CN112003643A - 一种用于卫星在轨软件重构的数据上注方法 - Google Patents

Abstract

本方案公开了一种用于卫星在轨软件重构的数据上注方法。该方法在不增加新的地面站硬件和卫星硬件的前提下，基于现有的星地测控系统、卫星平台，通过星地数据传输协议的设计，同时支持遥控指令和软件重构数据的上注，实现若干分钟内百兆比特级的软件重构数据的星地上注，并将数据存储在星务固态存储器；通过卫星软件更新接口协议设计，通过指令控制，实现软件代码数据从卫星星务分系统到卫星中的软件重构目标设备的缓存的上注。该方法可以解决传统上注方法上注效率低和星地上注时独占测控信道的问题。

Description

一种用于卫星在轨软件重构的数据上注方法

技术领域

本发明涉及一种用于卫星在轨软件重构的数据上注方法，属于航天技术领域。

背景技术

随着高性能的大规模逻辑器件在卫星上的广泛应用，卫星开始朝着软件定义和智能化的方向发展。卫星在轨的需求不再仅仅停留在简单的参数修订和指令上注，需要在不改变硬件平台的条件下，完成功能的增加、改变或者更新，使得卫星在轨使用更加智能和灵活。这就需要对卫星软件进行在轨重构。

软件重构的硬件平台通常是基于FPGA来完成的，要对FPGA软件进行重构通常涉及到上百兆比特的代码数据量。这些用于卫星在轨软件重构的代码数据首先需要通过地面站上注到卫星并存储下来，然后通过指令控制卫星软件加载存储的上注代码数据完成重构。

发明内容

本发明目的在于，克服现有技术的不足，提供一种用于卫星在轨软件重构的数据上注方法。该方法在不增加新的地面站硬件和卫星硬件的前提下，基于现有的星地测控系统、卫星平台，通过星地数据传输协议的设计，同时支持遥控指令和软件重构数据的上注，实现若干分钟内百兆比特级的软件重构数据的星地上注，并将数据存储在星务固态存储器；通过卫星软件更新接口协议设计，通过指令控制，实现软件代码数据从卫星星务固态存储器到卫星软件重构目标设备的缓存的上注。

为达到上述目的，本发明的技术方案步骤如下：

(1)进行星地上注协议设计，完成软件重构数据的星地上注；

(2)进行卫星软件重构接口协议设计，完成软件重构数据的星内上注；

所述步骤1)进行星地上注协议设计，完成软件重构数据的星地上注，分为六子步骤：

S1、对划分有至少两个区域的数据传输帧进行区域填充，获得具有软件重构数据和遥控指令数据的数据传输帧序列；

S2、对具有软件重构数据和遥控指令数据的数据传输帧序列进行信道编码，获得数据传输码；

S3、基于星地通道将所述数据传输码发送给卫星应答机；

S4、卫星应答机接收数据传输码，并对其进行信道解码；然后对解码后的数据传输帧序列进行解帧，提取遥控指令数据和/或软件重构数据，送给星务计算机进行校验；

S5、在遥控指令数据校验通过的情况下，执行遥控指令；

S6、在软件重构数据校验通过的情况下，存储在星务固态存储器中，等待指令，将所述软件重构数据发送至目标设备缓存。

所述步骤2)进行软件重构接口协议设计，完成星内上注，包括S7-S8两个子步骤。

S7、地面站发送“指令1：软件更新数据准备发送”，目标星载设备做好接收星务固存数据的准备；

S8、地面站发送“指令2：软件更新数据发送”，星务固态存储器发送数据给目标星载设备缓存。

在步骤S1中，基于CCSDS标准设计数据传输帧并进行域划分、在轨软件重构数据和遥控指令数据的填充；

将数据传输帧划分为帧主导头、插入域、数据域和第一差错控制域，并基于划分的四个部分对数据传输帧进行处理，将遥控指令帧顺序填充到插入域相应字节；将软件重构数据块顺序填充到数据域。

