CN110096850B - 一种车载加固式测控加解密机 - Google Patents

一种车载加固式测控加解密机 Download PDF

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Abstract

本发明是一种车载加固式测控加解密机，属于航天器工程领域。本发明对车载测控加解密机的软硬件系统进行加固式设计，硬件系统包括高集成主控模块、安全控制模块、存储模块、显示接口模块、电源模块、网络接口控制模块、状态报警模块、机箱和对外接口等组成，软件系统包含网络通信模块、主备监视模块、硬件接口模块、配置信息管理模块、系统内部控制模块、安全管理模块和任务处理单元模块，解决了现有车载测控加解密设备无法适应使用人员更加复杂、应用环境更加恶劣的车载系统，提高了车载加解密机的稳定性和安全性，适用于车载加固式测控加解密机的研制，具有较好的推广价值。

Description

一种车载加固式测控加解密机
技术领域
本发明属于航天器工程领域，涉及一种测控加解密机。
背景技术
测控技术是实现对运行中的卫星进行监视、测量、控制和管理的技术。测控分系统是卫星的重要组成部分，主要负责将航天器的飞行和工作数据下行至地面的测控系统，并通过决策和实施反馈来控制卫星的轨道和姿态，实现对运行中的卫星进行跟踪、测量和控制。卫星在运行中，地面通过卫星下传的遥测信息及时了解和掌握卫星各个分系统的工作状况、卫星内的环境条件以及测量的预报卫星轨道等，地面根据上述信息，上传遥控信息对卫星进行控制，使卫星按照规定的要求完成各项任务，如轨道或姿态的改变、各种星上仪器的操作等。
卫星测控信息，尤其是军用卫星的测控信息，其安全性显得尤为重要，其中遥控信息的安全始终是军用卫星测控系统设计和任务实施过程中最重要的问题之一。上行遥控信息需至少得到机密性、完整性保护，以避免敌方进行窃听、破译、伪造、重放和冒充攻击。此外，遥测信息中可能包含有遥控验证信息等重要数据，同样不能被敌方轻易获悉。因此，近年来卫星测控信息加密保护的需求越来越多。卫星地面测控加解密机即为上述需求提供测控信息在地面的加解密处理服务。
随着航天技术的发展，卫星测控系统的任务从单一的测控发展为全航天器提供综合利用的下行和上行信道，测控信息传输的手段从地球站到航天器的单一途径向经由多个国家/地区的地球站、中继卫星和航天器等组成的空间数据系统网的多种途径转变，各国/地区的航天器、地球站可以实现信息和资源的共享，特别是车载测控机动站应用需求的增多，对地面测控加解密机的功能性、可靠性以及环境适应性，如抗振动、抗冲击、防腐蚀、防潮、防雨、防尘沙、防高温等，提出了更多更高的要求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术在面对复杂环境下的不足，在原有的地面测控加解密机的基础上，面对复杂环境条件下的适应性要求和要害数据安全保护的需求，提供了一种车载加固式测控加解密机，提高了车载测控加解密机在面对复杂环境时的稳定性和易用性。
本发明所采用的技术方案是：一种车载加固式测控加解密机，包括高集成主控模块、安全控制模块、存储模块、网络接口控制模块、状态报警模块；
高集成主控模块对通过网络接收到的测控数据进行加解密处理；
安全控制模块对硬件USBKEY进行身份鉴别，检测插入的USBKEY，并验证用户名及密码：若验证通过，则启动车载测控；若验证不通过，在显示接口模块输出验证不通过信息，并记录当前的验证不通过次数，设置不通过次数阈值a，当连续验证不通过次数超过a时，则禁用当前的USBKEY，并将该信息通过网络接口控制模块输出；
存储模块用于数据存储，存储内容包括接收和处理后的测控数据、配置文件信息和安全管理数据；
