CN109117147A - 基于大数据量的无源定位卫星载荷软件重构快速实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于大数据量的无源定位卫星载荷软件重构快速实现方法，包括以下步骤：卫星系统正常运行，电源、数管、测控、数传分系统正常，工作，载荷分系统按时序开机；地面运控系统发送重构指令，对应的载荷接收机进入重构模式，根据指令在某一固定频点侦察接收来自地面站的信号。本发明通过无源定位载荷侦察通道进行重构数据上注，最终完成载荷软件重构。本发明较传统的测控链路上注方法，可适应更大的重构程序，且传输速度更快；同时设置了多次比对环节，确保了上注重构程序的正确性；此外本发明将测控链路作为短程序的补充上注方式，增加了灵活性，也可作为该重构方法的一种备份方式，大大提高了可靠性。

Description

基于大数据量的无源定位卫星载荷软件重构快速实现方法

技术领域

本发明涉及一种适用于无源定位卫星系统的载荷软件重构实现方法，特别是一种基于大数据量的无源定位卫星载荷软件重构快速实现方法。

背景技术

美军为了应对“卫星功能单一，响应能力不足”的缺点，提出了“快速响应空间”计划，该计划要求空间系统具有较强的通用性和灵活性，能以较低成本提升卫星有效载荷的性能，使其具备通信、干扰、探测定位等多种功能，并可根据任务需要进行功能的快速转换。

随后，软件无线电概念提出并开始应用于卫星系统。在卫星系统使用之前，软件无线电技术在地面通信系统中得到了广泛的应用，它以一个通用化、标准化、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现信息系统的各种功能，从而使系统更新和升级换代成本低，方便快捷。

重构技术正是在软件无线电概念基础上发展而来的。重构技术是一种通过编程配置的方法来改变可编程芯片的结构从而实现不同功能的技术，广义的重构技术还包括软件领域的模块可重构技术和方法。

卫星系统重构技术目前主要应用多为星座重构、姿控系统重构、星务计算机重构、天线重构，卫星载荷系统使用重构技术的报道很少。

当前卫星系统大部分重构程序均通过地面控制通道上注，即卫星测控通道，该通道目前传输速率基本在2Mbps左右，传输速率较慢。随着卫星系统的发展，星上软件项目众多，规模较大，对重构程序的上注速率提出了较高要求。特别对于低轨卫星，因过境时间短，若重构程序过大，单次过境可能无法完成，导致卫星会处于暂时的失效状态。另外，当前测控业务占用资源已近乎饱和，轨道控制、中继通信等业务指令上注往往需占用过境期内较多的测控弧段资源，若在此期间再进行重构程序的上注，不可避免的与测控业务相产生冲突。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于大数据量的无源定位卫星载荷软件重构快速实现方法，其通过无源定位载荷侦收通道实现软件重构数据上注，避免了与测控业务的资源冲突；该侦收通道传输速率可达几百Mbps，大大优于测控链路，可以实现大规模重构程序的快速上注。此外，该方法设计了两次星地大回路数据比对，确保了星上重构程序的正确性；可以支持多台单机重构程序的同时上注；兼有测控通道的上注功能，增加了重构功能实现的可靠性。

根据本发明的一个方面，提供一种基于大数据量的无源定位卫星载荷软件重构快速实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，卫星系统正常运行，电源、数管、测控、数传分系统正常，工作，载荷分系统按时序开机；

步骤二，地面运控系统发送重构指令，对应的载荷接收机进入重构模式，根据指令在某一固定频点侦察接收来自地面站的信号；

步骤三，运控将原始的程序或数据进行编码、加扰和调制，通过地面发射天线发射到卫星；

步骤四，载荷分系统由指定接收机完成信号接收、解调、解码操作，将组包好的程序信息码流通过单机LVDS接口传输给数传终端机，数传在固存存储载荷重构程序软件；

步骤五，当上注模式下载荷接收机的重构数据写入数传终端机后，通过数传通道下传数据，地面接收并进行上注数据与下传数据的比对；

步骤六，地面比对若不正确，则按上述步骤再进行补发，直到比对正确；若地面比对正确，则地面发送指令，启动重构数据总线传输；

步骤七，数管分系统开启数传终端机至载荷管理控制计算机传输通道，数传终端机通过1553B总线以RT-RT的方式将所需要重构程序数据传输给载荷管理控制计算机，管理控制计算机广播重构程序，对应单机接收自身重构所需的重构程序；