在一种优选地实施例中，所述帧主导头包括：主信道标识符、虚拟信道标识符、虚拟信道帧计数器、信号域和第二差错控制域的以上一种或多种。

在一种优选地实施例中，对传输帧进行处理的步骤包括：

利用主信道标识符来标识数据传输帧标识帧的版本号和接收上注数据的航天器的标识符；

利用虚拟信道标识符来标识虚拟信道；

利用虚拟信道帧计数器中每个虚拟信道内的顺序计数器记录每个虚拟信道内每个数据传输帧的二进制顺序；

利用信号域标识回放标识、虚拟信道帧计数器循环应用标志、虚拟信道帧计数器循环次数；其中，回放标识用来表示该帧是实时传输帧或者回放数据传输帧；

利用第二差错控制域中的差错控制符号，对主信道标识符，虚拟信道标识符以及信号域进行CRC校验。

在一种优选地实施例中，对传输帧进行处理的步骤包括：

利用插入域中的前两个字节对主信道帧循环计数，其余字节根据数据传输帧频和期望的遥控指令速率，确定每个数据传输帧插入域中填充的遥控指令数据的字节数；多余的字节填充全AA；将含有校验位的遥控指令数据帧按设计的字节数顺序插入到数据传输帧序列的插入域中；

利用数据域填充软件重构数据；将含有校验位的软件重构数据块按数据域长度分割并顺序填充到数据传输帧序列的数据域中。

在一种优选地实施例中，对传输帧进行处理的步骤包括：

利用第一差错控制域，在上注帧数据域之后，为若干比特帧差错控制字生成的二进制码块。

在步骤S2中，数据传输帧是通过星地通道上注至卫星的，因此，在星地上注前，需要先对填充有软件重构数据和遥控指令数据的数据传输帧序列进行信道编码、伪随机化等处理，以满足信道传输要。

划分区域的数据传输帧重新组建完成的数据传输帧序列需要经过处理后，才能通过信道上注至在轨卫星。例如，需要数据传输帧序列进行信道编码，伪随机化处理，再添加同步码。

具体来说，根据星地通道的传输要求，对数据传输帧序列进行编码。编码完毕后，还需要对编码进行伪随机化。伪随机码的添加是从第1位开始一直加到末位。

在一种优选地实施例中，利用Turbo或LDPC的编码方式对数据传输帧序列进行编码；编码完成后，进行伪随机化，即从该编码序列的第一开始，经255位后重复多次直到码块的尾部，在每个码块开始时，序列发生器初始化到“全1”状态。此外，对于传输码的同步，可以通过在数据传输码的前端增加附属同步标识(ASM)来实现。在码块循环周期结束时增加附属同步标识，其长度取决于编码的比率。

在步骤S3中，可以直接利用地面站的天线与在轨卫星中的测控应答机和测控天线构建星地上注通道，无需增加或修改卫星硬件设备。利用星地通道将所述数据传输码发送给卫星应答机。

在步骤S4中，卫星应答机对收到数据传输码先进行信道解码，然后对数据传输帧序列进行解帧，按帧序号依次从插入域中提取出遥控指令数据并恢复出完整的遥控指令帧，按帧序号依次从数据域中提取出软件代码数据并恢复出完整的软件代码数据块。

在步骤S5中，应答机将恢复出的遥控指令帧，通过串口送给星务计算机逐帧进行CRC校验。校验正确则该遥控指令由星务计算机送给相应星上设备；校验错误则丢掉该遥控指令帧。

在步骤S6中，应答机将恢复出的软件代码数据块，通过串口送星务计算机进行逐数据块校验，并检查数据块序号。校验正确则将该数据块存入星务固态存储器，并返回校验正确的遥测量；校验错误则将该数据块丢掉，并返回校验错误的遥测量，告知地面错误数据块序号。

