CN108880658A - 一种卫星全球遥测记录与传输的设计方法 - Google Patents

一种卫星全球遥测记录与传输的设计方法 Download PDF

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郭艳丽
吴侃侃
颜俊菁
李美光
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Abstract

本发明公开了一种卫星全球遥测记录与传输的设计方法，包括下列步骤：数管计算机在每个遥测采集周期内，通过数据传输通道采集整星各系统的模拟量、温度量和数字量；数管计算机在每个遥测下传周期内，按照AOS协议定义组织整星遥测数据，生成一个完整的AOS数据包；数管计算机按照整星总线通信协议将生成的AOS数据包传输给数传分系统单机；数传分系统单机将接收到的数据存放到固态存储器中，并实时地将遥测数据通过对地、对中继的数据传输链路传输给地面站。本发明在每个下传周期内完成对卫星全球遥测的记录和传输，地面站实时、准确地监测卫星在轨运行状态在状态异常情况下及时定位问题并采取措施，提高了对卫星的监测能力和控制维护能力。

Description

一种卫星全球遥测记录与传输的设计方法
技术领域
本发明涉及到卫星遥测领域，尤其涉及到一种卫星全球遥测记录与传输的设计方法。
背景技术
人造卫星运行于太空中，地面站可通过卫星下传的遥测实现对卫星工作状态的监测。整星遥测包含卫星各组成部分，比如数管、总体电路、电源、姿轨控、GPS(GlobalPositioning System,全球导航定位系统)导航接收机以及载荷等各分系统的模拟量、温度量和数字量遥测，遥测信息量十分庞大，可达几KB。卫星遥测由数管计算机软件通过RS422串行通讯接口、CAN总线或者1553B总线进行采集，遥测采集周期最快为0.5秒，并进行组包、组帧，通过测控通道下传地面。目前测控通道码速率为4096bps,每个下传周期只能传送256字节的遥测，含遥测帧头、校验位等非有效数据部分，因此整星遥测需要以不同的周期完成下传。为尽快完成所有遥测的下传，需要对遥测进行均衡编排，使得遥测最快的下传周期为0.5秒，最慢的周期为32秒。其中，下传周期为0.5秒的遥测数量非常有限，大约在50字节左右。
遥测的更新频率直接影响地面站对卫星的监测能力，过慢的更新频率直接会导致监测质量的低下甚至无效，比如卫星的电流、电压这类过程/状态遥测一直处于变化状态，如果地面站在某时刻才能获得几十秒之前的数据，数据已经不具有实际意义，或者在出现异常状态时无法用来定位问题并采取相应的处理手段，严重制约了地面站对卫星的监测控制能力。因此，实现整星全球遥测高时间分辨率的更新下传，成为当前卫星研制领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种卫星全球遥测记录与传输的设计方法，避免将整星遥测进行分包、组帧分时下传，极大地提高了下传遥测数据的实时性，提高了地面站对卫星工作状态的监测能力以及应对故障时的应急处理能力。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种卫星全球遥测记录与传输的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，数管计算机在每个遥测采集周期内，通过数据传输通道采集整星各系统的模拟量、温度量和数字量；
步骤二，数管计算机在每个遥测下传周期内，按照AOS(Advanced Orbit System,高级在轨系统)协议定义组织整星遥测数据，生成一个完整的AOS数据包；
步骤三，数管计算机按照整星总线通信协议将生成的AOS数据包传输给数传分系统单机；
步骤四，数传分系统单机将接收到的数据存放到固态存储器中，并实时地将遥测数据通过对地、对中继的数据传输链路传输给地面站。
优选地，所述数管计算机采用嵌入式系统，数管计算机用于对整星遥测数据的采集及传输，接收地面遥控注数并分发处理，对整星的时间基准进行管理维护，组织总线通信并对整星进行程控控制。
优选地，所述数管计算机通过RS422串行数据接口、1553B总线或者CAN总线与卫星上各分系统的单机和部件连接进行通信。
优选地，所述数据传输通道为RS422串行数据接口或者总线通信链路。
优选地，所述AOS协议符合CCSDS(Consultative Committee for Space DataSystems,国际空间数据系统咨询委员会)标准，实现各种类型和特性的空间应用数据有效地通过空对地、地对空以及空对空链路传输。
优选地，所述数传分系统作为中继用户终端使用中继卫星完成数据的传输，当卫星处于地面站可接收数据的范围内时，遥测数据直接对地实时下传。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明利用数传分系统对地、对中继的多条数据传输链路，实现了以0.5秒为周期对卫星全球遥测进行记录和传输；地面站可实时、准确地监测卫星在轨运行状态，极大提高了对卫星的监测能力，并能够在状态异常情况下及时定位问题并采取措施，提高了对卫星的控制维护能力。
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为本发明设计方法的示意图。
图2为本发明实施例中的遥测数据处理流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1至图2所示，本发明的一种卫星全球遥测记录与传输的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，数管计算机在每个遥测采集周期内，通过数据传输通道采集整星各系统的模拟量、温度量和数字量；
