CN110422343B - 一种卫星上姿轨控计算机的在轨维护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种卫星上姿轨控计算机的在轨维护方法，特别涉及一种卫星上两级封门的多机备份姿轨控计算机(AOCC)的在轨维护方法，适用于具有多个同构或异构单机的AOCC实施故障单机的在轨维护，属于卫星的控制技术领域。针对多机备份的AOCC，在传统异构单机的在轨维护基础上，首次提出了两级封门的在轨维护方法，实现了在不影响卫星在轨飞行任务的前提下，对故障单机进行在轨维护。
Description
技术领域
本发明涉及一种卫星上姿轨控计算机的在轨维护方法，特别涉及一种卫星上两级封门的多机备份姿轨控计算机(AOCC)的在轨维护方法，适用于具有多个同构或异构单机的AOCC实施故障单机的在轨维护，属于卫星的控制技术领域。
背景技术
卫星姿轨控分系统AOCC一般采用多个同构或异构单机互为备份的方式提高可靠性，当某单机出现硬件或软件异常时，自主切换至备份的某一机工作，确保不影响卫星姿态控制。在后续问题分析定位或故障处置时，重新加电故障单机，在双机均加电且当班机正常工作时，对故障单机实施软件在轨维护。软件在轨维护过程为：通过地面注入程序至卫星数据管理分系统，数据管理分系统将注入的程序通过总线接口发送至AOCC，由AOCC软件接收并执行新注入程序数据。
传统AOCC内部的各个单机一般采用异构方式实现上述在轨维护功能。如一般采用A机+B机+EC机三个单机的AOCC，A机与B机同构，功能和接口相同，实现正常姿态和轨道控制功能；EC机与A/B机异构，功能接口均不同，仅实现卫星姿态安全功能。在A机或B机发生异常时，只能采用异构的EC机工作，将故障A机或B机加电，利用EC机与A/B机不同的通讯接口，注入程序修改数据指令至故障单机。该方法受限于AOCC的单机异构设计，不能实现B机工作时对A机进行在轨维护，且异构EC机仅实现姿态安全功能，不能代替A/B机实现姿态轨道控制，导致EC硬件资源浪费，AOCC整机可靠度有待提高。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种卫星上姿轨控计算机的在轨维护方法，姿轨控计算机中采用双机或多机同构方式的体系结构，各个单机功能、接口均相同，即姿轨控计算机中含有两个以上的单机，且各个单机相同，在AOCC任一单机故障后，设计了一种在当班机正常工作时对故障单机实施在轨维护的方法，避免AOCC单机故障时无法通过在轨维护修复。
本发明的技术解决方案是：
一种卫星上姿轨控计算机的在轨维护方法，当地面监测到卫星上姿轨控计算机中的单机之间有切换动作时，需要对断电故障单机进行在轨维护；
卫星的姿轨控分系统中包括姿轨控计算机、敏感器和执行结构。
卫星上姿轨控计算机采用多机(不少于两机)备份设计，即卫星上姿轨控计算机有N个单机，N大于等于2；每个单机上均安装有姿态轨道控制软件，任一单机均可独立完成卫星的姿态与轨道控制任务，每个单机均有两个通讯接口，两个通讯接口分别为第一通讯接口和第二通讯接口，且第一通讯接口和第二通讯接口均能通过姿态轨道控制软件进行禁止或使能；每个单机通过1553B总线或CAN总线与卫星上的数据管理分系统连接，用于实现遥测下传和指令注入，1553B总线或CAN总线的一端与每个单机的第一通讯接口连接，1553B总线或CAN总线的另一端与卫星上的数据管理分系统连接；
姿轨控计算机中的每个单机通过1553B总线或RS422总线与姿轨控分系统中的敏感器和执行机构进行通讯，用于实现卫星的姿态与轨道控制任务；1553B总线或RS422总线的一端与姿轨控计算机中的每个单机的第二通讯接口连接，1553B总线或RS422总线的另一端与敏感器或执行机构连接；
第一通讯接口通过姿态轨道控制软件进行禁止或使能的含义为：当第一通讯接口通过姿态轨道控制软件禁止时是指每个单机上的数据不再发送给卫星上的数据管理分系统，即遥测下传通道禁止，数据管理分系统的指令仍然能注入给每个单机，即指令注入功能仍然存在；当第一通讯接口通过姿态轨道控制软件使能时是指每个单机上的数据能够发送给卫星上的数据管理分系统，数据管理分系统的指令能够注入给每个单机，即能够实现遥测下传和指令注入；
