CN106961299B - 一种航天用遥测与数传数据通道交叉备份使用系统 - Google Patents

Abstract

一种航天用遥测与数传数据通道交叉备份使用系统，包括卫星平台上自带的综合电子分系统、星载测控应答机、数传分系统以及星载数据设备；星载数据设备与综合电子分系统、数传分系统之间均存在数据传输通道，通过星载数据设备在综合电子分系统、数传分系统之间建立一个数据传输通道，实现遥测数据下传通道和数传数据下传通道的互连与复用；星载数据设备通过测控通道和综合电子分系统实现遥测/遥控数据的交换，并通过LVDS数据接口将大容量的试验数据单向高速传输给数传分系统，同时通过RS‑422数据接口和数传分系统实现双向的数据连接。本发明充分结合了遥测通道和数传通道的优点，实现二者的优势互补和交叉备份，提高了数据的实时性和安全性。

Description

一种航天用遥测与数传数据通道交叉备份使用系统

技术领域

本发明属于航天技术领域，具体涉及一种航天用遥测数据通道与数传数据通道的交叉备份使用系统。

背景技术

当前航天器普遍采用综合电子分系统实现内部信息共享与综合利用，并通过星载遥测遥控设备与地面测控设备实现无线通信。此类通信方法成熟可靠，安全性高，但其数据通信带宽有限，数据上行或者下传速率一般均为Kbps级别。而且大型航天器上各类星载数据设备多，所有遥测数据均需提交综合电子分系统，由其汇总后组帧下传。受限于遥测通道较低的数据下传速率，最终星载数据设备的遥测数据下传周期将达到8～12s，实时性差，导致用户获取的遥测参数不得不丢失部分细节信息。

随着航天技术的发展以及航天任务的扩展，各类航天器在安装遥测遥控设备的基础上，陆续增加高速数传数据通信设备，以扩展功能，提升系统性能。当前航天器常采用数传分系统，和地面数传接收设备之间建立高速、实时的数传数据通信，数据传输速率可达Mbps～Gbps级别，远快于现有遥测数据下传速率，但其通信的可靠性较遥测遥控通信的可靠性要差。

但是当前数传分系统通常专用于特定设备的高速数据下传，如专用于高清相机的视频和高清图像下传任务，在无任务或任务负载较轻时，常发生设备闲置或数据带宽盈余的情况，而遥测数据下传通道则拥挤不堪。这种矛盾的现状源于当前的航天器设计中，数传通道和遥测通道常采用孤立隔离设计，数据不能互通，没有充分利用两类通道各自的资源优势实现功能互补，这导致具备中等数据下传速率需求的任务，将面临低速遥测通道下传输率不堪用，但高速数传通道又不能用的尴尬状态。

发明内容

针对当前航天器遥测数据下传带宽非常有限、数据下传周期长、实时性效果差等问题，以及当前航天器设计中数传和遥测通道采用孤立隔离设计所带来的资源利用不充分的问题。本发明的目的在于提出一种航天用遥测与数传数据通道交叉备份使用系统，其能提高航天器数据通信的安全性与实时性。

本发明的技术方案是：

一种航天用遥测与数传数据通道交叉备份使用系统，包括卫星平台上自带的综合电子分系统、星载测控应答机以及数传分系统，所述综合电子分系统、星载测控应答机和地面测控设备一起，构成一个卫星遥测数据下传通道；所述数传分系统和地面数传接收设备一起，构成一个卫星数传数据下传通道；其特征在于，还包括星载数据设备；所述星载数据设备与综合电子分系统、数传分系统之间均存在数据传输通道，通过星载数据设备在综合电子分系统、数传分系统之间建立一个数据传输通道，实现遥测数据下传通道和数传数据下传通道的互连与复用；星载数据设备通过测控通道和综合电子分系统实现遥测/遥控数据的交换，并通过LVDS数据接口将大容量的试验数据单向高速传输给数传分系统，同时通过RS-422数据接口和数传分系统实现双向的数据连接。

所述星载数据设备是一种用户自研的、具备数据采集、存储和处理功能的有效载荷，其可以驱动各类外部传感器工作，获取试验数据，同时内部具备数据处理、存储和传输功能。所述星载数据设备包括电源接口电路、数据管理电路、数据采集接口电路、固态存储电路、1553B总线接口电路、RS-422接口电路和LVDS接口电路。

