CN111953403B - 一种导航卫星载荷的在轨重构系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种导航卫星载荷的在轨重构系统，包括高速通道单元、存储单元以及有效载荷，其中有效载荷包括处理单元和多个可重构单元。基于该系统，将导航卫星载荷的在轨重构拆分为数据上注及数据写入两个过程，以减少对导航卫星在轨服务的影响。

Description

一种导航卫星载荷的在轨重构系统及方法

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及一种导航卫星载荷的在轨重构技术。

背景技术

为了适应复杂的太空环境，卫星技术不断地更新换代。其中，卫星软件在轨重构技术作为提高航天器在轨运行质量的有效途径，也在不断地深入发展，并广泛应用在卫星设计中。在轨重构是指卫星在轨运行期间，仍可通过地面站实现软件更新、程序修改及配置参数修改，从而达到系统升级，错误修改和产品维护的目的，其可以从系统层面克服卫星系统在轨故障不可维修等缺陷。

目前，在已发射的导航卫星上实现的部分设备的重构功能大多以CPU、DSP和FPGA为硬件框架，配置可擦可编程存储器，进而实现卫星软件的在轨可重构功能，其采用运控通道进行软件数据的传输和相关指令的发送。重构工作包括软件的数据上传，数据读取，数据存储，数据校验和数据烧写：重构期间，地面将所需重构配置项拆分成多份文件后上传至卫星，卫星接收到一份文件后由处理单元识别重构数据所属单机并传递给该单机，数据传输完毕并且校验正确后，地面站发送相关指令进行该份文件的烧写工作，重复以上步骤，待多份文件全部写入完成后再发送指令进行软件重启或重读写工作，此时该软件配置项的重构工作完成。由于同一份配置项拆成了多份文件，出于对卫星安全角度的考虑，数据上传和数据烧写过程不可拆分，因此，导航卫星载荷软件的重构工作开始后不可中断，而一般情况下，对于同一个软件配置项的重构需要在连续可见的弧段内进行，因此对卫星的可见弧段要求较高，一般情况下，在轨重构工作开始前就需要进行导航服务的计划中断，即在此期间卫星无法为用户提供有效稳定的服务。受到地面站传输数据速率的限制，传输过程耗时长，且对于同一个软件配置项，若传输过程存在校验和不正确情况，还需要重新进行上传，这就使得通过这种方法实现软件重构虽然具备一定的可靠性，安全性和有效性，但是重构本身的效率欠佳，会对导航卫星的在轨服务造成较大的影响。

发明内容

针对现有技术中的部分或全部问题，本发明一方面提供一种导航卫星载荷的在轨重构系统，包括：

高速通道单元，用于接收并识别地面发送的重构软件数据包，传输给存储单元；

存储单元，与所述高速通道单元可通信地连接，包括N个存储区域，所述存储单元用于接收所述高速通道单元发送的重构软件数据包，并分别存储至对应的存储区域；以及

有效载荷，包括：

处理单元，与所述存储单元可通信地连接，用于识别所述重构软件重构数据包的地址，并将其发送至相应的可重构单元；以及可重构单元，与所述处理单元可通信地连接，用于实现卫星载荷的在轨重构。