在步骤S7中，明确目标星载设备中用于接收来自星务固态存储器上注数据的FLASH Bank号和Page号，以及将要发送的软件重构数据块数量。

在步骤S8中，指令2用来控制星务固态存储器和目前星载设备之间软件更新数据的发送。发送接口可以是CAN总线/RS422/RS485/LVDS/I2C/SPI等接口中的一种。目标星载设备收到来自星务固态存储器的软件更新数据后，逐数据块进行CRC校验，并检查数据块序号。校验正确则将来自星务固存的数据块存入星载设备Buffer中，等待软件重构开始命令；校验错误则丢弃该数据块，并告知星务错误数据块的序号，星务固态存储器重发该数据块。

通过卫星软件更新接口协议设计，实现软件代码数据从卫星星务固态存储器到目标星载设备的缓存的星内上注。

对不同的星载设备进行软件更新接口上注时，地面需发送不同的遥控指令。遥控指令应至少包括指令1和指令2。通过指令控制，将软件重构数据再次由星务固态存储器上注到星载目标设备的缓存中等待重构执行命令。

与现有技术相比，本方案的有益效果如下：

本方案通过星地上注协议设计，采用新的星地数据传输帧并对其进行划分，能够在相对独立的区域分别设计遥控指令数据和软件重构数据；既可以保证利用同一个星地通道来同时传输软件重构数据和/或遥控指令数据，克服软件重构数据或遥控指令上注过程中，独占测控应答机信道而无法同时发送遥控指令或软件重构数据的问题；又可以保证软件重构数据和遥控指令数据帧频相同，因而通过改变二者在数据传输帧中填充的字节数，可以灵活的同时改变二者的上注速率，最终实现软件重构数据Mbit级的上注速率；

本方案通过可以在软件重构数据校验通过后，利用指令控制卫星进行软件重构数据的加载，从而提高星内软件重构数据传输的可控性；

本方案可以利用地面站的天线直接与在轨卫星中的测控应答机和测控天线构建星地上注通道，无需增加或修改卫星硬件设备，从而降低运营成本。

附图说明

为了更清楚地说明本方案的实施，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本方案的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本发明上注过程示意图。

图2示出本发明上注方法示意图。

图3示出本发明星地上注流程图。

图4示出本发明星内上注流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本方案的实施方式作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅是本方案的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本方案中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

目前我国现有200多颗不同类型和不同功能的卫星。这些卫星当中大部分是低轨道卫星。对于低轨道卫星而言，每圈次卫星过境时间只有十分钟左右。如果使用传统的上注方法，在kbit级的低码速率常规遥控通道下进行上注，则需要十几个小时甚至若干天的连续上注才能注完。这几乎是不可能实现的。一方面，连续长时间调用地面测控资源用于卫星上注是十分困难的；另一方面，数据上注对遥控通道长时间的连续占用，也会影响卫星在上注期间执行其他任务，面临着上注效率低和对卫星遥控通道占用的双重问题。如果开辟新的硬件设备专门用于高速上注，虽然可以解决上注效率低和对遥控通道的占用问题，但却会增加卫星在造价、重量、功耗等方面的代价。

因此，本方案意在提供一种用于卫星在轨软件重构的数据上注方法，该方法在不增加新的地面站硬件和卫星硬件的前提下，基于现有的星地测控系统、卫星平台，通过星地数据传输协议的设计，同时支持遥控指令和软件重构数据的上注，实现若干分钟内百兆比特级的软件重构数据的星地上注；通过卫星软件更新接口协议设计，实现软件代码数据从卫星星务固态存储器到卫星软件重构目标设备的缓存的上注。