步骤八，重构数据传输完成后，由数传分系统提供遥测量下传给地面，地面根据该遥测量发起结束指令，数管分系统控制重构数据总线传输结束；

步骤九，重构数据总线传输结束后，载荷接收机重构数据通过数传分系统实时传输至地面，再次进行上注数据与最终接收到的重构程序的比对；如果有误，可重复上述重构过程进行全部数据重写或通过测控通道补发错误数据段重写；确认无误后，发送载荷软件加载的命令，完成在轨功能重构。

优选地，所述步骤一包括以下步骤：

步骤十一，卫星在轨正常工作，某一时刻T0，载荷二次电源加电；

步骤十二，T0+2s，接收重构程序的载荷接收机加电(本发明选择了8台接收机中的两台)；

步骤十三，T0+4s，发送指令设置载荷接收机处于重构模式，工作于指定频点，并设置载荷天线波束指向地面站。

优选地，所述步骤四中，载荷接收机共8台，支持任意指定两台接收机工作，这样可以保证卫星系统接收到两份重构数据，传送给数传终端机后存储于不同的两个区域，即星上实现了重构数据的备份功能。

优选地，所述步骤七包括以下步骤：

步骤七十一，某一时刻T0，数管计算机设置为重构模式，开启数传终端机至管理控制计算机RT-RT总线传输；

步骤七十二，T0+2s，数传分系统选择重构程序存储区域，设置传输次数；

步骤七十三，T0+4s，设置数传分系统启动重构模式，按设置的传输次数将重构数据送至管理控制计算机；

步骤七十四，载荷单机接收管理控制计算机广播的重构数据，存储于EEPROM中。

优选地，所述步骤九包括以下步骤：

步骤九十一，数传发射机加电、上低压，工作稳定后，设置数传分系统处于实时传输模式；

步骤九十二，设置对应的数传通道打开，设置载荷接收机工作于EEPROM数据下传模式；

步骤九十三，地面站接收星上下传的重构程序，采用比对软件完成上注数据和星上下传数据的比对；

步骤九十四，若比对不正确，通过测控通道按约定协议，明确补充上注程序段的地址、长度、数据域，补充上注错误程序段，上注后需再次进行下传比对直至正确无误；若比对正确，则发送载荷软件加载指令，从而实现星上载荷功能重构。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明首次提出采用无源定位载荷的侦收通道作为重构程序的上注通道，与常规的测控通道相比，可适应更大规模的重构程序，且上注速度大大提升(从Mbps提升至百Mbps量级)；本发明设计了两次星地大回路比对，星上具备重构程序备份存储功能，兼有测控通道补充上注方式，这些设计措施确保了重构程序的正确性，也提高了重构功能实现的可靠性；本发明采用管理控制计算机广播重构程序至各单机的设计，可以支持对多台单机重构功能的同时实现。该重构方法具有适应大数据量、快速并行、高可靠性的优点，对后续卫星重构功能的发展具有重要的实用意义。

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为本发明的系统组成框图。

图2为本发明大概工作流程示意图。

图3为本发明具体工作流程示意图。

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，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1至图3所示，本发明基于大数据量的无源定位卫星载荷软件重构快速实现方法包括以下步骤：

步骤一，卫星系统正常运行，电源、数管、测控、数传等分系统正常工作，载荷分系统按时序开机。卫星加电，平台各分系统工作正常后，载荷分系统按时序加电。

本发明出于供电安全考虑，载荷单机分为多步上电，首先二次电源单机加电，完成接收前端、接收微波中频网络和管理控制计算机的加电；之后进行接收机、发射机加电(本发明选择了第一载荷接收机1、第二载荷接收机2接收重构程序，第九载荷接收机9实现重构功能)。

步骤二，地面发送载荷重构指令，对应的载荷接收机进入重构模式，根据指令在某一固定频点侦察接收来自地面站的信号，具体是载荷第一载荷接收机1、第二载荷接收机2进入重构模式，工作于X频段某频点，选择18号接收天线与射频单机接通。

本发明具备X和Ka频段两条上注通道，其中X频段天线为19号馈源抛物面天线，Ka频段为37号馈源抛物面天线，均可根据地面站位置选择可覆盖该区域的天线波束号。本次选择X频段完成重构。

步骤三，运控将原始的程序或数据进行编码、加扰和调制等，通过地面发射天线发射到卫星，具体来说原始数据包含目标单机标志、起始地址、数据长度、有效数据等内容，地面站将原始的程序或数据按照上注软件协议将软件信息封装，分别将该数据分帧，增加校验码，进行加扰、卷积以及调制，再经地面天线发射出去。