进一步地，所述重构软件数据包包括1个数据段以及3个地址段。

本发明另一方面提供一种导航卫星载荷的在轨重构方法，包括：

数据上注，包括：

地面站对所述重构软件数据包进行打包，并上注；

高速通道单元接收到所述重构软件数据包后，识别所述重构软件数据包的第一目的地址：

若所述第一目的地址为高速通道单元，则进行数据校验，并等待地面站指令，以进行所述高速通道单元的在轨重构；以及

若所述第一目的地址不是高速通道单元，则将所述重构软件数据包传输至存储单元；以及

所述存储单元接收到所述重构软件数据包后，识别所述重构软件数据包的第二目的地址：

若所述第二目的地址为存储单元，则进行数据校验，并等待地面站指令，以进行所述存储单元的在轨重构；以及

若所述第二目的地址不是存储单元，则将所述重构软件数据包存储至对应的存储区域内；以及

当所述导航卫星运行至满足预设条件的弧段内后，地面站发送数据写入指令，以进行有效载荷的在轨重构，包括：

所述存储单元接收到所述数据写入指令后，将存储区域内的重构软件数据包传输至处理单元；

所述处理单元接收到所述重构软件数据包后，识别所述重构软件数据包的第三目的地址：

若所述第三目的地址为处理单元，则进行数据校验，并等待地面站指令，以进行所述处理单元的在轨重构；以及

若所述第三目的地址不是处理单元，则将所述重构软件数据包发送给对应的可重构单元；以及

所述可重构单元接收到所述重构软件数据包后，依次进行各个可重构单元的在轨重构。

进一步地，所述在轨重构包括接收到地面站发送的相应单元的重新启动指令后，更新相应单元的配置项文件。

进一步地，所述数据上注还包括，将所述重构软件数据包存储至对应的存储区域内后，检查所述重构软件数据包的帧数，若出现丢帧，则地面站重复注入重构软件数据包，直至存储区域内的重构软件数据包的帧数与完整的重构软件数据包的帧数一致。

本发明提供的一种导航卫星载荷的在轨重构系统及方法，采用分段式在轨重构技术，将导航卫星载荷的在轨重构过程拆分成上注过程和写入过程。其中，所述上注过程不影响导航服务连续性，同时，由于采用了高速通道单元，其单元间数据传输速率和星地数据传输速率是传统方式的3～4倍，大大减少了导航卫星载荷软件的在轨重构时间，进而减少了因载荷在轨重构引起的导航卫星的计划中断时间，有效提高了导航卫星载荷软件在轨重构的重构效率，降低了导航卫星载荷的在轨重构对导航服务的影响，提高了导航卫星的服务性能。

附图说明

为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出本发明一个实施例的一种导航卫星载荷的在轨重构系统的结构示意图；

图2示出本发明一个实施例的重构软件数据包的格式示意图；以及

图3示出本发明一个实施例的一种导航卫星载荷的在轨重构方法的流程示意图。

具体实施方式

以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

为了减少因载荷在轨重构引起的导航卫星的计划中断时间，本发明提供一种导航卫星载荷的在轨重构系统及方法，其将导航卫星载荷的在轨重构过程拆分成数据上注和数据写入两个过程，其中所述数据上注过程不影响导航服务连续性。下面结合实施例附图，对本发明的方案做进一步描述。

图1示出本发明一个实施例的一种导航卫星载荷的在轨重构系统的结构示意图。如图1所示，一种导航卫星载荷的在轨重构系统，包括高速通道单元101、存储单元102以及有效载荷。

所述高速通道单元101用于接收并识别地面发送的重构软件数据包，传输给存储单元。

所述存储单元102与所述高速通道单元101可通信地连接，包括N个存储区域，所述存储单元102用于接收所述高速通道单元101发送的重构软件数据包，所述重构软件数据包可分时分段分类型进行上注，所述存储单元102根据所述重构软件数据包所属单机的不同，将其存储至对应的存储区域。

所述有效载荷包括处理单元131以及可重构单元，其中：

所述处理单元131与所述存储单元102可通信地连接，用于识别所述重构软件重构数据包的地址，并将其发送至相应的可重构单元；以及

可重构单元包括N个可重构单元1321、1322、……132N，其与所述处理单元131可通信地连接，具备可重构功能，用于实现卫星载荷的在轨重构。

在本发明的一个实施例中，所述重构软件数据包的格式如图2所示，包括数据段201、第一地址段221、第二地址段222以及第三地址段223。

在本发明的又一个实施例中，所述高速通道单元101、存储单元102以及处理单元131均具备可重构功能。

基于本发明实施例中导航卫星载荷的在轨重构系统，一种导航卫星载荷的在轨重构方法如图3所示，包括：

数据上注，在此期间不影响卫星的正常运行和导航信号的正常下播，对导航卫星的服务无影响，所述数据上注包括：

步骤311，数据打包。地面站对重构软件数据根据如图2所示的格式进行打包，在数据段写入所述重构软件数据，并分别在第一、第二及第三地址段填写第一目的地址、第二目的地址以及第三目的地址，形成重构软件数据包，然后上注所述重构软件数据包；