为了使本方案的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本方案具体实施例做详细的说明。

如图1和图2所示，本方案所述数据上注方法包括：

1)进行星地数据传输协议设计，完成星地上注。

所述步骤1)进行星地数据传输协议设计，完成星地上注，包括S1-S6六个步骤。

S1、对划分有至少两个区域的数据传输帧进行区域填充，获得具有软件重构数据和遥控指令数据的数据传输帧序列；

S2、对具有软件重构数据和遥控指令数据的数据传输帧序列进行信道编码，获得数据传输码；

S3、基于星地通道将所述数据传输码发送给卫星应答机；

S4、卫星应答机接收数据传输码，并对其进行信道解码；然后对解码后的数据传输帧序列进行解帧，提取遥控指令数据和/或软件重构数据，送给星务计算机进行校验；

S5、在遥控指令数据校验通过的情况下，执行遥控指令；

S6、在软件重构数据校验通过的情况下，存储在星务固态存储器中，等待指令，将所述软件重构数据发送至目标设备缓存。

在步骤S1中，本方案先基于国际空间数据系统咨询委员会(ConsultativeCommittee for Space Data Systems，CCSDS)标准，对数据传输帧进行划分。本方案中，为了能够独立填充遥控指令数据和软件重构数据，至少要将数据传输帧划分出两个区域，每个区域单独用于填充遥控指令数据和软件重构数据，通过这种划分方式，不但可以保证利用同一个星地通道来同时传输软件重构数据和遥控指令数据，还可以克服软件重构数据或遥控指令上注过程中，独占测控应答机信道而无法同时发送遥控指令或软件重构数据的问题。

具体来说，可以在数据传输帧出插入域和数据域；利用插入域来填充预期的遥控指令数据；利用数据域来填充预期的软件重构数据。通过独立区域填充遥控指令数据和软件重构数据，可以保证软件重构数据和遥控指令数据的帧频相同，从而通过改变二者在数据传输帧中填充的字节数，可以灵活的同时改变二者的上注速率，最终实现软件重构数据Mbit级的上注速率。

在一种实施例中，可以基于CCSDS标准，将数据传输帧划分为帧主导头、插入域、数据域和第一差错控制域，这四个区域。如下表1所示，

表1

本实施例中，可以将遥控指令数据顺序填充到相应字节的插入域中。利用插入域中的前两个字节对主信道帧循环计数，其余字节根据数据传输帧频和期望的遥控指令速率，确定每个数据传输帧插入域中填充的遥控指令数据的字节数；多余的字节填充全AA；将含有校验位的遥控指令数据帧按设计的字节数顺序插入到数据传输帧序列的插入域中。

本实施例中，可以将软件重构数据块顺序填充到数据域。利用数据域填充软件重构数据；将含有校验位的软件重构数据块按数据域长度分割并顺序填充到数据传输帧序列的数据域中。

在同一数据传输帧中为遥控指令和软件重构数据划分填充区域的方法同时可以保证二者传输帧频相同，在数据传输帧总长度不变的情况下通过改变二者在数据传输帧中填充的字节数，可以灵活的同时调整二者的速率，提高传输效率。其中，有效遥控指令速率等于插入域填充的遥控指令数据长度(bit)乘以数据传输帧帧频(帧数/s)。有效上注数据速率等于数据域长度(bit)乘以数据传输帧帧频(帧数/s)。例如，要得到1Mbit/s有效软件重构数据上注速率，典型设计值可选择数据域长度为1000字节(即，8000bit)，数据传输帧帧频128帧/s。

本实施例中，可以利用帧主导头区域来标识帧版本号、航天器标识、虚拟信道相关信息等。具体地，帧主导头可以包括以下五个部分：主信道标识符、虚拟信道标识符、虚拟信道帧计数器、信号域和第二差错控制域。

主信道标识符可以通过数据传输帧版本号来表示帧的版本号，可以通过航天器标识符来标识接收上注数据的航天器的标识符。

虚拟信道标识符可以用来标识虚拟信道是否处于空闲着状态。例如，可以利用状态位全部置“0”来表示当前虚拟信道为空闲状态。也可以利用状态位全部置“1”来表示当前虚拟信道为空闲状态。通过信道标识符显示虚拟信道的空闲状态，从而选择当前处于空闲状态的虚拟信号传输数据。