网络接口控制模块提供千兆电口网络连接或万兆光口网络连接，将接收到的数据送入高集成主控模块；
状态报警模块用于故障报警，包括硬件报警和软件报警，硬件报警对硬件状态进行蜂鸣报警，软件报警则接收高集成主控模块发送来的报警指令，对相应的软硬件状态进行蜂鸣报警。
所述的一种车载加固式测控加解密机，还包括电源模块，电源模块采用AC 90～260V交流电源输入，输出+12V/+5V和3.3V电压，采用宽温级材料和固态电容。
所述的一种车载加固式测控加解密机，还包括机箱，机箱上设置对外接口，高集成主控模块、安全控制模块、存储模块、显示接口模块、网络接口控制模块、状态报警模块安装在机箱内，机箱采用304不锈钢和铝镁合金制成的2U加固机箱，表面采用喷涂高温烘烤的表面处理。
对外接口全部加装ESD保护器件和三地隔离，所有接口采用军用航插。
存储模块包括M-SATA 120G SSD系统盘和4块1T HDD存储硬盘，其中2块存储硬盘支持热插拔。
高集成主控模块包含网络通信模块、主备监视模块、硬件接口模块、配置信息管理模块、系统内部控制模块、安全管理模块和任务处理单元模块；
网络通信模块为配置信息管理模块、系统内部控制模块提供输入，主动在相关网址和端口监听并收集网络中的相关数据，将处理后的数据发送至指定网址和端口；
主备监视模块通过接收硬件接口模块发送的本机主备信息及系统内部控制模块发送的主备信息，对本机当前的主备状态进行检测，决定本机对测控数据的处理方式：若本机为主机，则接收测控数据后进行加解密处理，并向外发送处理后的数据；若本机为备机，则只接收和处理测控数据，不向外发送处理后的数据；判断当前网络中是否有且只有一台主机，若不是，则将本机置位为主机，并按照主机的处理逻辑处理接收到的测控数据，同时将本机的主备状态信息发送至系统内部控制模块；
硬件接口模块将本机的硬件接口信息上报至系统内部控制模块，并接受来自系统内部控制模块的控制命令；将本机的主备状态信息上报至主备监视模块，并接受来自主备监视模块的主备控制信息；将本机的接口权限信息上报至安全管理模块，并接收来自安全管理模块的对接口权限的设置；
配置信息管理模块在高集成主控模块启动时，读取存储模块中存储的配置文件信息对高集成主控模块进行配置，同时接收远程配置命令，将配置信息同步到配置文件中，并在下一次启动高集成主控模块时应用上述配置；
系统内部控制模块接收网络通信模块发送来的测控数据，并将测控数据发送至相应的任务处理单元，同时接收任务处理单元处理后的测控数据及相关处理报告，并将处理后的测控数据及相关处理报告转发至网络通信模块；系统内部控制模块对硬件接口模块上报的硬件状态信息进行处理，并将处理结果直接发送至硬件接口模块，对主备监视模块上报的本机主备状态信息转发至网络通信模块；
当接收到正确的用户名和密码时，安全管理模块对外设端口进行禁用、开放或只读设置；
任务处理单元模块包括若干任务处理单元，为不同的任务提供独立的测控数据加解密服务，接收来自系统内部控制模块的测控数据，交予系统控制模块指定的任务处理单元对测控数据进行处理，并将处理后的结果返回给系统内部控制模块。
所述的一种车载加固式测控加解密机：还包括显示接口模块，用于用户名及密码的验证界面显示、高集成主控模块中运行的软件界面显示。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明通过对硬件系统的各个部件进行加固使得测控加解密机能够适应应用环境更加恶劣的车载系统，提供了更强的环境适应能力，提高了车载加解密机的稳定性和安全性；
(2)本发明采用的多模块化设计和多线程并行处理功能有效保障了测控任务的实时处理要求，充分利用CPU的处理能力，独立的任务处理单元模块为任务的独立加载和卸载提供了保障；