第二通讯接口通过姿态轨道控制软件进行禁止或使能的含义为：当第二通讯接口通过姿态轨道控制软件禁止时是指每个单机上不再与姿轨控分系统中的敏感器或执行机构进行通讯；当第二通讯接口通过姿态轨道控制软件使能时是指每个单机能够与姿轨控分系统中的敏感器和执行机构进行通讯；
每个单机上安装的姿态轨道控制软件中包含程序修改数据接收模块和第一通讯接口禁止或使能模块，数据块格式中包括AOCC单机字段，程序修改数据接收模块用于接收地面注入给每个单机的程序修改数据指令，并根据接收到的程序修改数据指令完成程序数据的修改，即完成在轨维护；第一通讯接口禁止或使能模块用于接收地面注入给每个单机的控制指令，并根据接收到的控制指令完成第一通讯接口的禁止或使能。
卫星上姿轨控计算机上的N个单机上分别标识有第一单机、第二单机、…、第N单机，并使用标识将N个单机分别命名为第一单机、第二单机、…、第N单机，第一单机、第二单机、…、第N单机的优先级依次升高，并定义第一单机为异常单机，第二单机为当班单机；该方法的步骤包括：
(1)地面发送加电指令给第一单机，第一单机加电工作，姿轨控计算机上的上第一单机和第二单机均处于加电状态，即AOCC双机加电运行；
(2)每个控制周期中，第一单机上的姿态轨道控制软件获取N个单机的加电状态和本机标识，得到本机在加电单机中的优先级；
每个控制周期中，第二单机上的姿态轨道控制软件获取N个单机的加电状态和本机标识，得到本机在加电单机中的优先级；
(3)根据步骤(2)中第一单机的优先级结果且地面没有给第一单机的第一通讯接口注入控制指令，第一单机上的姿态轨道控制软件对第一单机的第一通讯接口进行禁止；
根据步骤(2)中第一单机的优先级结果，第一单机上的姿态轨道控制软件对第一单机的第二通讯接口进行禁止；
根据步骤(2)中第二单机的优先级结果且地面没有给第二单机的第一通讯接口注入控制指令，第二单机上的姿态轨道控制软件对第二单机的第一通讯接口进行使能；
根据步骤(2)中第二单机的优先级结果，第二单机上的姿态轨道控制软件对第二单机的第二通讯接口进行使能；
(4)地面给第一单机注入程序修改数据指令，第一单机上的姿态轨道控制软件根据接收到的程序修改数据指令完成程序数据的修改；
(5)地面给第二单机注入控制指令，使第二单机的第一通讯接口禁止，第二单机的遥测下传通道禁止；
(6)地面给第一单机注入控制指令，使第一单机的第一通讯接口使能，第一单机的遥测下传通道使能；
(7)第一单机的遥测下传数据通过卫星上的数据管理分系统传输至地面，地面根据接收到的第一单机的遥测下传数据确认是否与地面注入的程序修改数据指令内容一致，若一致则进入步骤(8)，若不一致进入步骤(4)；
(8)地面给第一单机注入控制指令，使第一单机的第一通讯接口禁止，第一单机的遥测下传通道禁止；
(9)地面给第二单机注入控制指令，使第二单机的第一通讯接口使能，第二单机的遥测下传通道使能；
(10)地面发送断电指令给第一单机和第二单机，再发送加电指令给第一单机。
本发明与现有技术相比有益效果为：
(1)利用该方法，AOCC内部单机可取消异构设计，采用双机或多机同构的体系结构，任一单机工作均能实现姿态轨道控制功能，AOCC充分利用了硬件资源，提高了整机可靠度。
(2)相比仅适用于内部单机异构AOCC的传统在轨维护方法，该方法可适用于内部单机同构或异构设计AOCC，可扩展性好。
(3)该方法通过软件使能/禁止AOCC第一通讯接口和第二通讯接口，实现了在不影响卫星姿态轨道控制功能前提下对故障单机进行在轨维护，实现代价小、操作灵活。
(4)本发明设计了一种卫星上姿轨控计算机在轨维护方法，实现AOCC同构单机实施在轨维护，即将同构双机同时加电、高优先级单机正常工作后对故障单机实施在轨维护。利用该方法，AOCC可去掉异构单机，采用双机或多机同构的体系结构，任一单机工作均能实现姿态轨道控制功能，充分利用了硬件资源，提高了整机可靠度。
具体实施方式
