CN110661565B - 一种多信源的测控信道调度方法 - Google Patents

一种多信源的测控信道调度方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种多信源的测控信道调度方法，包括如下步骤：1)将数据按规模大小进行分类；2)将测控信道进行分类；3)根据实际情况，对不同类型的测控信道进行自主调度或地面调度。本发明将测控数据和测控信道进行分类，采用自主调度和地面调度相结合的方法，既满足了不同规模数据混传的实时性要求，又保证了测控数据下传的高可靠性要求。

Description

一种多信源的测控信道调度方法
技术领域
本发明涉及一种多信源的测控信道调度管理方法，尤其涉及一种多信源遥测信道调度实时连续的解决方法，属于航天技术嵌入式软件领域。
背景技术
区别于传统的航天器，嫦娥四号巡视器集成了整器绝大部分电子线路，包括遥控遥测线路，火工品线路，温度控制线路，供配电线路等。这使得嫦娥四号巡视器的遥测数据来源多样，既有影响整器安全的关键数据，也有表明整器运行状态的器务数据，还有数据量极大的科学数据，以及中等规模数据，地面操作需参考的堆栈数据、参数数据、内存数据等。有别于传统航天器的测控信道管理，面临难点是：
(1)测控数据来源多样，数据规模差异很大：关键数据规模约为100B，器务数据规模约1KB，科学数据规模约为2-100MB；地面参考的数据规模约为2-100KB；
(2)测控数据的实时性要求更是多样：关键数据实时性要求最高，器务数据实时性要求次之，地面参考的数据与器务数据实时性要求基本等同，而载荷数据实时性要求最低；
(3)不同工作模式下对测控数据种类要求不一：比如安全模式下只需关注关键数据和器务数据，而探测模式下则需关注器务数据和科学数据。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种多信源的测控信道调度方法，保证了不同测控数据来源的实时性要求，满足不同工作模式对数据种类的要求，同时保证了整个系统的高可靠性。
本发明的技术方案是：一种多信源的测控信道调度方法，包括如下步骤：
1)将数据按规模大小进行分类；
2)将测控信道进行分类；
3)根据实际情况，对不同类型的测控信道进行自主调度或地面调度。
所述步骤1)中将数据按规模大小进行分类的具体分类结果为：
较小规模数据，即数据为关键数据，用于下传整器安全状态；
正常规模数据，即数据为器务数据，用于下传正确运行状态；
中等规模数据，即数据为参考数据，用于下传地面关心的整器运行状态细节；
较大规模数据，即数据为科学数据，用于下传地面指定的科学探测结果。
所述步骤2)中将测控信道进行分类的具体分类方法为：
有线信道：传输数据量小、可靠性高，只在两器分离前可用；
慢速信道：传输数据量较大，采用全向天线，常用信道；
快速信道：传输数据量大，采用定向天线或者UHF，只在科学探测或者实时性要求高时使用。
所述步骤3)中，
所述自主调度为：正常情况下，以巡视器作为调度中心，巡视器按照数据量大小进行信道调度；
所述地面调度为：在信道失锁的情况下，由地面指定信道，各器切换到地面指定信道。
所述信道自主调度流程的具体过程如下：
(11)初始时刻，读取当前信道状态，若信道失锁，启动自主生存任务，保存关键遥测数据供测控恢复时地面查询；
(12)查看当前测控信道状态，若此拍信道状态和上一拍信道状态不一致，则切换为上一拍测控信道状态；
(13)当前下行可写入时，写入上一拍打包的遥测数据；
(14)根据当前工作模式，选择对应的下行信道：
(15)记录当前工作模式并存储
(16)预估当前数据量打包时间；
(17)预估当前遥测下行时间，完后延时；
(18)提前时间2T打包数据，保证数据的实时性，完后延时；
(19)提前时间T查询当前信道状态，并转回至步骤(12)；
(20)重复步骤(12)-步骤(19)直至本次任务结束。
所述步骤(14)具体为：
安全模式、分离模式和充电模式下：默认使用慢速信道传输器务数据和关键数据；
移动模式，月夜转月昼模式和月昼转月夜模式下：默认使用慢速信道传输关键数据和器务数据，或先使用快速信道传输地面指定的参数数据，参数数据传输完成后，切换回慢速信道传输器务数据和关键数据；其中参数数据、器务数据和关键数据1：1交替下传，保证器务数据、关键数据的实时性；
探测模式和感知模式下：根据科学数据规模自主选择快速信道，器务数据和关键数据保证原周期下传，科学数据在器务数据和关键数据空隙传输；科学数据传输完成后切换回慢速信道。
所述T＝10ms。
所述采用先使用快速信道传输地面指定的参数数据，参数数据传输完成后，切换回慢速信道传输器务数据和关键数据该种方式时，参数数据、器务数据和关键数据1：1交替下传，保证器务数据、关键数据的实时性。
在信道失锁2分钟后，地面指定信道切换，各器切换到地面指定信道，同时启动地面调度，具体过程如下：
(21)地面检测信道失锁状态，若信道失锁累计超过2分钟，启动地面信道管理，指定各器到默认的慢速信道下；
(22)巡视器执行如下操作：若有地面指定切换信道，按地面信道进行切换，否则启动自主调度；
(23)着陆器执行如下操作：若有地面指定切换信道，按地面信道进行切换，否则按巡视器指定信道进行切换；
(24)中继星执行如下操作：若有地面指定切换信道，按地面信道进行切换，否则按巡视器指定信道进行切换。