(3)本发明通过硬件USBKEY身份鉴别解决了车载测控加解密设备使用人员复杂的问题，保障了车载测控加解密设备的使用安全。
(4)本发明通过软件界面对外设端口进行禁用、开放或只读设置，解决了现有技术中缺乏对外设端口统一安全管理的问题，提高了车载加固式测控加解密机的安全性。
附图说明
图1为本发明车载加固式测控加解密机的系统图；
图2为本发明的高集成主控模块的结构图；
图3为本发明的车载加固式测控加解密机原理流程图。
具体实施方法
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本发明提出一种车载加固式测控加解密机，通过对硬件系统的各个部件进行加固，采用硬件USBKEY对用户的身份进行合法性鉴别，对软件系统采用模块化，面向任务处理的各个模块工作独立，对加解密机的硬件接口进行统一权限管理等方式，解决了现有车载测控加解密设备无法适应使用人员更加复杂、应用环境更加恶劣的车载系统，提高了车载加解密机的稳定性和安全性，具有较好的推广价值。
一种车载加固式测控加解密机，如图1所示，包括高集成主控模块、安全控制模块、存储模块、显示接口模块、电源模块、网络接口控制模块、状态报警模块、机箱和对外接口，其中：
高集成主控模块，主要由CPU核心电路组成，对通过网络接收到的测控数据进行加解密处理，CPU模块具备0-255秒预设定时的硬件看门狗功能，采用被动式散热，内存进行防氧化处理。主控板全部选用宽温级材料。电容全部选用可以降低纹波和EMC等问题的固态电容，用于提升整个主控板的品质。
安全控制模块负责硬件USBKEY身份鉴别，保障车载加固式测控加解密机的使用安全性，开机后由用户插入相应的USBKEY，并输入用户名及密码用于用户身份鉴别，全部验证通过后进入车载测控加解密机，否则在显示接口模块输出验证不通过信息，并记录当前的验证不通过次数，当连续5次验证不通过时，则禁用当前的USBKEY，并将该信息通过网络接口控制模块上报至中心网络。
存储模块由M-SATA 120G SSD系统盘和4块1T HDD存储硬盘组成，其中2块存储硬盘支持热插拔。存储模块用于数据存储，存储内容包括接收和处理后的测控数据、配置文件信息数据和安全管理数据等。
显示接口模块用于加解密机的系统显示以及测控加解密机软件界面显示。
电源模块采用特制的AC 90～260V交流电源输入，输出+12V/+5V和3.3V电压，采用宽温级材料和固态电容。
网络接口控制模块负责自适应千兆电口网络连接和万兆光口网络连接，将接收到的数据送入高集成主控模块，由运行在高集成主控模块中的软件对数据进行分类处理。
状态报警模块用于加解密机的故障报警，分为硬件报警和软件报警两种，硬件报警对硬件状态进行蜂鸣报警，如开机蜂鸣报警，软件报警则接收软件系统发送来的报警指令，对相应的软硬件状态进行蜂鸣报警。
机箱采用304不锈钢和铝镁合金制成标准可上架的2U加固机箱，满足GC/T 17626、GB/T 17625、GJB151A和GJB152A等相关要求，表面采用喷涂高温烘烤的表面处理，可有效防止机壳的氧化等。
对外接口部分全部加装ESD保护器件和三地隔离，以保证主控板的ESD性能。所有接口采用军用航插，用于保证车载应用的稳定性。
高集成主控模块，如图2所示，采用多模块化方案，包含网络通信模块、主备监视模块、硬件接口模块、配置信息管理模块、系统内部控制模块、安全管理模块和任务处理单元模块。
网络通信模块是加解密机与中心网络进行数据交换的唯一接口，为配置信息管理模块、系统内部控制模块提供输入，主动在相关网址和端口监听并收集网络中的相关数据(如测控数据)，将处理后的数据发送至指定网址和端口。
