CN108199939B - 一种可重构的卫星综合电子系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可重构的卫星综合电子系统，能够实现系统的快速重构，提高系统的容错能力，降低整星功耗与重量，减少计算资源的浪费。该系统包括2个以上综合业务单元以及1553B总线。2个以上综合业务单元通过1553B总线连接。以其中一个综合业务单元作为1553B总线的总线控制器BC，其他综合业务单元作为1553B总线的远程终端RT。BC配置用于执行星上在轨数据的综合管控任务；一个RT配置用于执行一项星上独立电子功能任务。当前BC故障时，其中一个RT切换为1553B总线的新BC，新BC执行星上在轨数据的综合管控任务。

Description

一种可重构的卫星综合电子系统
技术领域
本发明涉及卫星电子系统技术领域，具体设计一种可重构的卫星综合电子系统。
背景技术
卫星综合电子系统是星上将星载电子设备互联，实现卫星内部信息共享和综合利用、功能集成、资源重组优化的信息处理和传输系统，它是航天器中与姿轨控、热控、能源、结构与机构系统并列的五大平台系统之一。
卫星综合电子系统作为一个具有一定功能的、由软硬件资源组成的完整系统，是以多种不同的功能模块组成的集成系统，在统一的任务调度和管理下，完成整星的所有管理功能，包括数据管理、姿轨控管理、星地上下行数据链路管理、热控管理、时间管理及有效载荷管理等管理功能，其功能本质是信息产生、变换处理、信息交换和传输分发的信息流。
现阶段大卫星综合电子系统通常由一中心管理单元和多台综合业务管理单元组成，中心管理单元负责整星在轨数据的管理与维护，姿轨控计算，热控管理，遥测数据下行和遥控命令接收等功能；其他综合业务单元负责遥控指令发送、遥测数据采集、加热器控制、火工品控制、配电管理等功能。中心管理单元和综合业务单元分工明确，不能互相替代；各单元均具有单机冷备份或者单机热备份，容错能力较低。
在上述卫星综合电子系统中，备份单机需实时参与系统运行，只有当中心管理单元发生故障时，才切换备份单机进行工作，这就造成了整星功耗与重量的增加和计算资源的浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种可重构的卫星综合电子系统，能够实现系统的快速重构，提高系统的容错能力，降低整星功耗与重量，减少计算资源的浪费。
本发明技术方案为：
一种可重构的卫星综合电子系统，包括2个以上综合业务单元以及1553B总线。
2个以上综合业务单元通过1553B总线连接。
以其中一个综合业务单元作为1553B总线的总线控制器BC，其他综合业务单元作为1553B总线的远程终端RT。
BC配置用于执行星上在轨数据的综合管控任务；一个RT配置用于执行一项星上独立电子功能任务。
当前BC故障时，其中一个RT切换为1553B总线的新BC，新BC执行星上在轨数据的综合管控任务。
进一步地，星上在轨数据的综合管控任务包括如下项任务的中的一项或者多项：
卫星的在轨数据的管理与维护、卫星的姿轨控计算、卫星的热控管理、卫星的遥测数据下行、卫星的遥控指令接收。
星上独立电子功能任务包括如下项：
卫星的遥控指令发送、卫星的遥测数据采集、卫星的加热器控制、卫星的火工品控制、卫星的配电管理。
进一步地，当前BC还配置用于通过1553B总线按照预先设定的发送周期向RT发送心跳命令字。
RT还配置用于收到心跳命令字后回复状态响应字；若RT在预先设定的等待时间内未接受到心跳命令字，则RT切换为1553B总线的新BC。
进一步地，不同RT的等待时间不同，RT是否可以切换为新BC根据地面指令进行配置。
进一步地，RT还配置用于：实时从1553B总线获取综合电子系统的配置信息，组成系统配置文件。