所述电源接口电路的输入接口包括一次电源接口，电源接口电路的输出端分别连接数据采集接口电路和数据管理电路，为数据采集接口电路和数据管理电路提供所需的工作电源，所述电源接口电路的一次电源接口输入为航天器平台的100V一次电源，一次电源经电源接口电路中的过流保护、浪涌抑制和抗电磁干扰(EMI)滤波电路后送入DC/DC模块MHF+28512T，将其变换为数据管理电路和数据采集接口电路工作所需的二次电源。所述电源接口电路的输入接口还包括直接遥测遥控信号接口。直接遥测遥控信号接口输入为来自综合电子分系统的加断电控制指令，通过驱动电源接口电路中的磁保持继电器2JB10-2-28B实现一次电源的加载和断开操作，同时磁保持继电器2JB10-2-28B的通断状态开关可连接直接遥测遥控信号接口，通过直接遥测遥控信号接口向综合电子分系统反馈继电器通断状态的遥测信号。

所述数据管理电路负责星载数据设备的数据管理和控制，采用ARM控制器加FPGA的双处理器架构实现。数据管理电路与电源接口电路连接获得其工作所需的工作电源；数据管理电路与数据采集接口电路连接，数据管理电路能够向数据采集接口电路输出采集控制信号，同时接收数据采集接口电路返回的采集信号数据；数据管理电路与1553B总线接口电路连接，数据管理电路接收从1553B总线接口电路转发的来自综合电子分系统的遥控指令，同时通过1553B总线接口电路输出遥测数据给综合电子分系统；数据管理电路与LVDS接口电路连接，数据管理电路向LVDS接口电路输出控制及数传数据，并控制LVDS接口电路向数传分系统高速提交试验数据；数据管理电路与固态存储电路连接，数据管理电路控制固态存储电路，实现大容量数据的高速读取操作。

所述数据采集接口电路从电源接口电路获取工作电源，数据采集接口电路包括多个传感器接口电路，分别用于驱动外部的各类传感器工作(包括温度、加速度、应变传感器等)；各传感器返回的采集信号经过调理滤波和多路开关电路后，送入模数转换电路。该模数转换电路采用12位精度的ADC芯片AD7892，在数据管理电路输出的采集控制信号驱动下，将模拟信号转换为数字信号，并提交数据管理电路。

所述1553B总线接口电路实现星载数据设备和综合电子分系统的1553B总线接口功能，主要采用1553B总线控制器BU-61580芯片和变压器B-3226实现，并配置为远程终端(RT节点)，总线波特率为1Mbps。该1553B总线接口电路输入综合电子分系统发送的总线指令，并输出到数据管理电路执行；同时其从数据管理电路输入遥测数据，并输出到综合电子分系统。

所述RS-422接口电路实现星载数据设备和数传分系统的双向数据通信，其采用INTERSIL的接口控制芯片26C31(发送接口)和26C32(接收接口)，采用1Mbps的通信速率。

所述LVDS接口电路实现星载数据设备和数传分系统的高速数传接口，接口芯片为SNV55LVDS31W，时钟电路选用203所的晶振ZA518，频率为16MHz，温频系数为±50×10^-6，可实现224Mbps的高速数据传输。该LVDS接口电路输入数据管理电路的控制信号，将待传送的数据转换为满足LVDS接口协议的串行信号后，输出到数传分系统。

所述固态存储电路采用多组2GB的Flash存储器K9WAG08U1A，用于存储数据管理电路高速采集的试验数据。

所述星载数据设备具备5种工作模式(包含工作模式1～工作模式5)，每种工作模式可以应对不同的任务需求和故障模式。通过地面测控人员发送遥控指令，可切换和组合星载数据设备的工作模式，实现遥测数据下传通道和数传数据下传通道的互连与复用，确保试验数据的快速可靠下传。

工作模式1是星载数据设备加电启动后的缺省工作模式，主要应对普通的数据下传需求。该工作模式下，星载数据设备将具备低下传速率需求的遥测数据(如单机加断电状态、工作模式等遥测量)直接提交综合电子分系统，由其通过遥测数据通道低速下传，而星载数据设备高速采集的试验数据(如高频振动数据等)则直接提交数传分系统，由其高速下传；工作模式2主要应对星载数据设备和综合电子分系统之间的1553B总线接口电路出现故障的情况，此时星载数据设备低速采集的遥测数据和高速采集的试验数据均提交数传分系统，由后者高速下传；工作模式3主要用于低速的遥测数据下传通道无法满足特定遥测数据快速下传需求的情形。该工作模式下，综合电子分系统可将需快速下传的遥测数据剥离出来，并由星载数据设备转交数传分系统实时下传；工作模式4主要用于卫星遥测数据下传通道出现故障的情形。此时综合电子分系统的所有遥测数据均可提交星载数据设备，由后者转交给数传分系统实时下传；工作模式5主要应对数传数据下传通道出现故障的情形(如数传天线故障导致)。该工作模式下，数传分系统接收的试验数据可提交星载数据设备，由星载数据设备转交综合电子分系统下传。但受限于遥测数据通道有限的下传带宽，该工作模式下，仅能精准挑选部分高价值的试验数据进行下传。