主备监视模块通过接收来自硬件接口模块传来的本机主备信息及来自系统内部控制模块的网络中的主备相关信息，对本机当前的主备状态进行检测，决定本机对测控数据的处理策略。若本机为主机，则接收测控数据后进行加解密处理，并向外发送处理后的数据；若本机为备机，则只接收和处理测控数据，不向外发送处理后的数据。判断当前网络中是否有且只有一台主机，若不是，则将本机置位主机，并按照主机的处理逻辑处理接收到的测控数据，同时将本机的主备状态信息发送至系统内部控制模块。
硬件接口模块的输出作为系统内部控制模块、主备监视模块和安全管理模块的输入，将本机的硬件接口信息上报至系统内部控制模块作进一步处理，并接受来自系统内部控制模块的控制命令，如蜂鸣报警指令；将本机的主备状态信息上报至主备监视模块作进一步处理，并接受来自主备监视模块的主备控制信息；将本机的接口权限信息(禁用、开放或只读设置)上报至安全管理模块，并接收来自安全管理模块的对接口权限的设置。
配置信息管理模块实现对在本机硬件系统存储模块里的本机配置文件进行管理的功能，在高集成主控模块启动时，读取存储的配置文件信息对高集成主控模块进行配置，同时也可以接收远程配置命令，将配置信息同步到配置文件中，并在下一次启动高集成主控模块时应用上述配置。
系统内部控制模块以网络通信模块的输出为输入，接收来自中心网络发送来的测控数据，并将该数据发送至相应的任务处理单元接受进一步处理，同时接收任务处理单元处理后的测控数据及相关处理报告，并将上述信息转发至网络通信模块。除此之外，系统内部控制模块对硬件接口模块上报的硬件状态信息进行处理，并将处理结果直接发送至硬件接口模块，如蜂鸣报警指令，对主备监视模块上报的本机主备状态信息转发至网络通信模块，以便网络中的其他加解密设备对本机的主备状态进行判断和设置。
安全管理模块对USB端口、光驱、串口、本地连接等外设端口进行禁用、开放或只读设置。安全管理模块在对外设端口权限进行设置前，需由用户输入正确的用户名和密码后才可执行，该权限用户与开机权限用户独立授权。
任务处理单元模块为不同的任务提供独立的测控数据加解密服务，接收来自系统内部控制模块的测控数据，交予系统控制模块指定的任务处理单元对测控数据进行处理，并将处理后的结果返回给系统内部控制模块。该模块的加载、卸载操作，不影响系统内其它任务的运行，相互之间不受干扰。
本发明的工作流程如图3所示包括如下步骤：
(1)开机启动后插入USBKEY进行身份鉴别，不通过则退出(包括被禁用的USBKEY)，通过后输入用户名及密码进行身份口令鉴别，通过则启动高集成主控模块，不通过则记录当前错误尝试次数，如果达到错误尝试次数上限，则禁用当前使用的USBKEY，并将该信息上报至中心网络，如果没有达到错误尝试次数上限，则允许用户继续输入用户名及密码，错误尝试次数上限设置为5；
(2)对网络通信模块接收到的数据进行分类处理；
(3)测控数据送任务处理单元作进一步处理；
(4)配置数据送配置信息管理模块作进一步处理；
(5)主备状态数据送主备监视模块作进一步处理；
(6)安全管理数据送安全管理模块作进一步处理；
(7)硬件接口数据送系统内部控制模块作进一步处理；
(8)关机指令，结束，否则重复过程(2)～(7)。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (6)

1.一种车载加固式测控加解密机，其特征在于，包括高集成主控模块、安全控制模块、存储模块、网络接口控制模块、状态报警模块；
高集成主控模块对通过网络接收到的测控数据进行加解密处理；
安全控制模块对硬件USBKEY进行身份鉴别，检测插入的USBKEY，并验证用户名及密码：若验证通过，则启动车载测控；若验证不通过，在显示接口模块输出验证不通过信息，并记录当前的验证不通过次数，设置不通过次数阈值a，当连续验证不通过次数超过a时，则禁用当前的USBKEY，并将该信息通过网络接口控制模块输出；