一种两级封门的多机备份AOCC的在轨维护方法，为保证可靠性，卫星姿轨控分系统AOCC采用多机(不少于两机)备份设计，任一机均可独立完成姿态与轨道控制任务。在通讯接口方面，AOCC一般采用两级总线，一级总线为外部总线，指的是AOCC与整星数据管理分系统的总线接口(1553B总线或CAN总线)，用于实现遥测下传和指令注入，二级总线为内部总线，指的是AOCC与姿轨控分系统内部其它敏感器、执行结构单机之间的总线接口(1553B或RS422)。为实现当班机正常工作时对故障单机实施在轨维护，相应地设计两级封门策略，第一级封门为外部总线接口封门，第二级封门为内部总线接口封门，在封门信号使能时，相应的接口信号被封锁，AOCC硬件不再发送信号或采集信号。AOCC硬件对于二级封门设计有软件可使能或禁止的硬件接口，其中第一级封门接口只对总线发送接口进行使能或禁止。
在轨AOCC某单机异常后，备份单机加电工作并作为当班机完成姿轨控任务，采用该方法实施在轨维护的步骤如下：
(1)地面发送遥控指令将待实施在轨维护的单机(以下称非当班机)加电工作，AOCC双机加电运行。
(2)AOCC两个单机的软件在每个控制周期运行过程中，通过硬件接口分别读取各自宿主机的本机状态和其它单机的加电状态，根据读取的加电状态和地面设定优先级顺序，获得宿主机的当班状态，高优先级的单机为当班机，低优先级单机为非当班机。
(3)两个加电单机的AOCC软件每个控制周期根据当班状态设置二级封门使能状态。
对于第一级封门，软件设计第一级封门使能标志，例Fir_Gate_Enable，初值为“自主控制”，则：
若(Fir_Gate_Enable＝“自主控制”)，软件将高优先级单机第一级封门设置为使能状态，低优先级单机第一级封门设置为禁止状态；
否则，根据地面注入的Fir_Gate_Enable取值，使能或禁止单机第一级封门状态。
对于第二级封门，两单机软件自主将高优先级加电单机设置为使能状态，低优先级单机设置为禁止状态。
(4)航天器处于可测控弧段内时，地面注入数据块至AOCC故障单机实施在轨维护。AOCC软件设计在轨维护数据块，包括：程序修改数据块、第一级封门使能标志数据块，数据块格式中包括AOCC单机字段，需要指定数据块的接收单机。
地面监视当班机遥测，注入非当班机的程序修改数据块。
地面注入第一级封门使能标志数据块，使当班机第一级封门禁止、非当班机第一级封门使能，此时当班机软件处于正常工作模式，不影响整星任务，但外部总线发送接口禁止，非当班机外部总线发送接口使能，下行通道正常，可发送遥测数据和内存读出。
监视非当班机的下行遥测，地面注入内存读出数据块读出非当班机内存数据，确认在轨维护程序修改成功。
航天器出测控弧段前，地面注入第一级封门使能标志数据块，使当班机第一级封门使能、非当班机第一级封门禁止。此时非当班机外总线接口禁止、当班机外总线接口使能，当班机外总线正常工作，下行通道正常。
航天器再次入境后，发送指令将双机均断电，然后发送指令将在轨维护成功的单机加电，单机在轨维护结束，恢复正常。
实施例
一种卫星上姿轨控计算机的在轨维护方法，卫星的姿轨控分系统中包括姿轨控计算机、敏感器和执行结构；
卫星上姿轨控计算机采用2个单机，每个单机上均安装有姿态轨道控制软件，任一单机均可独立完成卫星的姿态与轨道控制任务，每个单机均有两个通讯接口，两个通讯接口分别为第一通讯接口和第二通讯接口，且第一通讯接口和第二通讯接口均能通过姿态轨道控制软件进行禁止或使能；每个单机通过1553B总线与卫星上的数据管理分系统连接，用于实现遥测下传和指令注入，1553B总线的一端与每个单机的第一通讯接口连接，1553B总线的另一端与卫星上的数据管理分系统连接；
姿轨控计算机中的每个单机通过1553B总线与姿轨控分系统中的敏感器和执行机构进行通讯，用于实现卫星的姿态与轨道控制任务；1553B总线的一端与姿轨控计算机中的每个单机的第二通讯接口连接，1553B总线的另一端与敏感器或执行机构连接；
每个单机上安装的姿态轨道控制软件中包含程序修改数据接收模块和第一通讯接口禁止或使能模块，数据块格式中包括AOCC单机字段，程序修改数据接收模块用于接收地面注入给每个单机的程序修改数据指令，并根据接收到的程序修改数据指令完成程序数据的修改，即完成在轨维护；第一通讯接口禁止或使能模块用于接收地面注入给每个单机的控制指令，并根据接收到的控制指令完成第一通讯接口的禁止或使能；