工作模式切换操作主要通过地面测控人员发送遥控指令实现，其流程如下：首先，由负责地面测控设备的操作人员根据当前任务需求，结合当前遥测数据显示的系统工作状态，选择星载数据设备的最佳工作模式；然后，通过地面测控设备上注对应的工作模式选择指令；最终，通过观测遥测量或者数传数据的传输情况，确认星载数据设备已按指定的工作模式运行。

星载数据设备的第一种工作模式是星载数据设备加电启动后的缺省工作模式，星载数据设备工作在第一种工作模式下时，星载数据设备将遥测数据通过1553B总线接口电路或者直接遥测通道提交综合电子分系统，由其通过卫星遥测数据下传通道下传；星载数据设备高速采集的大容量试验数据则提交数传分系统，由其通过卫星数传数据下传通道下传。

星载数据设备的第二种工作模式是应对星载数据设备和综合电子分系统之间的1553B总线遥测通道出现故障的情况，当综合电子分系统和星载数据设备之间的总线遥测通道出现故障时，星载数据设备的遥测数据无法提交给综合电子分系统实现下传，但可接收综合电子分系统发送的1553B控制指令；地面测控人员发送遥控指令将星载数据设备的工作模式切换到第二种工作模式，星载数据设备工作在第二种工作模式下时，星载数据设备直接将遥测数据和已采集的大容量试验数据组帧处理后通过LVDS接口电路提交给数传分系统，由其通过卫星数传数据下传通道下传。

星载数据设备的第三种工作模式是用于综合电子分系统无法满足遥测数据快速下传需求的情形，即当一些星载设备的遥测数据要求下传周期小于1S，而卫星遥测数据下传通道受限于固定的下传数据带宽和帧格式，无法满足该要求时，地面测控人员发送遥控指令将星载数据设备的工作模式切换到第三种工作模式；星载数据设备工作在第三种工作模式时，首先地面测控人员需先发送遥控指令，控制综合电子分系统先将所有遥测数据分为2大类，即可慢速下传的遥测数据和需快速下传的遥测数据；可慢速下传的遥测数据仍通过卫星遥测数据下传通道慢速下传；需快速下传的遥测数据将通过1553B总线接口电路提交星载数据设备，由星载数据设备转交给数传分系统，由其通过卫星数传数据下传通道下传。

星载数据设备的第四种工作模式应对卫星遥测数据下传通道出现故障的情形，当地面测控人员通过观测遥测信息，诊断卫星遥测数据下传通道状态异常，而遥控指令上行通道正常，则发送遥控指令控制星载数据设备启动第四种工作模式；星载数据设备工作在第四种工作模式时，首先地面测控人员先发送遥控指令控制综合电子分系统将汇总的遥测数据通过1553B总线接口电路提交给星载数据设备，由星载数据设备通过LVDS接口电路提交给数传分系统，数传分系统将遥测数据和通过LVDS接口电路接收到的大容量试验数据汇总组帧后，通过卫星数传数据下传通道下传。

星载数据设备的第五种工作模式应对卫星数传数据下传通道出现故障的情形；当地面测控人员通过观测遥测信息，诊断数传分系统的信息处理器工作正常，但卫星数传数据下传通道状态异常时，则发送遥控指令控制星载数据设备启动第五种工作模式；星载数据设备工作在第五种工作模式时，地面测控人员发送遥控指令控制数传分系统精选部分高价值的试验数据片段通过RS-422接口电路将选择出的试验数据提交给星载数据设备；星载数据设备再将此类试验数据和自身的试验数据一起，打包成遥测帧，通过1553B总线接口电路提交给综合电子分系统，由其通过卫星遥测数据下传通道下传到地面。