步骤312，第一目的地址识别。高速通道单元接收到地面站上注的重构软件数据包后，识别所述重构软件数据包的第一目的地址：

若所述第一目的地址为高速通道单元，则进行数据校验，并进入步骤331；以及

若所述第一目的地址不是高速通道单元，则将所述重构软件数据包传输至存储单元；以及

步骤313，第二目的地址识别。所述存储单元接收到所述重构软件数据包后，识别所述重构软件数据包的第二目的地址：

若所述第二目的地址为存储单元，则进行数据校验，并进入步骤332；以及

若所述第二目的地址不是存储单元，则根据第二目的地址，将所述重构软件数据包存储至对应的存储区域内；在本发明的一个实施例中，将所述重构软件数据包存储至对应的存储区域内后，所述存储单元还将检查所述重构软件数据包的帧数，若出现丢帧，则地面站重复注入重构软件数据包，直至存储区域内的重构软件数据包的帧数与完整的重构软件数据包的帧数一致，此时返回遥测“存储单元接收地面软件数据帧数”显示增加；

至此，数据上注完成，当所述导航卫星运行至满足预设条件的弧段内后，地面站发送数据写入指令，进行数据写入，所述数据写入包括：

步骤321，数据传输。所述存储单元接收到所述数据写入指令后，将存储区域内的重构软件数据包传输至处理单元；

步骤322，第三目的地址识别。所述处理单元接收到所述重构软件数据包后，识别所述重构软件数据包的第三目的地址：

若所述第三目的地址为处理单元，则进行数据校验，并进入步骤333；以及

若所述第三目的地址不是处理单元，则根据所述第三目的地址，将所述重构软件数据包发送给对应的可重构单元；以及

步骤323，数据接收。所述可重构单元接收所述重构软件数据包后，进行数据校验，然后进入步骤334；

至此，数据写入完成，当接收到地面站发送的各单元的重新启动指令后，更新相应单元的配置项文件，实现在轨重构，所述在轨重构包括：

步骤331，高速通道单元在轨重构。当所述导航卫星运行至满足预设条件的弧段内后，地面站发送高速通道单元的重新启动指令，所述高速通道单元进行配置项的更新操作，实现在轨重构；

步骤332，存储单元在轨重构。当所述导航卫星运行至满足预设条件的弧段内后，地面站发送存储单元的重新启动指令，所述存储单元进行配置项的更新操作，实现在轨重构；

步骤333，处理单元在轨重构。当所述处理单元的数据校验成功后，地面站发送处理单元的重新启动指令，所述处理单元进行配置项的更新操作，实现在轨重构；以及

步骤334，可重构单元在轨重构。当某个可重构单元单元的数据校验成功后，地面站发送该可重构单元单元的重新启动指令，所述可重构单元单元进行配置项的更新操作，实现在轨重构。

为更好地描述本发明的方案，下面对本发明实施例中导航卫星载荷的在轨重构系统的各个单元的在轨重构过程进行详细描述。

首先，高速通道单元的在轨重构包括：

所述高速通道单元接收到地面站上注的重构软件数据包，识别第一目的地址为“高速通道单元”，则进行数据校验，数据校验正确后，当所述导航卫星运行至满足预设条件的弧段内后，地面站发送高速通道单元的重新启动指令，所述高速通道单元进行配置项的更新操作，实现在轨重构；

接下来，存储单元的在轨重构包括：

所述高速通道单元接收到地面站上注的重构软件数据包，识别第一目的地址为“存储单元”，则将所述重构软件数据包传输给存储单元；所述存储单元接收到所述重构软件数据包，识别第二目的地址为“存储单元”，则进行数据校验，数据校验正确后，当所述导航卫星运行至满足预设条件的弧段内后，地面站发送存储单元的重新启动指令，所述存储单元进行配置项的更新操作，实现在轨重构；