卫星上姿轨控计算机上的2个单机上分别标识有第一单机和第二单机，并使用标识将2个单机分别命名为第一单机和第二单机，第一单机的优先级低于第二单机，定义第一单机为异常单机，第二单机为当班单机；
该方法的步骤包括：
(1)地面发送加电指令给第一单机，第一单机加电工作，姿轨控计算机上的上第一单机和第二单机均处于加电状态，即AOCC双机加电运行；
(2)每个125ms的控制周期中，第一单机上的姿态轨道控制软件获取2个单机的加电状态和本机标识，得到本机在加电单机中的优先级，优先级结果为第一单机为低优先级；
每个125ms的控制周期中，第二单机上的姿态轨道控制软件获取2个单机的加电状态和本机标识，得到本机在加电单机中的优先级，优先级结果为第二单机为高优先级；
(3)根据步骤(2)中第一单机的优先级结果且地面没有给第一单机的第一通讯接口注入控制指令，第一单机上的姿态轨道控制软件对第一单机的第一通讯接口进行禁止；
根据步骤(2)中第一单机的优先级结果，第一单机上的姿态轨道控制软件对第一单机的第二通讯接口进行禁止；
根据步骤(2)中第二单机的优先级结果且地面没有给第二单机的第一通讯接口注入控制指令，第二单机上的姿态轨道控制软件对第二单机的第一通讯接口进行使能；
根据步骤(2)中第二单机的优先级结果，第二单机上的姿态轨道控制软件对第二单机的第二通讯接口进行使能；
(4)地面给第一单机注入程序修改数据指令，第一单机上的姿态轨道控制软件根据接收到的程序修改数据指令完成程序数据的修改；
(5)地面给第二单机注入控制指令，使第二单机的第一通讯接口禁止，第二单机的遥测下传通道禁止；
(6)地面给第一单机注入控制指令，使第一单机的第一通讯接口使能，第一单机的遥测下传通道使能；
(7)第一单机的遥测下传数据通过卫星上的数据管理分系统传输至地面，地面根据接收到的第一单机的遥测下传数据与地面注入的程序修改数据指令内容一致；
(8)地面给第一单机注入控制指令，使第一单机的第一通讯接口禁止，第一单机的遥测下传通道禁止；
(9)地面给第二单机注入控制指令，使第二单机的第一通讯接口使能，第二单机的遥测下传通道使能；
(10)地面发送断电指令给第一单机和第二单机，再发送加电指令给第一单机。
该方法已在高分辨率对地观测卫星AOCC上成功应用，当AOCC第一单机在轨发生异常，切换至第二单机后，利用该方法实现了对第一单机的在轨维护，并重新加电实现姿态轨道控制功能，达到了预期效果。
Claims (10)
1.一种卫星上姿轨控计算机的在轨维护方法，其特征在于：卫星上姿轨控计算机有N个单机，每个单机均有两个通讯接口，两个通讯接口分别为第一通讯接口和第二通讯接口，每个单机通过第一通讯接口与卫星上的数据管理分系统连接；
各个单机功能和接口均相同；
N大于等于2；
姿轨控计算机中的每个单机通过第二通讯接口与姿轨控分系统中的敏感器和执行机构进行通讯；
卫星上姿轨控计算机上的N个单机上分别标识有第一单机、第二单机、…、第N单机，并使用标识将N个单机分别命名为第一单机、第二单机、…、第N单机，第一单机、第二单机、…、第N单机的优先级依次升高，并定义第一单机为异常单机，第二单机为当班单机；该方法的步骤包括：
(1)地面发送加电指令给第一单机，第一单机加电工作，姿轨控计算机上的上第一单机和第二单机均处于加电状态；
(2)每个控制周期中，第一单机上的姿态轨道控制软件获取N个单机的加电状态和本机标识，得到本机在加电单机中的优先级；
每个控制周期中，第二单机上的姿态轨道控制软件获取N个单机的加电状态和本机标识，得到本机在加电单机中的优先级；
(3)根据步骤(2)中第一单机的优先级结果且地面没有给第一单机的第一通讯接口注入控制指令，第一单机上的姿态轨道控制软件对第一单机的第一通讯接口进行禁止；
根据步骤(2)中第一单机的优先级结果，第一单机上的姿态轨道控制软件对第一单机的第二通讯接口进行禁止；