本发明的有益技术效果：

针对当前航天器遥测数据下传带宽非常有限、数据下传周期长、实时性效果差等问题，以及当前航天器设计中数传和遥测通道采用孤立隔离设计所带来的资源利用不充分的问题。本发明通过充分结合航天器遥测通道所具有的安全可靠性高、数传通道所具有的数据传输高速实时等优点，即利用数传通道提高遥测数据的下传速率，改善遥测数据的实时性，又同时将两者设计成数据冗余备份通道，大大提高了数据的安全性，实现了遥测通道和数传通道的优势互补。本发明可用于同时具备遥测通道和数传通道的航天器的数据下传，充分发挥数据传输实时性和数据安全性的互补作用。

本发明中卫星综合电子分系统、星载测控应答机和地面测控设备一起，可构成一个卫星遥测数据下传通道。卫星数传分系统和地面数传接收设备一起，可构成一个卫星数传数据下传通道。本发明正是利用星载数据设备和综合电子分系统、数传分系统的数据连接关系，在二者之间建立一个数据传输通道，实现遥测数据下传通道和数传数据下传通道的互连与复用，提高数据传输效率，确保数据安全。

本发明充分结合了遥测通道和数传通道的优点，并建立二者之间数据的联接管道，实现二者的优势互补和交叉备份，提高了数据的实时性和安全性。

附图说明

图1为本发明的工作原理示意框图；

图2为本发明中星载数据设备的原理框图；

图3为工作模式1条件下的数据通道使用示意图；

图4为工作模式2条件下的数据通道使用示意图；

图5为工作模式3条件下的数据通道使用示意图；

图6为工作模式4条件下的数据通道使用示意图；

图7为工作模式5条件下的数据通道使用示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1为本发明一种航天用遥测与数传数据通道交叉备份使用系统的原理框图。本发明包括卫星平台上自带的综合电子分系统、星载测控应答机、数传分系统以及星载数据设备。其中综合电子分系统、星载测控应答机、数传分系统是现有卫星平台上普遍配备的系统。综合电子分系统、星载测控应答机和地面测控设备一起，构成一个卫星遥测数据下传通道；所述数传分系统和地面数传接收设备一起，构成一个卫星数传数据下传通道。

综合电子分系统是卫星平台用于实现整星所有管理功能(数据管理、星地上下行数据链路管理、时间管理及有效载荷管理等)的分系统，其可通过数据总线，接收卫星上各类星载设备提交的工作参数，通过信息处理后转换为遥测副载波信号，提交星载发射机，通过无线遥测数据通道下传到地面测控设备；同时，综合电子分系统可通过星载测控应答机，接收地面测控设备发送的遥控指令，控制后者的工作模式。

所述卫星综合电子分系统主要包含中央单元CTU、数据总线、遥测单元TCU、存储器和远置单元RTU等组件。中央单元CTU的硬件包括嵌入式微处理机及相应的控制通信接口，并运行实时多任务操作系统，以满足对整星各类设备综合管理的需求。中央单元CTU通过数据总线和远置单元RTU连接，实现对各类星载设备的控制管理。存储器可扩展CTU工作所需的存储器存储量。遥测单元TCU用于接收星载测控应答机中星载接收机输出的遥控副载波信号，可通过指令译码转换成各类直接控制指令输出，也可通过数据译码转换为遥控数据提交中央单元CTU。综合电子分系统可以接收汇总各类星载设备的遥测数据，形成遥测帧或遥测包，再经过码形变换、信道编码和副载波调制后，输出到星载测控应答机，由星载发射机发射到地面测控站。

星载测控应答机主要包括星载接收机、星载发射机和天线，主要接收综合电子分系统提交的遥测副载波信号，通过星载发射机下传到地面；同时通过星载接收机接收地面测控设备上传的无线遥控指令，转换为遥控副载波信号，提交综合电子分系统。

数传分系统主要用于高速下传星载设备提交的试验数据。数传分系统接收星载设备提交的试验数据，处理后传送给大容量数据固存，当天地之间的无线数传通道满足通信条件时，数据固存中的数据和接收的载荷实时数据发送给发射机，发射机将接收到的数据经调制放大后通过发射天线下行。发射出的射频信号在经过信道传输后经地面数传接收设备的高增益天线和低噪声放大器接收放大，然后变频、解调和译码，以获得有用数据。

数传分系统主要包括信息处理器、数据固存、发射机和天线等组件。信息处理器是连接载荷数据和数传系统的枢纽，本实施例中，数传分系统通过LVDS接口和RS-422接口从各类载荷设备接收试验数据，并按标准AOS空间数据链路协议格式化数据，再进行纠错、编码和加密，最终输出到数据固存记录器或数传发射机。当数传分系统和地面数传接收设备之间满足通信条件时，大容量数据固存中的数据和信息处理器直接提交的试验数据经过数传发射机的经调制放大后，通过数传发射天线下行到地面，对应射频信号经地面站高增益天线和低噪声放大器接收放大后，进行解调译码以获得有用数据。