步骤四，载荷分系统由指定接收机完成信号接收、解调、解码等操作，将组包好的程序信息码流通过单机LVDS接口传输给数传终端机，数传在固存存储载荷重构程序软件等内容，具体来说载荷分系统正常工作，第一载荷接收机1、第二载荷接收机2接收到地面信号，完成信号接收、解调、解码等操作，按接口协议将重构程序组包后，通过单机LVDS接口传输给数传终端机。数传终端机在固存中专用的区域开辟存储空间，分别存储两台单机送入的两份重构程序(第一重构程序A、第二重构程序B)。

步骤五，当上注模式下载荷接收机的重构数据写入数传终端机后，通过数传通道下传数据，地面接收并进行上注数据与下传数据的比对，具体来说程序上注结束后，设置数传分系统发射机开、上低压，发射机工作稳定后，选择存储的第一重构程序A，设置数传分系统为实时传输模式，通过数传通道下传第一重构程序A，地面接收后，通过比对软件完成上注数据与下传数据的比对。

步骤六，地面比对若不正确，则按上述步骤再进行补发，直到比对正确；若地面比对正确，则地面发送指令(启动重构数据总线传输指令)，启动重构数据总线传输；

步骤七，数管分系统开启数传终端机至载荷管理控制计算机传输通道，数传终端机通过1553B总线以RT-RT的方式将所需要重构程序数据传输给载荷管理控制计算机，管理控制计算机广播重构程序，对应单机接收自身重构所需的重构程序，具体来说星上数管分系统接收、解析指令，开启1553B总线数传终端机至载荷管理控制计算机传输通道，数传终端机通过1553B总线以RT-RT的方式将所需要重构程序数据以48条消息/0.5s的速率传输给载荷管理控制计算机，管理控制计算机接收消息，进行校验和验证，验证无误后广播重构程序至所有的下位机，第九载荷接收机9接收重构程序，并存储于EEPROM中。

步骤八，重构数据传输完成后，由数传分系统提供遥测量下传给地面，地面根据该遥测量发起结束指令，数管分系统控制重构数据总线传输结束，具体来说判读数传遥测，当重构数据传输完成后，“重构结束”遥测为1，表明程序传输结束，地面根据该遥测量分别发送数管分系统“结束重构数据总线传输”指令、数传分系统“重构结束”指令及载荷分系统“重构结束”指令，数管分系统接收、解析，关闭数传终端机到载荷管理控制计算机的总线传输功能，数传分系统、载荷分系统结束重构模式。

步骤九，设置数传分系统为“实时传输”模式，选择“数传接口9”打开，设置载荷分系统的第九载荷接收机9为“EEPROM下传”模式，待重构数据通过数传分系统实时传输至地面；地面接收数据比使用比对软件再次进行上注数据与待重构程序的比对，比对程序正确；利用测控通道，对程序中某8字节数据进行修改，设定为“0000 0000 0000 0000”，按接口协议组包后，地面发送该指令，载荷管控机正常接收后广播至第九载荷接收机9，实现对EEPROM程序的修改；再次进行地面数据比对，确认对EEPROM数据完成修改，表明测控通道上注正常；对修改程序段进行恢复，地面比对表明上注程序正确；地面发送“第九载荷接收机9软件EEPROM加载”指令，星上单机实现新软件的加载，完成功能重构。

本发明首次提出了无源定位卫星载荷侦收通道的重构程序上注方法。相比与传统的测控通道上注，载荷侦收通道可适应更大的重构数据，速度更快。随着“软件星”概念的不断深化，未来的卫星系统将有可能在硬件模块上实现综合一体化，功能实现则通过选择加载不同的软件来完成，功能的复杂化也往往要求软件规模较大，因此该重构实现方法的提出对未来卫星重构功能的发展有重要的实用意义。

本发明设计了两次星地大回路比对，一次为首次载荷接收机侦收到重构程序后通过数传分系统下传，实现星上接收重构程序与地面上注重构程序的比对；另一次为载荷接收机接收到管理控制计算机广播的最终待加载的重构程序后，通过数传分系统下传，实现待加载重构程序与地面上注重构程序的比对。两次比对的设计，确保了星上重构程序的正确性。

重构程序可以对应于多台单机，即该方法支持多台单机重构程序的同时上注。上注程序按相应的格式，预先在程序包头中设定代码区分不同单机的程序，当程序上注后，数传分系统以RT-RT方式传输给载荷管理控制计算机，管理控制计算机采用了广播方式，向所有单机广播程序，此时对应单机可根据程序包头中设定代码，选择接收与之匹配的程序，从而完成多台单机重构程序的同时接收，最终通过软件重新加载实现多台单机的功能重构。