虚拟信道帧计数器包括多个顺序计数器，每个虚拟信道中具有一个顺序计数器，通过顺序计数器来记录虚拟信道内每个数据传输帧的二进制顺序。

信息域还包括：回放标识、虚拟信道帧计数器循环应用标识、虚拟信道帧计数器循环次数。其中，利用回放标识来表示该帧是该帧是实时传输帧或者回放数据传输帧；例如，可以利用状态位置“1”来表示该帧为实施传输帧，利用状态位置“0”来表示该帧为回放数据传输帧。虚拟信道帧计数器循环应用标识可以通过状态位置“0”表示虚拟信道帧计数器循环域没被应用并被接收者忽略，可以通过状态置“1”表示虚拟信道帧计数器循环域被应用并被接收者所承认。虚拟信道帧计数器循环次数的累计方式是：如果应用，虚拟信道帧计数器每次恢复到0时，虚拟信道帧计数器循环将增加；如果不用，虚拟信道帧计数器循环为“全0”。

本实施例中，第二差错控制域包含差错控制符，通过该控制符可以在所述数据传输码上注卫星后，对主信道标识符、虚拟信道标识符和信号域进行循环冗余校验(CyclicRedundancy Check，CRC)。

本方案中，第一差错控制域是在传输帧数据域之后，为若干比特帧差错控制字生成的二进制码块。对传输帧的前(n-16)bit(除去帧差错控制域)后附加16bit帧差错控制字生成系统二进制(n，n－16)码块。

在步骤S2中，数据传输帧是通过星地通道上注至卫星的，因此，在星地上注前，需要先对填充有软件重构数据和遥控指令数据的数据传输帧序列进行信道编码、伪随机化等处理，以满足信道传输要。

划分区域的数据传输帧重新组建完成的数据传输帧序列需要经过处理后，才能通过信道上注至在轨卫星。例如，需要数据传输帧序列进行信道编码，伪随机化处理，再添加同步码。

具体来说，根据星地通道的传输要求，对数据传输帧序列进行编码。编码完毕后，还需要对编码进行伪随机化。伪随机码的添加是从第1位开始一直加到末位。

在一种实施例中，利用Turbo或LDPC的编码方式对数据传输帧序列进行编码；编码完成后，进行伪随机化，即从该编码序列的第一开始，经255位后重复多次直到码块的尾部，在每个码块开始时，序列发生器初始化到“全1”状态。此外，对于传输码的同步，可以通过在数据传输码的前端增加附属同步标识(ASM)来实现。在码块循环周期结束时增加附属同步标识，其长度取决于编码的比率。

在步骤S3中，可以直接利用地面站的天线与在轨卫星中的测控应答机和测控天线构建星地上注通道，无需增加或修改卫星硬件设备。利用星地通道将所述数据传输码发送给卫星应答机。

在步骤S4中，卫星应答机对收到数据传输码先进行信道解码，然后对数据传输帧序列进行解帧，按帧序号依次从插入域中提取出遥控指令数据并恢复出完整的遥控指令帧，按帧序号依次从数据域中提取出软件代码数据并恢复出完整的软件代码数据块。

在步骤S5中，应答机将恢复出的遥控指令帧，通过串口送给星务计算机逐帧进行CRC校验。校验正确则该遥控指令由星务计算机送给相应星上设备；校验错误则丢掉该遥控指令帧。

在步骤S6中，应答机将恢复出的软件代码数据块，通过串口送星务计算机进行逐数据块校验，并检查数据块序号。校验正确则将该数据块存入星务固态存储器，并返回校验正确的遥测量；校验错误则将该数据块丢掉，并返回校验错误的遥测量，告知地面错误数据块序号。