本发明中的星载数据设备是本发明在现有卫星平台上增设的有效载荷设备。星载数据设备具备数据采集、存储、处理和传输等功能。所述星载数据设备可以驱动温度、加速度和应变等外部传感器，获取各类传感数据；同时内部具备数据处理能力，对采集的数据进行变换、滤波和打包操作；而且所述星载数据设备具备大容量的固态存储电路，可以暂存高速采集的大量试验数据，以供后期择机下传。所述星载数据设备与综合电子分系统、数传分系统之间均存在数据传输通道，通过星载数据设备在综合电子分系统、数传分系统之间建立一个数据传输通道，实现遥测数据下传通道和数传数据下传通道的互连与复用；星载数据设备通过测控通道和综合电子分系统实现遥测/遥控数据的交换，并通过LVDS(Low-Voltage DifferentialSignaling)数据接口将大容量的试验数据单向高速传输给数传分系统，同时通过RS-422数据接口和数传分系统实现双向的数据连接。

本实施例中，参见图2，为星载数据设备的原理框图。星载数据设备包括电源接口电路、数据管理电路、数据采集接口电路、固态存储电路、1553B总线接口电路、RS-422接口电路和LVDS接口电路。

所述电源接口电路具有两个输入接口即一次电源接口和直接遥测遥控信号接口，电源接口电路的输出端分别连接数据采集接口电路和数据管理电路，为数据采集接口电路和数据管理电路提供所需的工作电源，所述电源接口电路的一次电源接口输入为航天器平台的100V一次电源，一次电源经电源接口电路中的过流保护、浪涌抑制和抗电磁干扰(EMI)滤波电路后送入DC/DC模块MHF+28512T，将航天器平台的100V一次电源变换为数据管理电路和数据采集接口电路所需的二次电源。所述电源接口电路的直接遥测遥控信号接口输入为加断电控制指令，通过驱动磁保持继电器2JB10-2-28B实现一次电源的加载和断开操作，同时磁保持继电器2JB10-2-28B的通断状态开关可连接直接遥测遥控信号接口，通过直接遥测遥控信号接口向综合电子分系统反馈继电器通断状态的遥测信号。

所述数据管理电路负责星载数据设备的数据管理和控制，采用ARM控制器加FPGA的双处理器架构实现。数据管理电路与电源接口电路连接获得其工作所需的工作电源；数据管理电路能够向数据采集接口电路输出采集控制信号，同时接收数据采集接口电路返回的采集信号数据；数据管理电路接收从1553B总线接口电路转发的来自综合电子分系统的遥控指令，同时通过1553B总线接口电路输出遥测数据给综合电子分系统；数据管理电路向LVDS接口电路输出控制及数传数据，并控制LVDS接口电路向数传分系统高速提交试验数据；数据管理电路控制固态存储电路，实现大容量数据的高速读取操作。

所述数据采集接口电路从电源接口电路获取工作电源，数据采集接口电路包括多个传感器接口电路分别用于驱动外部的各类传感器工作(包括温度、加速度、应变传感器等)；各传感器返回的采集信号经过调理滤波和多路开关电路后，送入模数转换电路。该模数转换电路采用12位精度的ADC芯片AD7892，在数据管理电路输出的采集控制信号驱动下，将模拟信号转换为数字信号，并提交数据管理电路。

所述1553B总线接口电路实现星载数据设备和综合电子分系统的1553B总线接口功能，主要采用1553B总线控制器BU-61580芯片和变压器B-3226实现，并配置为远程终端(RT节点)，总线波特率为1Mbps。该1553B总线接口电路输入综合电子分系统发送的总线指令，并输出到数据管理电路执行；同时其从数据管理电路输入遥测数据，并输出到综合电子分系统。

所述RS-422接口电路实现星载数据设备和数传分系统的双向数据通信，其采用INTERSIL的接口控制芯片26C31(发送接口)和26C32(接收接口)，采用1Mbps的通信速率。

所述LVDS接口电路实现星载数据设备和数传分系统的高速数传接口，接口芯片为SNV55LVDS31W，时钟电路选用203所的晶振ZA518，频率为16MHz，温频系数为±50×10^-6，可实现224Mbps的高速数据传输。该LVDS接口电路输入数据管理电路的控制信号，将数据转换为满足LVDS接口协议的串行信号后，输出到数传分系统。

