无法正常工作，所以在未分离前，RMU采集到的整星遥测数据，需要通过S频段发射机a传输至地面；此时，地面终端则需要通过指令控制S频段发射机b的发射模块断电，而S频段发射机a的发射模块上电，且不接通遥测下行通道A，接通遥测下行通道B。

需要注意的是，在不出于安全可靠性的角度考虑，可不设置仪器舱配电器，如图1所示，即在未分离前，直接通过S频段发射机b与终端进行数据传输，在分离后，通过S频段发射机a与终端进行数据传输。

所述S频段发射机a和S频段发射机b，用于在接收到终端发送的载波后，转发至遥控解调器；还用于将各自接收到的遥测帧下传回终端。

所述遥控解调器，用于在接收到S频段发射机a和S频段发射机b发送的载波后进行解调，并根据获得的解调结果对S频段发射机a和S频段发射机b的发射模块进行控制，以及将用于控制接通遥测下行通道A或遥测下行通道B，或不接通遥测下行通道A或遥测下行通道B的控制指令直接发送至仪器舱配电器。还用于根据中央处理单元发送的采集指令，采集自身的软遥测数据A，并返回给中央处理单元。

所述仪器舱配电器，用于根据接收到的指令，控制接通遥测下行通道A和遥测下行通道B，或不接通遥测下行通道A和遥测下行通道B。还用于将接收到的遥测帧发送给S频段发射机a。

所述远置单元，用于根据中央处理单元发送的采集指令，采集自身的软遥测数据B，以及仪器舱中所有设备的硬遥测数据C，并返回给中央处理单元。

所述中央处理单元，用于定时向遥控解调器发送采集指令，并采集遥控解调器的软遥测数据A；同时，定时向远置单元发送采集指令，并采集远置单元的软遥测数据B和硬遥测数据C；同时，采集自身的软遥测数据D；还用于在采集到软遥测数据A、软遥测数据B、硬遥测数据C和软遥测数据D且接收到由遥测中控采编单元和RMU发送的采集指令后，将其打包并发送给遥测中控采编单元和RMU。

其中，遥测类型分类分为两大类：

卫星遥测分为硬遥测和软遥测两部分，硬遥测表征设备的工作电压、电流等状态，仪器舱硬遥测由远置单元采集，返回舱硬遥测由RMU采集。软遥测是设备自身软件产生的遥测，一般通过卫星总线传输。仪器舱软遥测由CTU采集汇总，返回舱软遥测由RMU采集汇总。

所述遥测中控采编单元，用于采集自身的软遥测数据E，并在接收到由RMU发送的采集指令后，将软遥测数据E发送给RMU；还用于将采集到的软遥测数据E与接受到的所有数据组帧，形成遥测帧，并发送给仪器舱配电器。

所述RMU，用于定时采集自身以及返回舱中其他设备的软遥测数据F，同时，采集返回舱中其他设备的硬遥测数据G，以及同时向采集仪器舱中的中央处理单元和遥测中控采编单元发送采集指令；还用于在完成一次采集后，将获得的所有数据组帧，形成遥测帧，存储并发送给仪器舱配电器和S频段发射机b。

这样一来，在卫星分离后，返回舱中的RMU继续工作，采集返回舱中的所有软遥测数据和硬遥测数据，并组帧存储。返回地面后，可以对返回过程中存储的数据进行回放、分析。

遥测中控采编单元遥测帧和RMU遥测帧帧长度均为1024字节，同一时刻星上选择一种遥测帧下传地面，下传速率16000bps。

其中，如图4所示，RMU遥测帧生成及下传过程如下：

1、中央处理单元、遥测中控采编单元、远置单元通过总线向RMU发送软遥测数据和硬遥测数据，每秒发送一次；

2、RMU把获取的所有遥测数据和自身采集的所有遥测数据按照预定的格式生成RMU遥测帧，每秒一帧；

3、RMU通过射频电缆每秒向仪器舱配电器和S频段发射机b发送一帧RMU遥测帧；

4、RMU按照一实时帧、一延时帧的顺序交替发送遥测帧，实时遥测帧内容按照每个遥测值的多路周期进行存储、组帧；

5、S频段发射机b开机、a关机的情况下，通过S频段发射机b下传RMU遥测帧；S频段发射机a开机、b关机的情况下，通过设置仪器舱配电器内部的DPSK切换模块选择从S频段发射机a下传RMU遥测帧。

如图5所示，遥测中控采编单元遥测帧生成及下传过程如下：

1、仪器舱中的其他带总线的设备以及远置单元通过总线向中央处理单元发送总线数据，每秒发送一次；

2、中央处理单元每秒生成256字节数据，并通过数字量接口发送给遥测中控采编单元，每秒发送一次：

4、遥测中控采编单元把获取的中央处理单元256字节数据、自身采集和生成的遥测数据按照预定的格式生成遥测中控采编单元遥测帧，每秒一帧；

5、遥测中控采编单元通过射频电缆每秒向仪器舱配电器发送一帧数据，按照三实时帧、一延时帧的顺序交替发送；

6、S频段发射机a开机、b关机的情况下，通过设置仪器舱配电器切换指令选择从S频段发射机a开机下传遥测中控采编单元遥测帧。

两种遥测帧分时调度过程如下：

1、卫星一次解锁前，S频段发射机b开、a关，RMU遥测帧下传地面；

2、卫星一次解锁后二次解锁前，S频段发射机b开、a关，RMU遥测帧下传地面；

3、卫星二次解锁后，S频段发射机a开、b关，遥测中控采编单元遥测帧下传地面。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于返回任务需求的分时多用途遥测系统，其特征在于，包括地面终端、装载在卫星仪器舱中的S频段发射机a、遥控解调器、中央处理单元、远置单元和遥测中控采编单元，以及装载在卫星返回舱中的S频段发射机b和RMU；