所述各器包括巡视器、着陆器和中继星。
本发明与现有技术相比的优点在于：在有限的资源下，通过将规模差异极大的数据进行分类，结合巡视器工作模式，将分类的数据与测试信道进行匹配，由整器根据数据类型进行自主进行信道调度，满足了不同规模数据混传的实时性要求，节约了信道资源。在自主调度基础上，增加地面调度的功能，确保失锁情况下能够实现月地链路，满足了测控数据下传的高可靠性要求。
附图说明
图1为测控信道分类示意图；
图2为信道调度过程示意图；
图3为测控信道自主调度流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种多信源的测控信道调度方法，包括如下步骤：
1)将数据按规模大小进行分类；
2)将测控信道进行分类；
3)根据实际情况，对不同类型的测控信道进行自主调度或地面调度。
所述步骤1)中将数据按规模大小进行分类的具体分类结果为：
较小规模数据，即数据为关键数据，如整器的能源和热控状态，能够下传整器安全状态；
正常规模数据，即数据为器务数据，如整器指令和遥测执行状态，能够下传正确运行状态；
中等规模数据，即数据为参考数据，如整器运行的任务堆栈及任务调度数据，能够下传地面关心的整器运行状态细节；
较大规模数据，即数据为科学数据，如整器采集的图像和雷达数据，能够下传地面指定的科学探测结果。
所述步骤2)中将测控信道进行分类的具体分类方法为：
有线信道：传输数据量最小，可靠性高，只在两器分离前可用，仅指图1中的RS422对着陆器；
慢速信道：传输数据量较大，采用全向天线，常用信道，指图1中的0.7kbps对中继星和1kbps对着陆器；
快速信道：传输数据量最大，采用定向天线或者UHF，只在科学探测或者实时性要求高时使用，指图1中的其他信道，如285kbps对中继星和800kbps对着陆器。
所述步骤3)中，
自主调度：正常情况下，以巡视器作为调度中心，巡视器按照数据量大小进行信道调度；
地面调度：在信道失锁的情况下，由地面指定信道，各器切换到地面指定信道。
如图3所示，所述信道自主调度流程的具体过程如下：
(11)初始时刻，读取当前信道状态，若信道失锁，启动自主生存任务，保存关键遥测数据供测控恢复时地面查询；
(12)查看当前测控信道状态，若此拍信道状态和上一拍信道状态不一致，则切换为上一拍测控信道状态；
(13)当前下行可写入时，写入上一拍打包的遥测数据；
(14)根据当前工作模式，选择下行信道：
根据月面任务过程分析，巡视器设计了感知模式，移动模式，探测模式，充电模式，安全模式，月昼转月夜模式，休眠模式和月夜转月昼模式。
主要工作模式的定义如下：
感知模式。相机加电工作，获取导航信息数据；然后巡视器与地面站建立数传链路，将探测数据下传到地面。
移动模式。接收地面上行指令，控制巡视器依次经过指定的路径点，到达阶段目标点。
探测模式。巡视器所携带的有效载荷设备加电工作，获取科学探测数据，并将科学探测数据下传到地面。
充电模式。巡视器调整航向角太阳翼，实现对日定向，巡视器保持静止状态，蓄电池组开始充电。
安全模式。巡视器用于保障自身安全和必要的通信所需设备/功能模块继续工作，进一步处理由地面实施控制。
月昼转月夜模式。当太阳高度角较小时，根据具体情况，通过地面指令设置巡视器状态，并由综合电子分系统和电源分系统完成整器下电控制，进入休眠模式。
休眠模式。巡视器完全断电不工作。
月夜转月昼模式。当太阳高度角逐渐增大时，巡视器电源分系统光照唤醒启动巡视器一次电源，进入月昼工作。
安全模式、分离模式和充电模式下：默认使用慢速信道传输器务数据和关键数据；
移动模式，月夜转月昼模式和月昼转月夜模式下：默认使用慢速信道传输关键数据和器务数据，或先使用快速信道传输地面指定的参数数据，参数数据传输完成后，切换回慢速信道传输器务数据和关键数据；其中参数数据、器务数据和关键数据1：1交替下传，保证器务数据、关键数据的实时性；
探测模式和感知模式下：根据科学数据规模自主选择快速信道，器务数据和关键数据保证原周期下传，科学数据在器务数据和关键数据空隙传输；科学数据传输完成后切换回慢速信道。
(15)记录当前工作模式并存储
(16)预估当前数据量打包时间；
(17)预估当前遥测下行时间，完后延时；
(18)提前20ms打包数据，保证数据的实时性，完后延时；
(19)提前10ms查询当前信道状态，并转(12)，直至本次任务终止。
所述采用先使用快速信道传输地面指定的参数数据，参数数据传输完成后，切换回慢速信道传输器务数据和关键数据该种方式时，参数数据、器务数据和关键数据1：1交替下传，保证器务数据、关键数据的实时性。
在信道失锁2分钟后，地面指定信道切换，各器切换到地面指定信道，同时启动地面调度，如图2所示，具体过程如下：
(21)地面检测信道失锁状态，若信道失锁累计超过2分钟，启动地面信道管理，指定各器到默认的慢速信道下；
(22)巡视器执行如下操作：若有地面指定切换信道，按地面信道进行切换，否则启动自主调度；
(23)着陆器执行如下操作：若有地面指定切换信道，按地面信道进行切换，否则按巡视器指定信道进行切换；
(24)中继星执行如下操作：若有地面指定切换信道，按地面信道进行切换，否则按巡视器指定信道进行切换。
所述各器包括巡视器、着陆器和中继星。
本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。