所述固态存储电路采用多组2GB的Flash存储器K9WAG08U1A，用于存储数据管理电路高速采集的试验数据。

所述星载数据设备与综合电子分系统、数传分系统之间均存在数据传输通道，可通过该星载数据设备搭建一个数据管道，实现试验数据的中转传递，即在遥测通道或者数传通道不满足传输要求时，可通过星载数据设备转发，从另外一个通道下传，从而实现遥测数据或者数传数据下传通道的冗余备份设计。

所述星载数据设备具备5种工作模式(包含工作模式1～工作模式5)，星载数据设备在不同的工作模式下，内部软件可实现不同的数据处理和传输方式，从而应对不同的任务需求和故障模式。

工作模式切换操作主要通过地面操作人员发送遥控指令实现，其流程如下：首先，由负责地面测控设备的操作人员根据当前任务需求，结合当前遥测数据显示的系统工作状态，选择星载数据设备的最佳工作模式；然后，通过地面测控设备上注对应的工作模式选择指令；最终，通过观测遥测量或者数传数据的传输情况，确认星载数据设备已按指定的工作模式运行。

工作模式1是星载数据设备加电启动后进入的缺省工作模式，可应对星载数据设备正常的数据采集和传输任务需求。该工作模式下的数据流向和数据通道使用情况如图3所示。星载数据设备采集的、可低速下传的遥测数据(如温度量、设备加断电状态信息等)可通过1553B总线或者直接遥测通道提交综合电子分系统，由其通过低速的无线遥测数据通道下传。而星载数据设备高速采集的大容量试验数据(如高频振动数据)，无法通过测控通道下传，则提交数传分系统高速下传，由其通过高速的卫星数传数据下传通道下传。

工作模式2主要应对星载数据设备和综合电子分系统之间的1553B遥测通道出现故障的情况。此时地面测控人员通过观测遥测信息，诊断星载数据设备的总线遥测通道无响应，则发送遥控指令启动工作模式2，控制星载数据设备将遥测数据从数传数据下传通道下传。该工作模式下的数据流向和数据通道使用情况如图4所示，当综合电子分系统和星载数据设备之间的总线遥测通道出现故障时，星载数据设备的遥测数据无法提交给综合电子分系统下传，但可接收综合电子分系统发送的1553B控制指令，将工作模式切换到工作模式2。在工作模式2下，星载数据设备直接将遥测数据和已采集的大容量试验数据组帧处理后通过LVDS接口电路提交给数传分系统，由其通过卫星数传数据下传通道下传。此时卫星数传数据下传通道起到备份的遥测数据下传通道功能。

工作模式3主要用于综合电子分系统无法满足遥测数据快速下传需求的情形。当其他星载设备的遥测数据需较快的下传速率(如为确保安全性，要求执行机构的状态遥测数据下传周期小于1S)，而卫星既有遥测数据下传通道受限于固定的下传数据带宽和帧格式，无法满足该要求时，可利用星载数据设备转发该遥测数据，从数传分系统快速下传。此时地面测控人员可发送遥控指令，控制星载数据设备切换到工作模式3。该工作模式下的数据流向和数据通道使用情况如图5所示，地面测控人员需先发送遥控指令，控制综合电子分系统先将所有遥测数据分为2大类，即可慢速下传的遥测数据(下传周期不限制)和需快速下传的遥测数据(下传周期小于1S)。可慢速下传的遥测数据仍沿用以前的方法，通过卫星遥测数据下传通道慢速下传；但需快速下传的遥测数据将通过1553B总线接口电路快速提交星载数据设备，由星载数据设备转交给数传分系统，由其通过卫星数传数据下传通道下传。此时数传数据下传通道起到了快速下传遥测数据的功能。

工作模式4主要应对卫星的遥测数据下传通道出现故障的情形。当地面测控人员通过观测遥测信息，诊断卫星的遥测数据下传通道状态异常，而遥控指令上行通道正常，则发送遥控指令控制星载数据设备启动工作模式4，控制卫星的遥测数据均由星载数据设备转发到数传分系统，从数传数据下传通道下传。该工作模式下的数据流向和数据通道使用情况如图6所示，地面测控人员先发送遥控指令，控制星载数据设备切换到工作模式4，再控制综合电子分系统将汇总的遥测数据通过1553B总线接口电路提交给星载数据设备，由星载数据设备通过LVDS接口电路提交给数传分系统。数传分系统将遥测数据和通过LVDS接口电路接收到的大容量试验数据汇总组帧后，通过卫星数传数据下传通道下传。此时数传数据通道起到了备份的整星遥测数据下传通道功能。