2)进行卫星软件重构接口协议设计，完成星内上注；

所述步骤2)进行软件重构接口协议设计，完成星内上注，包括S7-S8两个步骤。

S7、地面站发送“指令1：软件更新数据准备发送”，目标星载设备做好接收星务固存数据的准备；

S8、地面站发送“指令2：软件更新数据发送”，星务固态存储器发送数据给目标星载设备缓存。

在步骤S7中，明确目标星载设备中用于接收来自星务固态存储器上注数据的FLASH Bank号和Page号，以及将要发送的软件重构数据块数量。

在步骤S8中，指令2用来控制星务固态存储器和目前星载设备之间软件更新数据的发送。发送接口可以是CAN总线/RS422/RS485/LVDS/I2C/SPI等接口中的一种。目标星载设备收到来自星务固态存储器的软件更新数据后，逐数据块进行CRC校验，并检查数据块序号。校验正确则将来自星务固存的数据块存入星载设备Buffer中，等待软件重构开始命令；校验错误则丢弃该数据块，并告知星务错误数据块的序号，星务固态存储器重发该数据块。

通过卫星软件更新接口协议设计，实现软件代码数据从卫星星务固态存储器到目标星载设备的缓存的星内上注。

对不同的星载设备进行软件更新接口上注时，地面需发送不同的遥控指令。遥控指令应至少包括指令1和指令2。通过指令控制，将软件重构数据再次由星务固态存储器上注到星载目标设备的缓存中等待重构执行命令。

下面通过实例对本方案做进一步说明。

本实例提供一种用于卫星在轨软件重构的数据上注方法。如图1和图2所示，分为两个步骤：

1)对星地数据传输协议进行设计，进行星地上注。

具体地，以目标星载设备的FPGA需上注的代码量为280Mbit为例。当软件重构数据上注速率为1Mbit/s时，星地上注时间约为280s(约4.6分钟)，可以满足绝大部分圈次在当圈完成上注。下面给出星地上注数据传输帧的一个设计实例，数据传输帧帧频按128帧/s计。

数据传输帧分为帧主导头、插入域、数据域帧、差错控制域四个部分，共1020字节，每字节8bit。数据传输帧帧结构实例如下：

数据传输帧主导头长为8字节，包括5个域。数据传输帧主导头的第0～9位包含主信道标识符(MCID)。主信道标识符由如下内容组成：数据传输帧版本号(2bit)和航天器标识符(8bit)。数据传输帧主导头的第0位～1位包含数据传输帧版本号(二进制编码)，置为“01”。数据传输帧主导头的第2位～9位包含航天器标识符(SCID)。传输主导头的第10位～15位包含虚拟信道标识符(VCID)，用来标识虚拟信道。空闲数据传输帧的虚拟信道标识符置“全1”。数据传输帧主导头的第16位～39位包含虚拟信道帧计数器。此24bit域包含各虚拟信道内每个数据传输帧的二进制顺序计数器(模16777216)。虚拟信道帧计数器在达到16777216之前不复位，必须复位的情况除外。数据传输帧主导头的第40位～47位包含信号域。其中，保留备用域分为3个子域。此8bit域分成如下4个子域：回放标识(1bit)：“0”表示实时数据传输帧；“1”表示回放数据传输帧。虚拟信道(VC)帧计数器循环应用标志(1bit)：“0”表示虚拟信道帧计数器循环域没被应用并被接收者忽略，“1”表示虚拟信道帧计数器循环域被应用并被接收者所承认。保留域(2bit，强制性的)：保留。置为“00”。虚拟信道帧计数器循环(4bit)：如果应用，虚拟信道帧计数器每次恢复到0时，虚拟信道帧计数器循环将增加；如果不用，数据传输帧主导头的第44～47位置为“全0”。帧导头差错控制域：此16bit域包含差错控制符号，对10bit主信道标识符，6bit虚拟信道标识符以及8bit信号域进行检差和纠错。主导头实例如下：

数据传输帧使用插入域和数据域分别实现常规遥控指令发送和高速数据上注。上行插入域共占用10字节。前两字节固定用于“主信道帧计数”循环计数。其余4个字节用于插入卫星遥控指令及低速注入数据，4个字节保留。上行数据传输帧的高速上注数据域共1000个字节，在128帧/s的帧频下，上注速率可以达到1Mbit/s。对于280Mbit的FPGA软件配置量而言，仅需4.6分钟即可完成上注，低于低轨卫星每圈平均10分钟的平均过境时间，可以有效用于卫星软件在轨重构数据的上注。插入域和数据域结构的实例如下：