配置信息包括：组成系统的BC和RT信息、BC和RT的地址信息、星上在轨数据的综合管控任务的执行信息。
进一步地，新BC，还配置用于通过1553B总线获取RT上的系统配置文件；根据系统配置文件启动，依据系统配置文件中的星上在轨数据的综合管控任务的执行信息执行星上在轨数据的综合管控任务，新BC保留自身的星上独立电子功能任务。
新BC修改如下配置信息：组成系统的BC和RT信息、BC和RT的地址信息；新BC将修改后的配置信息通过1553B总线实时发送给RT。
进一步地，新BC，还配置用于停止自身星上独立电子功能任务中的载荷功能。
进一步地，新BC，还配置用于通过1553B总线读取RT上的系统配置文件，并对不同RT上的系统配置文件采用三取二比对的方法进行正确验证。
进一步地，综合业务单元采用由操作系统层、管理软件层、应用软件层和驱动程序层组成的软件构架。
管理软件层和应用软件层运行在操作系统层上。
驱动程序层，配置用于根据操作系统层的调用进行星上硬件设备的驱动控制。
操作系统层为符合POSIX标准的操作系统，配置用于为平台软件管理层和应用软件层提供运行环境，并为应用软件层提供API接口。
应用软件层包括应用程序和设备软件。
设备软件为星上硬件设备的应用功能软件，配置用于通过API接口调用星上硬件设备，执行应用功能；还配置用于为应用程序和管理软件层提供设备软件调用接口。
应用程序通过设备软件调用接口对星上硬件设备进行调用，从星上硬件设备获取在轨数据，执行针对在轨数据的综合管控功能。
管理软件层，配置用于为应用软件层提供控制接口，通过控制接口对应用软件层的应用程序和设备软件的安装、卸载、启动、停止以及初始化进行控制；还用于通过设备软件调用接口对星上硬件设备进行调用。
进一步地，星上硬件设备包括遥测模块、遥控模块、热控模块和通信模块。
设备软件包括遥测模块软件、遥控模块软件、热控模块软件和通信模块软件。
遥测模块软件，用于通过API接口调用遥测模块，并执行遥测功能；并为应用程序和管理软件层提供初始化接口、配置接口、查询接口、启动接口、停止接口、测试接口、遥测参数配置接口、启动遥测采集接口以及停止遥测采集接口。
遥控模块软件，用于通过API接口调用遥控模块，并执行遥控功能；并为应用程序和管理软件层提供初始化接口、配置接口、查询接口、启动接口、停止接口、测试接口、指令发送接口、延时指令配置接口、延时指令发送接口。
热控模块软件，用于通过API接口调用热控模块，并执行热控功能；并为应用程序和管理软件层提供初始化接口、配置接口、查询接口、启动接口、停止接口、测试接口、自动控温使能禁止接口、测温点调整接口和控温阈值调整接口。
通信模块软件，用于通过API接口调用通信模块，并执行通信功能；并为应用程序和管理软件层提供初始化接口、配置接口、查询接口、启动接口、停止接口、测试接口、加载接口、卸载接口、读接口、写接口。
有益效果：
1、本发明所提供的卫星综合电子系统，其采用1553B总线实现系统的通信，并以总线的远程终端RT作为总线控制器BC的备份，若当前BC故障，则采用其中一个RT切换为1553B总线的新BC，实现了系统的快速重构，并提高了系统的容错能力；且无需增加新的单机备份，降低了整星功耗与重量，减少了计算资源的浪费。
2、本发明所提供的卫星综合电子系统，其采用一种可重构的软件架构，通过对综合业务单元中的软件架构进行标准化设计，以标准化接口实现各层之间的相互调用，能够耦合现有的标准化和模块化的星上硬件设备，用户自身设计的应用程序与设备软件只需采用标准的接口设计即可应用于本卫星综合电子系统，因此通用化程度高，可以满足综合电子系统的快速重构需求。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的可重构的卫星综合电子系统组成结构图；
图2为本发明实施例所提供的用于卫星综合电子系统的软件架构框图；