工作模式5主要应对卫星数传数据下传通道出现故障的情形。当地面测控人员通过观测遥测信息，诊断数传分系统的信息处理器工作正常，但数传数据下传通道状态异常时(如天线故障导致无法下传)，则发送遥控指令控制星载数据设备启动工作模式5，确保部分高价值的试验数据可通过星载数据设备，转发到遥测数据下传通道下传。该工作模式下的数据流向和数据通道使用情况如图7所示，当无线数传通信出现故障后，原定从无线数传通道下传的大容量试验数据无法正常下传。此时，地面测控人员可发送遥控指令，控制星载数据设备启动工作模式5，再控制数传分系统精选部分高价值的试验数据片段(如选定特定地址开始的试验数据)，通过RS-422接口电路将试验数据提交给星载数据设备；星载数据设备再将此类试验数据和自身的试验数据一起，打包成遥测帧，通过1553B总线接口电路提交给综合电子分系统，由其通过卫星遥测数据下传通道下传到地面。由于遥测下传通道带宽有限，最终能够下传的试验数据也非常有限，因此需要慎重选取此类高价值的试验数据。此时，遥测数据下传通道起到了部分补救数传数据下传通道的功能。

以上包含了本发明优选实施例的说明，这是为了详细说明本发明的技术特征，并不是想要将发明内容限制在实施例所描述的具体形式中，依据本发明内容主旨进行的其他修改和变型也受本专利保护。本发明内容的主旨是由权利要求书所界定，而非由实施例的具体描述所界定。

Claims (2)

1.一种航天用遥测与数传数据通道交叉备份使用系统，包括卫星平台上自带的综合电子分系统、星载测控应答机以及数传分系统，所述综合电子分系统、星载测控应答机和地面测控设备一起，构成一个卫星遥测数据下传通道；所述数传分系统和地面数传接收设备一起，构成一个卫星数传数据下传通道；其特征在于，还包括星载数据设备；所述星载数据设备与综合电子分系统、数传分系统之间均存在数据传输通道，通过星载数据设备在综合电子分系统、数传分系统之间建立一个数据传输通道，实现遥测数据下传通道和数传数据下传通道的互连与复用；星载数据设备通过测控通道和综合电子分系统实现遥测/遥控数据的交换，并通过LVDS数据接口将大容量的试验数据单向高速传输给数传分系统，同时通过RS-422数据接口和数传分系统实现双向的数据连接；

所述星载数据设备包括电源接口电路、数据管理电路、数据采集接口电路、固态存储电路、1553B总线接口电路、RS-422接口电路和LVDS接口电路；

所述电源接口电路的输入接口包括一次电源接口，电源接口电路的输出端分别连接数据采集接口电路和数据管理电路，为数据采集接口电路和数据管理电路提供所需的工作电源；所述电源接口电路的一次电源接口输入为航天器平台的100V一次电源，一次电源经电源接口电路中的过流保护、浪涌抑制和抗电磁干扰滤波电路后送入DC/DC模块，DC/DC模块将其变换为数据管理电路和数据采集接口电路工作所需的二次电源；

所述数据管理电路负责星载数据设备的数据管理和控制，数据管理电路与电源接口电路连接获得其工作所需的工作电源；数据管理电路与数据采集接口电路连接，数据管理电路能够向数据采集接口电路输出采集控制信号，同时接收数据采集接口电路返回的采集信号数据；数据管理电路与1553B总线接口电路连接，数据管理电路接收从1553B总线接口电路转发的来自综合电子分系统的遥控指令，同时通过1553B总线接口电路输出遥测数据给综合电子分系统；数据管理电路与LVDS接口电路连接，数据管理电路向LVDS接口电路输出控制及数传数据，并控制LVDS接口电路向数传分系统高速提交试验数据；数据管理电路控制固态存储电路，实现大容量数据的高速读取操作；

所述数据采集接口电路从电源接口电路获取工作电源，数据采集接口电路包括多个传感器接口电路分别用于驱动外部的多个传感器工作；各传感器返回的采集信号经过调理滤波和多路开关电路后，送入模数转换电路，模数转换电路在数据管理电路输出的采集控制信号驱动下，将模拟信号转换为数字信号，并提交给数据管理电路；

所述1553B总线接口电路实现星载数据设备和综合电子分系统的1553B总线接口功能；1553B总线接口电路输入综合电子分系统发送的总线指令，并输出到数据管理电路执行；同时其从数据管理电路输入遥测数据，并输出到综合电子分系统；