根据步骤(2)中第二单机的优先级结果且地面没有给第二单机的第一通讯接口注入控制指令，第二单机上的姿态轨道控制软件对第二单机的第一通讯接口进行使能；
根据步骤(2)中第二单机的优先级结果，第二单机上的姿态轨道控制软件对第二单机的第二通讯接口进行使能；
(4)地面给第一单机注入程序修改数据指令，第一单机上的姿态轨道控制软件根据接收到的程序修改数据指令完成程序数据的修改；
(5)地面给第二单机注入控制指令，使第二单机的第一通讯接口禁止，第二单机的遥测下传通道禁止；
(6)地面给第一单机注入控制指令，使第一单机的第一通讯接口使能，第一单机的遥测下传通道使能；
(7)第一单机的遥测下传数据通过卫星上的数据管理分系统传输至地面，地面根据接收到的第一单机的遥测下传数据确认是否与地面注入的程序修改数据指令内容一致，若一致则进入步骤(8)，若不一致进入步骤(4)；
(8)地面给第一单机注入控制指令，使第一单机的第一通讯接口禁止，第一单机的遥测下传通道禁止；
(9)地面给第二单机注入控制指令，使第二单机的第一通讯接口使能，第二单机的遥测下传通道使能；
(10)地面发送断电指令给第一单机和第二单机，再发送加电指令给第一单机。
2.根据权利要求1所述的一种卫星上姿轨控计算机的在轨维护方法，其特征在于：卫星的姿轨控分系统中包括姿轨控计算机、敏感器和执行结构。
3.根据权利要求1所述的一种卫星上姿轨控计算机的在轨维护方法，其特征在于：每个单机上均安装有姿态轨道控制软件，任一单机均能够独立完成卫星的姿态与轨道控制任务。
4.根据权利要求1所述的一种卫星上姿轨控计算机的在轨维护方法，其特征在于：每个单机通过1553B总线或CAN总线与卫星上的数据管理分系统连接，用于实现遥测下传和指令注入，1553B总线或CAN总线的一端与每个单机的第一通讯接口连接，1553B总线或CAN总线的另一端与卫星上的数据管理分系统连接。
5.根据权利要求1所述的一种卫星上姿轨控计算机的在轨维护方法，其特征在于：姿轨控计算机中的每个单机通过1553B总线或RS422总线与姿轨控分系统中的敏感器和执行机构进行通讯，用于实现卫星的姿态与轨道控制任务；1553B总线或RS422总线的一端与姿轨控计算机中的每个单机的第二通讯接口连接，1553B总线或RS422总线的另一端与敏感器或执行机构连接。
6.根据权利要求1所述的一种卫星上姿轨控计算机的在轨维护方法，其特征在于：第一通讯接口和第二通讯接口均能通过姿态轨道控制软件进行禁止或使能。
7.根据权利要求6所述的一种卫星上姿轨控计算机的在轨维护方法，其特征在于：第一通讯接口通过姿态轨道控制软件进行禁止或使能的含义为：当第一通讯接口通过姿态轨道控制软件禁止时是指每个单机上的数据不再发送给卫星上的数据管理分系统，即遥测下传通道禁止，数据管理分系统的指令仍然能注入给每个单机，即指令注入功能仍然存在；当第一通讯接口通过姿态轨道控制软件使能时是指每个单机上的数据能够发送给卫星上的数据管理分系统，数据管理分系统的指令能够注入给每个单机，即能够实现遥测下传和指令注入。
8.根据权利要求6所述的一种卫星上姿轨控计算机的在轨维护方法，其特征在于：第二通讯接口通过姿态轨道控制软件进行禁止或使能的含义为：当第二通讯接口通过姿态轨道控制软件禁止时是指每个单机上不再与姿轨控分系统中的敏感器或执行机构进行通讯；当第二通讯接口通过姿态轨道控制软件使能时是指每个单机能够与姿轨控分系统中的敏感器和执行机构进行通讯。
9.根据权利要求1所述的一种卫星上姿轨控计算机的在轨维护方法，其特征在于：每个单机上安装的姿态轨道控制软件中包含程序修改数据接收模块和第一通讯接口禁止或使能模块，程序修改数据的数据块格式中包括AOCC单机字段。
10.根据权利要求9所述的一种卫星上姿轨控计算机的在轨维护方法，其特征在于：程序修改数据接收模块用于接收地面注入给每个单机的程序修改数据指令，并根据接收到的程序修改数据指令完成程序数据的修改，即完成在轨维护；第一通讯接口禁止或使能模块用于接收地面注入给每个单机的控制指令，并根据接收到的控制指令完成第一通讯接口的禁止或使能。
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