CN110324325A - 一种基于配置文件的卫星地面系统通信协议实现方法 - Google Patents

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韩俊锋
井峰
刘鹏
曹钰
李治国
李哲
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Abstract

本发明提出一种基于配置文件的卫星地面系统通信协议实现方法，充分考虑了通信协议将来的变动的可能和将通信协议与卫星地面系统完全解耦的需求，有利于通信协议未来的改动和扩展。该方法采用JSON格式对通信协议进行编码并存储为作为地面管控设备通信协议的配置文件；地面管控软件在C++架构下定义JSON格式文件各字段的解析方法，建立与通信协议具体内容的联系；地面管控软件通过读取、解析所述JSON格式文件，自动将通信协议转换成计算机可识别的二进制码流进行编码发送与接收解析，完成数据传输或界面显示；当通信协议发生改变时，通过更改JSON格式文件对应字段的设定信息，实现通信协议的更新。

Description

一种基于配置文件的卫星地面系统通信协议实现方法
技术领域
本发明涉及一种卫星地面系统通信协议实现方法。
背景技术
航天技术是探索、开发和利用宇宙空间的技术。它是一门高度综合性的科学技术，涉及各类航天飞行器的设计、制造、发射和应用。人造卫星——作为航天设备最重要的组成部分之一，一直以来是我国乃至整个世界发展航天技术的重点。一般来讲，人造卫星是一个搭载多个模块，且多模块需要相互配合的十分复杂的系统。各模块必须有条不紊配合才能使整星正常工作。
卫星地面系统是卫星通信系统中的陆地通信部分，卫星地面系统是对整个航天器提供控制和数据支持的系统。整个系统包括通信设备、存储设备、计算机和运行在计算机上的地面管控软件。一般情况下，卫星地面系统按照一定的时序关系与卫星各载荷之间通过规定格式的数据进行通信。这里规定格式的数据的依据就是通信协议。通信协议是指模块之间完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。协议定义了数据单元使用的格式，信息单元应该包含的信息与含义，连接方式，信息发送和接收的时序，从而确保数据顺利地传送到确定的地方。
现有技术通常将通信协议以结构体的形式直接定义在地面管控软件中，通信协议中每个字段与该结构体中每一个成员变量强相关。于是通信协议的解析与组装就变成了对该结构体的解析与组装，除此之外人机交互部分也是直接操作该结构体，造成了通信协议与具体实现地面管控软件的代码耦合度太高。
现有技术中，偶尔会出现将通信协议定义在某种数据库中。数据库是十分强大的技术手段，但是数据库的存储和读写都相对复杂，表现在需要安装特定的数据库管理软件，不能随意打开编辑，编码繁琐等，对于卫星地面系统和时常需要改动的通信协议来说，不是一种好的选择。
现有技术中，对于不同型号的卫星，地面系统总是从头开发。其实不同型号的卫星对应的地面系统要实现的功能大同小异，有的甚至只有与卫星各载荷的通信协议不同。所以通信协议与地面管控软件耦合度太高，造成已有地面系统在新型号卫星系统上很难直接移植。
JSON(JavaScript Object Notation)是一种轻量级的数据交换格式。它基于ECMAScript(欧洲计算机协会制定的JS规范)的一个子集，采用完全独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据。简洁和清晰的层次结构使得JSON成为理想的数据交换语言。易于人阅读和编写，同时也易于机器解析和生成。JSON格式可简单总结为：对象表示为键值对；数据由逗号分隔；花括号保存对象；方括号保存数组。
发明内容
本发明提出一种基于配置文件的卫星地面系统通信协议实现方法，充分考虑了通信协议将来的变动的可能和将通信协议与卫星地面系统完全解耦的需求，有利于通信协议未来的改动和扩展。
本发明的解决思路如下：
在卫星研制过程中，通信协议是最容易改动的部分。对于卫星地面系统而言，如果和卫星各载荷之间的通信协议内容与卫星地面系统耦合度很高的话，通信协议的改变通常会导致卫星地面系统其他相关模块的改变。于是降低地面系统与卫星各载荷之间通信协议本身与各模块之间的耦合度，可以极大提升研制效率。
本发明将通信协议内容与地面管控软件剥离，将其定义到JSON格式文件中。地面管控软件通过读取和解析该JSON格式文件与通信协议具体内容产生联系，从而可以组装要发送的数据和解析收到的数据，并进行人机交互。此时如果通信协议内容更改，只需要相应改动JSON格式文件即可。