在使用无源定位卫星载荷接收通道作为重构程序上注主通道的同时，保留了测控通道，且将测控通道主要作为小程序段比对错误时的补充上注通道，因此在提高重构实现方法可靠性的同时，也大大提高了程序上注的灵活性。

综上所述，本发明提出的基于大数据量的无源定位卫星载荷软件重构快速实现方法首次采用了无源定位载荷侦收通道作为上注通道，兼有测控通道作为补充上注手段，具有适应大数据量、快速并行、高可靠性的优点，对后续卫星重构功能的发展具有重要的实用意义。本发明可适应更大的重构程序，且传输速度更快；同时设置了多次比对环节，确保了上注重构程序的正确性；此外本发明将测控链路作为短程序的补充上注方式，增加了灵活性，也可作为该重构方法的一种备份方式，大大提高了可靠性。

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形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种基于大数据量的无源定位卫星载荷软件重构快速实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，卫星系统正常运行，电源、数管、测控、数传分系统正常，工作，载荷分系统按时序开机；

步骤二，地面运控系统发送重构指令，对应的载荷接收机进入重构模式，根据指令在某一固定频点侦察接收来自地面站的信号；

步骤三，运控将原始的程序或数据进行编码、加扰和调制，通过地面发射天线发射到卫星；

步骤四，载荷分系统由指定接收机完成信号接收、解调、解码操作，将组包好的程序信息码流通过单机LVDS接口传输给数传终端机，数传在固存存储载荷重构程序软件；

步骤五，当上注模式下载荷接收机的重构数据写入数传终端机后，通过数传通道下传数据，地面接收并进行上注数据与下传数据的比对；

步骤六，地面比对若不正确，则按上述步骤再进行补发，直到比对正确；若地面比对正确，则地面发送指令，启动重构数据总线传输；

步骤七，数管分系统开启数传终端机至载荷管理控制计算机传输通道，数传终端机通过1553B总线以RT-RT的方式将所需要重构程序数据传输给载荷管理控制计算机，管理控制计算机广播重构程序，对应单机接收自身重构所需的重构程序；

步骤八，重构数据传输完成后，由数传分系统提供遥测量下传给地面，地面根据该遥测量发起结束指令，数管分系统控制重构数据总线传输结束；

步骤九，重构数据总线传输结束后，载荷接收机重构数据通过数传分系统实时传输至地面，再次进行上注数据与最终接收到的重构程序的比对；如果有误，可重复上述重构过程进行全部数据重写或通过测控通道补发错误数据段重写；确认无误后，发送载荷软件加载的命令，完成在轨功能重构。

2.根据权利要求1所述的基于大数据量的无源定位卫星载荷软件重构快速实现方法，其特征在于，所述步骤一包括以下步骤：

步骤十一，卫星在轨正常工作，某一时刻T0，载荷二次电源加电；

步骤十二，T0+2s，接收重构程序的载荷接收机加电；

步骤十三，T0+4s，发送指令设置载荷接收机处于重构模式，工作于指定频点，并设置载荷天线波束指向地面站。

3.根据权利要求1所述的基于大数据量的无源定位卫星载荷软件重构快速实现方法，其特征在于，所述步骤四中，载荷接收机共八台，支持任意指定两台接收机工作，这样可以保证卫星系统接收到两份重构数据，传送给数传终端机后存储于不同的两个区域，即星上实现了重构数据的备份功能。

4.根据权利要求1所述的基于大数据量的无源定位卫星载荷软件重构快速实现方法，其特征在于，所述步骤七包括以下步骤：

步骤七十一，某一时刻T0，数管计算机设置为重构模式，开启数传终端机至管理控制计算机RT-RT总线传输；

步骤七十二，T0+2s，数传分系统选择重构程序存储区域，设置传输次数；

步骤七十三，T0+4s，设置数传分系统启动重构模式，按设置的传输次数将重构数据送至管理控制计算机；

步骤七十四，载荷单机接收管理控制计算机广播的重构数据，存储于EEPROM中。

5.根据权利要求1所述的基于大数据量的无源定位卫星载荷软件重构快速实现方法，其特征在于，所述步骤九包括以下步骤：

步骤九十一，数传发射机加电、上低压，工作稳定后，设置数传分系统处于实时传输模式；

步骤九十二，设置对应的数传通道打开，设置载荷接收机工作于EEPROM数据下传模式；

步骤九十三，地面站接收星上下传的重构程序，采用比对软件完成上注数据和星上下传数据的比对；

步骤九十四，若比对不正确，通过测控通道按约定协议，明确补充上注程序段的地址、长度、数据域，补充上注错误程序段，上注后需再次进行下传比对直至正确无误；若比对正确，则发送载荷软件加载指令，从而实现星上载荷功能重构。