其中，所述地面终端用于卫星处于在轨阶段时：向S频段发射机a和S频段发射机b均发射“S频段发射机a中的发射模块断电”的指令载波和“S频段发射机b中的发射模块上电”的指令载波；

还用于卫星即将处于留轨阶段时：向S频段发射机a和S频段发射机b发射“S频段发射机a中的发射模块上电”的指令载波和“S频段发射机b中的发射模块断电”的指令载波；

所述遥控解调器，用于在接收到S频段发射机a和S频段发射机b转发的指令载波后进行解调，得到解调结果，并根据解调结果对S频段发射机a和S频段发射机b的发射模块进行相应的上电或断电控制；还用于根据中央处理单元发送的采集指令，采集遥控解调器自身的软遥测数据A，并返回给中央处理单元；所述软遥测数据A指遥控解调器自身软件产生的遥测并由中央处理单元和RMU采集汇总后通过卫星总线传输的数据；

所述远置单元，用于根据中央处理单元发送的采集指令，采集自身的软遥测数据B，以及仪器舱中所有设备的硬遥测数据C，并返回给中央处理单元；所述软遥测数据B指远置单元自身软件产生的遥测并由中央处理单元和RMU采集汇总后通过卫星总线传输的数据；所述硬遥测数据C指用于表征远置单元的工作电压、电流并由远置单元和RMU采集的数据；

所述中央处理单元，用于定时向遥控解调器发送采集指令，并接收遥控解调器的软遥测数据A；同时，定时向远置单元发送采集指令，并采集远置单元的软遥测数据B和硬遥测数据C；同时，采集自身的软遥测数据D；还用于在采集到软遥测数据A、软遥测数据B、硬遥测数据C和软遥测数据D且接收到由遥测中控采编单元和RMU发送的采集指令后，将软遥测数据A、软遥测数据B、硬遥测数据C和软遥测数据D打包并发送给遥测中控采编单元和RMU；

所述遥测中控采编单元，用于采集自身的软遥测数据E，并在接收到由RMU发送的采集指令后，将软遥测数据E发送给RMU；还用于将采集到的软遥测数据E与接收到的软遥测数据A、软遥测数据B、硬遥测数据C和软遥测数据D组帧，形成遥测帧，并发送给S频段发射机a；

所述RMU指回收舱管理单元，用于定时采集自身以及返回舱中其他设备的软遥测数据F，同时，采集返回舱中其他设备的硬遥测数据G，以及同时向仪器舱中的中央处理单元和遥测中控采编单元发送采集指令；还用于在完成一次采集后，将获得的所有数据组帧，形成遥测帧，存储并发送给S频段发射机b；

所述S频段发射机a，用于将接收到的指令载波转发至遥控解调器，还用于根据遥控解调器的控制，实现自身发射模块的上电或断电；还用于在发射模块上电的情况下，在接收到遥测帧后，将遥测帧下传至地面终端；

所述S频段发射机b，用于将接收到的指令载波转发至遥控解调器，还用于根据遥控解调器的控制，实现自身发射模块的上电或断电；还用于在发射模块上电的情况下，在接收到遥测帧后，将遥测帧下传至地面终端。

2.如权利要求1所述的分时多用途遥测系统，其特征在于，还包括在S频段发射机a和遥测中控采编单元之间增加的仪器舱配电器；仪器舱配电器与遥测中控采编单元之间形成遥测下行通道A，仪器舱配电器与RMU之间形成遥测下行通道B；

所述地面终端还用于卫星处于在轨阶段时，判断S频段发射机b是否可以正常工作：

若S频段发射机b正常，则在向S频段发射机a和S频段发射机b发射相应的指令载波后，再向S频段发射机a和S频段发射机b发送“不接通遥测下行通道A，接通遥测下行通道B”的指令载波；

若S频段发射机b异常，则地面终端向S频段发射机a和S频段发射机b发射“S频段发射机a中的发射模块上电”的指令载波、“S频段发射机b中的发射模块断电”的指令载波和“不接通遥测下行通道A，接通遥测下行通道B”的指令载波；

还用于卫星即将处于留轨阶段时，在向S频段发射机a和S频段发射机b发射相应的指令载波后，再向S频段发射机a和S频段发射机b发送“接通遥测下行通道A，且不接通遥测下行通道B”的指令载波；

所述遥控解调器，还用于接收S频段发射机a和S频段发射机b转发的接通遥测下行通道A或B的指令载波，并将接收到的指令载波发送至仪器舱配电器；

所述RMU，还用于将形成的遥测帧发送仪器舱配电器；

所述仪器舱配电器，用于根据接收到的指令，控制不接通遥测下行通道A且接通遥测下行通道B，或接通遥测下行通道A且不接通遥测下行通道B；还用于将接收到的遥测帧发送给S频段发射机a；

所述遥测中控采编单元，还用于将形成的遥测帧发送仪器舱配电器。

3.如权利要求1所述的分时多用途遥测系统，其特征在于，

所述远置单元采集的软遥测数据B和硬遥测数据C通过卫星总线发送至中央处理单元；

所述中央处理单元和遥测中控采编单元中的软遥测数据A、软遥测数据B、硬遥测数据C、软遥测数据D和软遥测数据E均通过卫星总线发送至RMU中。