存储模块用于数据存储，存储内容包括接收和处理后的测控数据、配置文件信息和安全管理数据；
网络接口控制模块提供千兆电口网络连接或万兆光口网络连接，将接收到的数据送入高集成主控模块；
状态报警模块用于故障报警，包括硬件报警和软件报警，硬件报警对硬件状态进行蜂鸣报警，软件报警则接收高集成主控模块发送来的报警指令，对相应的软件状态进行蜂鸣报警；
高集成主控模块包含网络通信模块、主备监视模块、硬件接口模块、配置信息管理模块、系统内部控制模块、安全管理模块和任务处理单元模块；
网络通信模块为配置信息管理模块、系统内部控制模块提供输入，主动在相关网址和端口监听并收集网络中的相关数据，将处理后的数据发送至指定网址和端口；
主备监视模块通过接收硬件接口模块发送的本机主备信息及系统内部控制模块发送的网络中的主备相关信息，对本机当前的主备状态进行检测，决定本机对测控数据的处理方式：若本机为主机，则接收测控数据后进行加解密处理，并向外发送处理后的数据；若本机为备机，则只接收和处理测控数据，不向外发送处理后的数据；判断当前网络中是否有且只有一台主机，若不是，则将本机置位为主机，并按照主机的处理逻辑处理接收到的测控数据，同时将本机的主备状态信息发送至系统内部控制模块；
硬件接口模块将本机的硬件接口信息上报至系统内部控制模块，并接受来自系统内部控制模块的控制命令；将本机的主备状态信息上报至主备监视模块，并接受来自主备监视模块的主备控制信息；将本机的接口权限信息上报至安全管理模块，并接收来自安全管理模块的对接口权限的设置；
配置信息管理模块在高集成主控模块启动时，读取存储模块中存储的配置文件信息对高集成主控模块进行配置，同时接收远程配置命令，将配置信息同步到配置文件中，并在下一次启动高集成主控模块时应用上述配置；
系统内部控制模块接收网络通信模块发送来的测控数据，并将测控数据发送至相应的任务处理单元，同时接收任务处理单元处理后的测控数据及相关处理报告，并将处理后的测控数据及相关处理报告转发至网络通信模块；系统内部控制模块对硬件接口模块上报的硬件状态信息进行处理，并将处理结果直接发送至硬件接口模块，对主备监视模块上报的本机主备状态信息转发至网络通信模块，以便网络中的其他加解密机对本机的主备状态进行判断和设置；
当接收到正确的用户名和密码时，安全管理模块对外设端口进行禁用、开放或只读设置；
任务处理单元模块包括若干任务处理单元，为不同的任务提供独立的测控数据加解密服务，接收来自系统内部控制模块的测控数据，交予系统控制模块指定的任务处理单元对测控数据进行处理，并将处理后的结果返回给系统内部控制模块。
2.根据权利要求1所述的一种车载加固式测控加解密机，其特征在于，还包括电源模块，电源模块采用AC 90～260V交流电源输入，输出+12V/+5V和3.3V电压，采用宽温级材料和固态电容。
3.根据权利要求1或2所述的一种车载加固式测控加解密机，其特征在于，还包括机箱，机箱上设置对外接口，高集成主控模块、安全控制模块、存储模块、显示接口模块、网络接口控制模块、状态报警模块安装在机箱内，机箱采用304不锈钢和铝镁合金制成的2U加固机箱，表面采用喷涂高温烘烤的表面处理。
4.根据权利要求3所述的一种车载加固式测控加解密机，其特征在于，对外接口全部加装ESD保护器件和三地隔离，所有接口采用军用航插。
5.根据权利要求4所述的一种车载加固式测控加解密机，其特征在于，存储模块包括M-SATA 120G SSD系统盘和4块1T HDD存储硬盘，其中2块存储硬盘支持热插拔。
6.根据权利要求5所述的一种车载加固式测控加解密机，其特征在于：还包括显示接口模块，用于用户名及密码的验证界面显示和高集成主控模块中运行的软件界面显示。
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