所述RS-422接口电路实现星载数据设备和数传分系统的双向数据通信；

所述LVDS接口电路实现星载数据设备和数传分系统的高速数传接口，LVDS接口电路输入数据管理电路的控制信号，将待传送的数据转换为满足LVDS接口协议的串行信号后，输出到数传分系统；

所述固态存储电路用于存储数据管理电路高速采集的试验数据；

所述星载数据设备具备多种工作模式，星载数据设备根据地面测控人员发送的遥控指令，切换其工作模式以应对不同的任务需求和故障模式，实现遥测数据下传通道和数传数据下传通道的互连与复用；

星载数据设备的第一种工作模式是星载数据设备加电启动后的缺省工作模式，星载数据设备工作在第一种工作模式下时，星载数据设备将遥测数据通过1553B总线接口电路或者直接遥测通道提交综合电子分系统，由其通过卫星遥测数据下传通道下传；星载数据设备高速采集的大容量试验数据则提交数传分系统，由其通过卫星数传数据下传通道下传；

星载数据设备的第二种工作模式是应对星载数据设备和综合电子分系统之间的1553B总线遥测通道出现故障的情况，当综合电子分系统和星载数据设备之间的总线遥测通道出现故障时，星载数据设备的遥测数据无法提交给综合电子分系统实现下传，但可接收综合电子分系统发送的1553B控制指令；地面测控人员发送遥控指令将星载数据设备的工作模式切换到第二种工作模式，星载数据设备工作在第二种工作模式下时，星载数据设备直接将遥测数据和已采集的大容量试验数据组帧处理后通过LVDS接口电路提交给数传分系统，由其通过卫星数传数据下传通道下传；

星载数据设备的第三种工作模式是用于综合电子分系统无法满足遥测数据快速下传需求的情形，即当一些星载设备的遥测数据要求下传周期小于1S，而卫星遥测数据下传通道受限于固定的下传数据带宽和帧格式，无法满足该要求时，地面测控人员发送遥控指令将星载数据设备的工作模式切换到第三种工作模式；星载数据设备工作在第三种工作模式时，首先地面测控人员需先发送遥控指令，控制综合电子分系统先将所有遥测数据分为2大类，即可慢速下传的遥测数据和需快速下传的遥测数据；可慢速下传的遥测数据仍通过卫星遥测数据下传通道慢速下传；需快速下传的遥测数据将通过1553B总线接口电路提交星载数据设备，由星载数据设备转交给数传分系统，由其通过卫星数传数据下传通道下传；

星载数据设备的第四种工作模式应对卫星遥测数据下传通道出现故障的情形，当地面测控人员通过观测遥测信息，诊断卫星遥测数据下传通道状态异常，而遥控指令上行通道正常，则发送遥控指令控制星载数据设备启动第四种工作模式；星载数据设备工作在第四种工作模式时，首先地面测控人员先发送遥控指令控制综合电子分系统将汇总的遥测数据通过1553B总线接口电路提交给星载数据设备，由星载数据设备通过LVDS接口电路提交给数传分系统，数传分系统将遥测数据和通过LVDS接口电路接收到的大容量试验数据汇总组帧后，通过卫星数传数据下传通道下传；

星载数据设备的第五种工作模式应对卫星数传数据下传通道出现故障的情形；当地面测控人员通过观测遥测信息，诊断数传分系统的信息处理器工作正常，但卫星数传数据下传通道状态异常时，则发送遥控指令控制星载数据设备启动第五种工作模式；星载数据设备工作在第五种工作模式时，地面测控人员发送遥控指令控制数传分系统精选部分高价值的试验数据片段通过RS-422接口电路将选择出的试验数据提交给星载数据设备；星载数据设备再将此类试验数据和自身的试验数据一起，打包成遥测帧，通过1553B总线接口电路提交给综合电子分系统，由其通过卫星遥测数据下传通道下传到地面。

2.根据权利要求1所述的航天用遥测与数传数据通道交叉备份使用系统，其特征在于：所述电源接口电路的输入接口还包括直接遥测遥控信号接口，直接遥测遥控信号接口输入为来自综合电子分系统的加断电控制指令，通过驱动电源接口电路中的磁保持继电器2JB10-2-28B实现一次电源的加载和断开操作，同时磁保持继电器2JB10-2-28B的通断状态开关可连接直接遥测遥控信号接口，通过直接遥测遥控信号接口向综合电子分系统反馈继电器通断状态的遥测信号。