图3为本发明实施例所提供的设备软件组成框图。
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。
图1示出了本发明实施例提供的可重构的卫星综合电子系统组成结构图；如图1所示，本发明提供了一种可重构的星综合电子系统，其特征在于，系统包括2个以上综合业务单元以及1553B总线。
2个以上综合业务单元通过1553B总线连接。其中一个综合业务单元为主综合业务单元，其他为从综合业务单元。
主综合业务单元作为1553B总线的总线控制器BC，从综合业务单元作为1553B总线的远程终端RT。
在正常的工作模式下，本系统中的BC与RT各自独立完成各自的任务。其中BC作为整星管理核心，配置用于执行星上在轨数据的综合管控任务，例如可以包括如下任务中的一项或者多项：卫星的在轨数据的管理与维护、卫星的姿轨控计算、卫星的热控管理、卫星的遥测数据下行、卫星的遥控指令接收。
每个RT配置用于执行一项星上独立电子功能任务，例如可以为卫星的遥控指令发送、卫星的遥测数据采集、卫星的加热器控制、卫星的火工品控制、卫星的配电管理等星上独立电子功能。
当前BC故障时，其中一个RT切换为1553B总线的新BC，新BC执行星上在轨数据的综合管控任务，由此实现该综合电子系统的快速重构。要实现RT的切换，可以采用多种方法实现，例如，可以选定一个RT对当前BC的工况进行实时监控，当前BC发生故障时该RT及时切换即可。RT接收地面指令，RT是否可以切换为新BC根据地面指令进行配置。
本实施例提供的综合电子系统，其采用1553B总线实现系统的通信，并以总线的远程终端RT作为总线控制器BC的备份，若当前BC故障，则采用其中一个RT切换为1553B总线的新BC，实现了系统的快速重构，并提高了系统的容错能力；且无需增加新的单机备份，降低了整星功耗与重量，减少了计算资源的浪费。
本发明实施例给出了一种实现当前BC故障时，一个RT切换为1553B总线的新BC这一功能的具体实现方式。为了实现上述图2所示的重构流程，BC与RT还需要进行如下设置：
BC还配置用于通过1553B总线按照预先设定的发送周期向RT发送心跳命令字；其中发送周期按照经验值进行设定。
RT还配置用于收到心跳命令字后回复状态响应字；若RT在预先设定的等待时间内未接受到心跳命令字，则RT切换为1553B总线的新BC。其中等待时间的设定按照经验值进行设定，一般略大于发送周期即可，即当RT在超过发送周期后未收到心跳命令字，表示当前BC已经故障。
本发明实施例中，RT还配置用于：实时从1553B总线获取综合电子系统的配置信息，组成系统配置文件；配置信息包括：组成系统的BC和RT信息、BC和RT的地址信息、星上在轨数据的综合管控任务的执行信息。
RT切换为1553B总线的新BC之后，新BC，还配置用于通过1553B总线获取RT上的系统配置文件，本发明实施例中需要对该系统配置文件进行正确性验证，例如可以采用用三取二比对的方法进行正确验证；系统配置文件进行了正确性验证之后，根据系统配置文件启动，依据系统配置文件中的星上在轨数据的综合管控任务的执行信息执行星上在轨数据的综合管控任务，新BC保留自身的星上独立电子功能任务。由于新BC执行任务较多，可以停止自身星上独立电子功能任务中的部分载荷功能。
新BC修改如下配置信息：组成系统的BC和RT信息、BC和RT的地址信息；新BC将修改后的配置信息通过1553B总线实时发送给RT。
本发明实施例中，针对不同RT设置的等待时间不同，例如可以针对每个RT设置不同的优先级，优先级高的RT其等待时间短于优先级低的RT，则当前BC故障发生时，优先级最高的RT首先达到等待时间，并进行切换，即切换为新BC，若优先级最高的RT同样故障，则优先级次高的RT达到等待时间，并进行切换，因此保障了总线控制器BC的任务能够被继续运行，大大提升了系统的容错能力。