本发明的技术方案如下：
该基于配置文件的卫星地面系统通信协议实现方法，包括：
采用JSON格式对通信协议进行编码并存储为作为地面管控设备通信协议的配置文件；
地面管控软件在C++架构下定义JSON格式文件各字段的解析方法，建立与通信协议具体内容的联系；
地面管控软件通过读取、解析所述JSON格式文件，自动将通信协议转换成计算机可识别的二进制码流进行编码发送与接收解析，完成数据传输或界面显示；
当通信协议发生改变时，通过更改JSON格式文件对应字段的设定信息，实现通信协议的更新。
本发明具有以下优点：
1)本发明采用JSON格式文件的形式编码存储通信协议，更有利于将通信协议与卫星地面系统完全解耦。
2)本发明采用读取解析JSON格式文件的形式解析通信协议，更有利于通信协议未来的更改和扩展。
附图说明
图1为本发明基于配置文件的卫星地面系统通信协议实现方法图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细描述。
为了提高卫星研制效率，提高已有卫星地面系统的易移植性，本发明详细设计了基于配置文件的卫星地面系统通信协议实现方法。
首先采用JSON格式对通信协议进行编码并存储为作为地面系统通信协议的配置文件。然后地面管控软件通过对JSON格式文件的读取和解析操作，与通信协议具体内容产生联系。最后根据实际使用需求，进行数据传输或界面显示。具体方法如图1所示。
卫星系统存在多模块之间通信的场景，而在研制阶段，通信协议时常会更改。本发明利用JSON文件自身轻量化、易更改、易扩展的特点，将通信协议的实现从代码中完全抽离，而“编译”成JSON文件规定的格式。使用时在C++架构的地面系统中定义好配置文件各字段的解析方法，通过读取、解析该配置文件可自动将通信协议转换成计算机可识别的二进制码流进行编码发送与接收解析。通信协议发生变更后，只需对应更改配置文件即可，无需更改代码、编译、链接和生成。并且该方法可直接应用到其他航天系统项目中，极大地提高了研发效率。
例如，某型号通信卫星载荷与地面系统部分通信协议内容如下：
表1转台运动参数注入指令协议内容
考虑到未来的改动与扩展性，将该部分通信协议编码为以下JSON格式
上述JSON格式中，含有details字段的对象是有固定选项的字段，如“扫描捕获通信控制字”字段只有四个字段——“精跟踪及通信(默认)”、“预设位置等待”、“扫描”和“捕获及粗跟踪”；含有description字段的对象是处在一定范围内的字段，如"方位角度预设"字段需要满足“浮点型，范围-180-180”。
JSON格式中每个字段的意义(意义相同的只列出一个)和与通信协议内容对应如下：
表2 JSON格式文件与通信协议对应表
如此将通信协议编码存储为JSON格式文件后，当通信协议发生改变时，如需要将序号6——“俯仰角度预设值”字段改为“预留”，该字段类型由“浮点型”变为“短整型”，字节大小变为2，只需更改JSON格式文件对应位置即可，其余不变。如下所示：
同理，需要删除某字段或添加新字段时，也只需如此更改即可。
本发明采用的JSON格式文件充分考虑了存储方式的轻量化和未来通信协议更改和扩展的便捷性。根据使用情况的不同，还可使用XML格式等文件。

Claims (4)

1.一种基于配置文件的卫星地面系统通信协议实现方法，包括：
采用JSON格式对通信协议进行编码并存储为作为地面管控设备通信协议的配置文件；
地面管控软件在C++架构下定义JSON格式文件各字段的解析方法，建立与通信协议具体内容的联系；
地面管控软件通过读取、解析所述JSON格式文件，自动将通信协议转换成计算机可识别的二进制码流进行编码发送与接收解析，完成数据传输或界面显示；
当通信协议发生改变时，通过更改JSON格式文件对应字段的设定信息，实现通信协议的更新。
2.根据权利要求1所述的基于配置文件的卫星地面系统通信协议实现方法，其特征在于：所述与通信协议具体内容产生联系，是建立JSON格式文件与通信协议的对应表。
3.根据权利要求2所述的基于配置文件的卫星地面系统通信协议实现方法，其特征在于：所述通信协议包含的信息有参数名称、内容、起始字节、大小；所述JSON格式文件与通信协议的对应表包含的信息有JSON格式文件中的字段及其含义和通信协议中的参数名称、内容、起始字节、大小。
4.根据权利要求1所述的基于配置文件的卫星地面系统通信协议实现方法，其特征在于：所述JSON格式改用XML格式。
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