接下来，处理单元的在轨重构包括：

所述高速通道单元接收到地面站上注的重构软件数据包，识别第一目的地址为“存储单元”，则将所述重构软件数据包传输给存储单元；所述存储单元接收到所述重构软件数据包，识别第二目的地址为“处理单元”，则将所述重构软件数据包存储至内部地址为“处理单元”的存储区域内，同时返回遥测中“存储单元接收地面软件数据帧数”的显示增加，但若数据包在上注过程中出现丢帧，则返回遥测“存储单元接收地面软件数据帧数”不变化，停留在完整接收的帧数上，则地面站进行所述重构软件数据包的重复注入，直至星上接收帧数与完整的重构软件数据包帧数一致；所述地面站根据导航卫星的运行弧段，在满足预设条件的弧段内发送可重构软件数据包的数据写入指令，星上收到该指令后，所述存储单元将所述重构软件数据包发送至处理单元，处理单元识别第三目的地址为“处理单元”，则进行数据校验，校验成功后，地面站发送处理单元的重新启动指令，所述处理单元进行配置项的更新操作，实现在轨重构；以及

最后，可重构单元的在轨重构包括：

所述高速通道单元接收到地面站上注的重构软件数据包，识别第一目的地址为“存储单元”，则将所述重构软件数据包传输给存储单元；所述存储单元接收到所述重构软件数据包，识别第二目的地址为“可重构单元”，则将所述重构软件数据包存储至内部地址为对应的“可重构单元”的存储区域内，同时返回遥测中“存储单元接收地面软件数据帧数”的显示增加，但若数据包在上注过程中出现丢帧，则返回遥测“存储单元接收地面软件数据帧数”不变化，停留在完整接收的帧数上，则地面站进行所述重构软件数据包的重复注入，直至星上接收帧数与完整的重构软件数据包帧数一致；所述地面站根据导航卫星的运行弧段，在满足预设条件的弧段内发送可重构软件数据包的数据写入指令，星上收到该指令后，所述存储单元将所述重构软件数据包发送至处理单元，处理单元识别第三目的地址为“可重构单元”，则根据具体的地址，将所述重构软件数据包发送至对应的可重构单元，可重构单元接收所述重构软件数据包后，进行数据校验，校验成功后，地面站发送可重构单元的重新启动指令，所述可重构单元进行配置项的更新操作，实现在轨重构。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (4)

1.一种导航卫星载荷的在轨重构方法，其特征在于，包括步骤：

数据上注，包括：

地面站对重构软件数据进行打包，形成重构软件数据包，并上注；

高速通道单元接收到所述重构软件数据包后，识别所述重构软件数据包的第一目的地址：

若所述第一目的地址为高速通道单元，则进行数据校验，并等待地面站指令，以进行所述高速通道单元的在轨重构；以及

若所述第一目的地址不是高速通道单元，则将所述重构软件数据包传输至存储单元；以及

所述存储单元接收到所述重构软件数据包后，识别所述重构软件数据包的第二目的地址：

若所述第二目的地址为存储单元，则进行数据校验，并等待地面站指令，以进行所述存储单元的在轨重构；以及

若所述第二目的地址不是存储单元，则将所述重构软件数据包存储至对应的存储区域内；以及

当所述导航卫星运行至满足预设条件的弧段内后，地面站发送数据写入指令，以进行有效载荷的在轨重构，包括：

所述存储单元接收到所述数据写入指令后，将存储区域内的重构软件数据包传输至处理单元；

所述处理单元接收到所述重构软件数据包后，识别所述重构软件数据包的第三目的地址：

若所述第三目的地址为处理单元，则进行数据校验，并等待地面站指令，以进行所述处理单元的在轨重构；以及

若所述第三目的地址不是处理单元，则将所述重构软件数据包发送给对应的可重构单元；以及

所述可重构单元接收到所述重构软件数据包后，依次进行各个可重构单元的在轨重构。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重构软件数据的打包包括：在数据段写入所述重构软件数据，并分别在第一、第二及第三地址段填写第一目的地址、第二目的地址以及第三目的地址。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在轨重构包括接收到地面站发送的指定单元的重新启动指令后，更新相应单元的配置项文件。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据上注还包括，将所述重构软件数据包存储至对应的存储区域内后，检查所述重构软件数据包的帧数，若出现丢帧，则地面站重复注入重构软件数据包，直至存储区域内的重构软件数据包的帧数与完整的重构软件数据包的帧数一致。

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