图2示出了本发明实施例所提供的用于卫星综合电子系统的软件架构；综合业务单元采用由操作系统层、管理软件层、应用软件层和驱动程序层组成的软件构架。
管理软件层和应用软件层运行在操作系统层上。
驱动程序层，配置用于根据操作系统层的调用进行星上硬件设备的驱动控制。
操作系统层为符合POSIX标准的操作系统，配置用于为平台软件管理层和应用软件层提供运行环境，并为应用软件层提供API接口。
应用软件层包括应用程序和设备软件。
设备软件为星上硬件设备的应用功能软件，配置用于通过API接口调用星上硬件设备，执行应用功能；还配置用于为应用程序和管理软件层提供设备软件调用接口。
应用程序通过设备软件调用接口对星上硬件设备进行调用，从星上硬件设备获取在轨数据，执行针对在轨数据的综合管控功能。
管理软件层，配置用于为应用软件层提供控制接口，通过控制接口对应用软件层的应用程序和设备软件的安装、卸载、启动、停止以及初始化进行控制；还用于通过设备软件调用接口对星上硬件设备进行调用。
图3示出了本发明实施例所提供的设备软件组成框图，其中星上硬件设备包括遥测模块、遥控模块、热控模块和通信模块。
设备软件包括遥测模块软件、遥控模块软件、热控模块软件和通信模块软件。
遥测模块软件，用于通过API接口调用遥测模块，并执行遥测功能；并为应用程序和管理软件层提供初始化接口、配置接口、查询接口、启动接口、停止接口、测试接口、遥测参数配置接口、启动遥测采集接口以及停止遥测采集接口。
遥控模块软件，用于通过API接口调用遥控模块，并执行遥控功能；并为应用程序和管理软件层提供初始化接口、配置接口、查询接口、启动接口、停止接口、测试接口、指令发送接口、延时指令配置接口、延时指令发送接口。
热控模块软件，用于通过API接口调用热控模块，并执行热控功能；并为应用程序和管理软件层提供初始化接口、配置接口、查询接口、启动接口、停止接口、测试接口、自动控温使能禁止接口、测温点调整接口和控温阈值调整接口。
通信模块软件，用于通过API接口调用通信模块，并执行通信功能；并为应用程序和管理软件层提供初始化接口、配置接口、查询接口、启动接口、停止接口、测试接口、加载接口、卸载接口、读接口、写接口。
本发明实施例所提供的是一种可重构的软件架构，通过对综合业务单元中的软件架构进行标准化设计，以标准化接口实现各层之间的相互调用，能够耦合现有的标准化和模块化的星上硬件设备，用户自身设计的应用程序与设备软件只需采用标准的接口设计即可应用于本卫星综合电子系统，因此通用化程度高，可以满足综合电子系统的快速重构需求。
综上，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 (5)

1.一种可重构的卫星综合电子系统，其特征在于，所述系统包括2个以上综合业务单元以及1553B总线；
所述2个以上综合业务单元通过所述1553B总线连接；
以其中一个综合业务单元作为所述1553B总线的总线控制器BC，其他综合业务单元作为所述1553B总线的远程终端RT；
所述BC配置用于执行星上在轨数据的综合管控任务；一个RT配置用于执行一项星上独立电子功能任务；
当前BC故障时，其中一个RT切换为所述1553B总线的新BC，所述新BC执行星上在轨数据的综合管控任务；
所述新BC，还配置用于通过所述1553B总线获取RT上的系统配置文件；根据所述系统配置文件启动，依据所述系统配置文件中的所述星上在轨数据的综合管控任务的执行信息执行星上在轨数据的综合管控任务，所述新BC保留自身的星上独立电子功能任务；
所述新BC修改如下配置信息：组成所述系统的BC和RT信息、所述BC和所述RT的地址信息；所述新BC将修改后的配置信息通过所述1553B总线实时发送给RT；
所述新BC，还配置用于停止自身星上独立电子功能任务中的载荷功能；