步骤二，数管计算机在每个遥测下传周期内，按照AOS协议定义组织整星遥测数据，生成一个完整的AOS数据包；
步骤三，数管计算机按照整星总线通信协议将生成的AOS数据包传输给数传分系统单机；
步骤四，数传分系统单机将接收到的数据存放到固态存储器中，并实时地将遥测数据通过对地、对中继的数据传输链路传输给地面站。
数管计算机采用嵌入式系统，数管计算机对整星遥测数据的采集及传输，接收地面遥控注数并分发处理，对整星的时间基准进行管理维护，组织总线通信并对整星进行程控控制，包括对整星的能源、飞行、热控加热器等。
数管计算机通过RS422串行数据接口、1553B总线或者CAN总线与卫星上各分系统的单机和部件连接进行通信。
数据传输通道为RS422串行数据接口或者总线通信链路。
1553B总线是一种集中式的时分串行总线，工作频率为1Mbps，其主要特点是分布处理、集中控制和实时响应。BC(Bus Controller,总线控制器)是总线上唯一可执行建立和启动数据传输任务的终端，RT(Remote Terminal,远程终端)在BC的控制下获取数据或者发送数据。本发明中数管计算机作为BC，遵照总线通信协议对RT间、或者BC与RT间的数据通信进行组织调度。
AOS协议符合CCSDS标准，实现各种类型和特性的空间应用数据有效地通过空对地、地对空以及空对空链路传输。
数传分系统除具备对地数传能力外，还可作为中继用户终端使用中继卫星完成数据的传输。数传分系统的数据传输速率可达350Mbps。当卫星处于地面站可接收数据的范围内时，遥测数据可直接对地以0.5秒的周期实时下传。否则，数传分系统需要通过中继卫星完成对地的实时传输。
在具体实施例中，本实施例的数管计算机软件按照AOS协议定义组织遥测数据，AOS包格式如表1所示。
表1
本实施例中将实时的卫星时间作为包副导头，为48位0.1毫秒计数值，有效数据域长度为832字节。本实施例中整星遥测数据量总共大约为5KB，理论上可以全部作为有效数据送到数传，但考虑到地面站实际上仅对部分数字量、模拟量遥测的实时性非常敏感，因此本例中仅挑选编排了820字节的对实时性要求高的遥测通过数传分系统传送到地面。对于其它实时性要求不高的遥测以及温度量遥测，仍然采用传统的测控通道，由数管计算机软件进行分包、组帧，分时下传到地面。
本实施例中的数管计算机软件在每个遥测采集周期(0.5秒)内采集卫星全球遥测并组织成AOS包格式，然后作为BC启动总线通信，将总共长为832字节的AOS数据包作为13条BC→RT消息，消息是1553B总线上数据传输的单位，每条消息可包含64字节，传送到数传分系统单机。
本实施例中数传分系统单机在接收到AOS数据包后，首先会存放到固态存储器中，避免某些异常情况下不能实时下传，地面站还可以通过延时回放来获得遥测，然后将数据经过编码、加扰、调制等处理送发射机及天线完成发送。对于数传分系统来说，对中继数传与对地数传除频段有差异外，具体地，对中继采用Ka频段，对地采用L频段，其余均类似。目前，我国中继卫星的通信范围已实现全球覆盖，所以理论上通过对地、对中继的传输链路可以实现整星全球遥测的实时下传。
综上所述，本发明利用数传分系统对地、对中继的多条数据传输链路，实现了以0.5秒为周期对卫星全球遥测进行记录和传输。地面站可实时、准确地监测卫星在轨运行状态，极大提高了对卫星的监测能力，并能够在状态异常情况下及时定位问题并采取措施，提高了对卫星的控制维护能力。
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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种卫星全球遥测记录与传输的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，数管计算机在每个遥测采集周期内，通过数据传输通道采集整星各系统的模拟量、温度量和数字量；
步骤二，数管计算机在每个遥测下传周期内，按照AOS协议定义组织整星遥测数据，生成一个完整的AOS数据包；
步骤三，数管计算机按照整星总线通信协议将生成的AOS数据包传输给数传分系统单机；
步骤四，数传分系统单机将接收到的数据存放到固态存储器中，并实时地将遥测数据通过对地、对中继的数据传输链路传输给地面站。
2.如权利要求1所述的一种卫星全球遥测记录与传输的设计方法，其特征在于，所述数管计算机采用嵌入式系统，数管计算机用于对整星遥测数据的采集及传输，接收地面遥控注数并分发处理，对整星的时间基准进行管理维护，组织总线通信并对整星进行程控控制。
3.如权利要求2所述的一种卫星全球遥测记录与传输的设计方法，其特征在于，所述数管计算机通过RS422串行数据接口、1553B总线或者CAN总线与卫星上各分系统的单机和部件连接进行通信。
4.如权利要求1所述的一种卫星全球遥测记录与传输的设计方法，其特征在于，所述数据传输通道为RS422串行数据接口或者总线通信链路。
5.如权利要求1所述的一种卫星全球遥测记录与传输的设计方法，其特征在于，所述AOS协议符合CCSDS标准，实现各种类型和特性的空间应用数据有效地通过空对地、地对空以及空对空链路传输。
6.如权利要求1所述的一种卫星全球遥测记录与传输的设计方法，其特征在于，所述数传分系统还作为中继用户终端使用中继卫星完成数据的传输，当卫星处于地面站可接收数据的范围内时，遥测数据直接对地实时下传。
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