Claims (6)

1.一种多信源的测控信道调度方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将数据按规模大小进行分类；
2)将测控信道进行分类；
3)根据实际情况，对不同类型的测控信道进行自主调度或地面调度；
所述步骤1)中将数据按规模大小进行分类的具体分类结果为：
较小规模数据，即数据为关键数据，用于下传整器安全状态；
正常规模数据，即数据为器务数据，用于下传正确运行状态；
中等规模数据，即数据为参考数据，用于下传地面关心的整器运行状态细节；
较大规模数据，即数据为科学数据，用于下传地面指定的科学探测结果；
所述步骤2)中将测控信道进行分类的具体分类方法为：
有线信道：传输数据量小、可靠性高，只在两器分离前可用；
慢速信道：传输数据量较大，采用全向天线，为 常用信道；
快速信道：传输数据量大，采用定向天线或者UHF，只在科学探测或者实时性要求高时使用；
所述自主调度为：正常情况下，以巡视器作为调度中心，巡视器按照数据量大小进行信道调度；
所述地面调度为：在信道失锁的情况下，由地面指定信道，各器切换到地面指定信道。
2.根据权利要求1所述的一种多信源的测控信道调度方法，其特征在于：所述信道自主调度流程的具体过程如下：
(11)初始时刻，读取当前信道状态，若信道失锁，启动自主生存任务，保存关键遥测数据供测控恢复时地面查询；
(12)查看当前测控信道状态，若此拍信道状态和上一拍信道状态不一致，则切换为上一拍测控信道状态；
(13)当前下行可写入时，写入上一拍打包的遥测数据；
(14)根据当前工作模式，选择对应的下行信道：
(15)记录当前工作模式并存储
(16)预估当前数据量打包时间；
(17)预估当前遥测下行时间，完后延时；
(18)提前时间2T打包数据，保证数据的实时性，完后延时；T＝10ms；
(19)提前时间T查询当前信道状态，并转回至步骤(12)；
(20)重复步骤(12)-步骤(19)直至本次任务结束。
3.根据权利要求2所述的一种多信源的测控信道调度方法，其特征在于：所述步骤(14)具体为：
安全模式、分离模式和充电模式下：默认使用慢速信道传输器务数据和关键数据；
移动模式，月夜转月昼模式和月昼转月夜模式下：默认使用慢速信道传输关键数据和器务数据，或先使用快速信道传输地面指定的参考数据，参考数据传输完成后，切换回慢速信道传输器务数据和关键数据；其中参考数据、器务数据和关键数据1：1交替下传，保证器务数据、关键数据的实时性；
探测模式和感知模式下：根据科学数据规模自主选择快速信道，器务数据和关键数据保证原周期下传，科学数据在器务数据和关键数据空隙传输；科学数据传输完成后切换回慢速信道。
4.根据权利要求3所述的一种多信源的测控信道调度方法，其特征在于：所述采用先使用快速信道传输地面指定的参考数据，参考数据传输完成后，切换回慢速信道传输器务数据和关键数据该种方式时，参考数据、器务数据和关键数据1：1交替下传，保证器务数据、关键数据的实时性。
5.根据权利要求4所述的一种多信源的测控信道调度方法，其特征在于：在信道失锁2分钟后，地面指定信道切换，各器切换到地面指定信道，同时启动地面调度，具体过程如下：
(21)地面检测信道失锁状态，若信道失锁累计超过2分钟，启动地面信道管理，指定各器到默认的慢速信道下；
(22)巡视器执行如下操作：若有地面指定切换信道，按地面信道进行切换，否则启动自主调度；
(23)着陆器执行如下操作：若有地面指定切换信道，按地面信道进行切换，否则按巡视器指定信道进行切换；
(24)中继星执行如下操作：若有地面指定切换信道，按地面信道进行切换，否则按巡视器指定信道进行切换。
6.根据权利要求5所述的一种多信源的测控信道调度方法，其特征在于：所述各器包括巡视器、着陆器和中继星。
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