所述新BC，还配置用于通过所述1553B总线读取RT上的系统配置文件，并对不同RT上的系统配置文件采用三取二比对的方法进行正确验证；
所述综合业务单元采用由操作系统层、管理软件层、应用软件层和驱动程序层组成的软件构架；
所述管理软件层和应用软件层运行在所述操作系统层上；
所述驱动程序层，配置用于根据所述操作系统层的调用进行星上硬件设备的驱动控制；
所述操作系统层为符合POSIX标准的操作系统，配置用于为所述管理软件层和应用软件层提供运行环境，并为所述应用软件层提供API接口；
所述应用软件层包括应用程序和设备软件；
所述设备软件为星上硬件设备的应用功能软件，配置用于通过所述API接口调用星上硬件设备，执行应用功能；还配置用于为所述应用程序和所述管理软件层提供设备软件调用接口；
所述应用程序通过所述设备软件调用接口对所述星上硬件设备进行调用，从所述星上硬件设备获取在轨数据，执行针对所述在轨数据的综合管控功能；
所述管理软件层，配置用于为所述应用软件层提供控制接口，通过所述控制接口对所述应用软件层的应用程序和设备软件的安装、卸载、启动、停止以及初始化进行控制；还用于通过所述设备软件调用接口对所述星上硬件设备进行调用；
所述星上硬件设备包括遥测模块、遥控模块、热控模块和通信模块；
所述设备软件包括遥测模块软件、遥控模块软件、热控模块软件和通信模块软件；
所述遥测模块软件，用于通过所述API接口调用所述遥测模块，并执行遥测功能；并为所述应用程序和所述管理软件层提供初始化接口、配置接口、查询接口、启动接口、停止接口、测试接口、遥测参数配置接口、启动遥测采集接口以及停止遥测采集接口；
所述遥控模块软件，用于通过所述API接口调用所述遥控模块，并执行遥控功能；并为所述应用程序和所述管理软件层提供初始化接口、配置接口、查询接口、启动接口、停止接口、测试接口、指令发送接口、延时指令配置接口、延时指令发送接口；
所述热控模块软件，用于通过所述API接口调用所述热控模块，并执行热控功能；并为所述应用程序和所述管理软件层提供初始化接口、配置接口、查询接口、启动接口、停止接口、测试接口、自动控温使能禁止接口、测温点调整接口和控温阈值调整接口；
所述通信模块软件，用于通过所述API接口调用所述通信模块，并执行通信功能；并为所述应用程序和所述管理软件层提供初始化接口、配置接口、查询接口、启动接口、停止接口、测试接口、加载接口、卸载接口、读接口、写接口。
2.如权利要求1所述的综合电子系统，其特征在于，所述星上在轨数据的综合管控任务包括如下项任务的中的一项或者多项：
所述卫星的在轨数据的管理与维护、所述卫星的姿轨控计算、所述卫星的热控管理、所述卫星的遥测数据下行、所述卫星的遥控指令接收；
所述星上独立电子功能任务包括如下项：
所述卫星的遥控指令发送、所述卫星的遥测数据采集、所述卫星的加热器控制、所述卫星的火工品控制、所述卫星的配电管理。
3.如权利要求1所述的综合电子系统，其特征在于，所述当前BC还配置用于通过所述1553B总线按照预先设定的发送周期向所述RT发送心跳命令字；
所述RT还配置用于收到所述心跳命令字后回复状态响应字；若所述RT在预先设定的等待时间内未接受到所述心跳命令字，则所述RT切换为所述1553B总线的新BC。
4.如权利要求3所述的综合电子系统，其特征在于，不同RT的所述等待时间不同，RT是否可以切换为新BC根据地面指令进行配置。
5.如权利要求1所述的综合电子系统，其特征在于，所述RT还配置用于：实时从所述1553B总线获取所述综合电子系统的配置信息，组成系统配置文件；
所述配置信息包括：组成所述系统的BC和RT信息、所述BC和所述RT的地址信息、星上在轨数据的综合管控任务的执行信息。
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