数据传输帧帧尾由帧差错控制域组成，在上注帧数据域之后。对上注帧的前(n-16)bit(除去帧差错控制域)后附加16bit帧差错控制字生成系统二进制(n，n－16)码块。

数据传输帧组帧完成后要进行信道编码。信道编码方式可以是Turbo或者LDPC。解码器的码块同步通过位于每个码块之前的附属同步标识(ASM)实现。在码块循环周期结束时增加附属同步标识，其长度取决于编码的比率。

信道编码编码之后要进行伪随机化。该序列从码块第1位开始，经255位后重复多次直到码块的尾部。在每个码块开始时，序列发生器初始化到“全1”状态。

本实例利用地面站的天线直接与在轨卫星中的测控应答机和测控天线构建星地上注通道，地面站通过星地通道，将具有独立填充的遥控指令数据和软件重构数据的数据传输码序列发送给卫星应答机；

如图3所示，本实例中，应答机接收到传输码后，对数据传输码进行信道解码，然后对解码后的数据传输帧序列进行解帧，按帧序号依次从插入域中提取出遥控指令数据并恢复出完整的遥控指令数据，然后通过串口送给星务计算机逐帧进行CRC校验。校验正确则该遥控指令由星务计算机送给相应星上设备；校验错误则丢掉该遥控指令数据。同时，卫星应答机按帧序号依次从数据域中提取出软件代码数据并恢复出完整的软件代码数据块，然后通过串口送星务计算机进行逐数据块校验，并检查数据块序号。校验正确则将该数据块存入星务固态存储器，并返回校验正确的遥测量；校验错误则将该数据块丢掉，并返回校验错误的遥测量，告知地面错误数据块序号。

2)对卫星软件重构接口设计，进行星内上注；

通过卫星软件更新接口协议设计，实现软件代码数据从卫星星务固态存储器到目标星载设备的缓存的星内上注。

对不同的星载设备进行软件更新接口上注时，地面需发送不同的遥控指令。

星载设备软件更新接口相关的遥控指令应至少包含以下两种：

指令1：软件更新数据准备发送；

指令2：软件更新数据发送；

指令1用来告知星载设备中用于接收来自星务固态存储器上注数据的FLASH Bank号、Page号，以及将要发送的软件重构数据块数量。

指令2用来控制星务固态存储器和目前星载设备之间软件更新数据的发送。发送接口可以是CAN总线/RS422/RS485/LVDS/I2C/SPI等接口中的一种。

目标星载设备收到来自星务固态存储器的软件更新数据后，逐数据块进行CRC校验，并检查数据块序号。校验正确则将来自星务固存的数据块存入星载设备Buffer中，等待软件重构开始命令；校验错误则丢弃该数据块，并告知星务错误数据块的序号，星务固态存储器重发该数据块。

如图4所示，具体实施流程如下：地面站发送指令1给目标星载设备，星载设备准备开始接收存储在星务固态存储器中的软件更新数据；接着地面站发送指令2给星务固态存储器开始发送数据，目标星载设备收到来自星务固态存储器的软件更新数据后，逐数据块进行CRC校验，并检查数据块序号。校验正确则将来自星务固存的数据块存入星载设备缓存Buffer中，等待软件重构开始命令；校验错误则丢弃该数据块，并告知星务错误数据块的序号，星务固态存储器重发该数据块。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (15)

1.一种用于卫星在轨软件重构的数据上注方法，其特征在于，该方法的步骤如下：

步骤1)进行星地上注协议设计，完成软件重构数据的星地上注；

步骤2)进行卫星软件重构接口协议设计，完成软件重构数据的星内上注。

2.根据权利要求1所述的一种用于卫星在轨软件重构的数据上注方法，其特在于，所述步骤1)中，进行星地上注协议设计的具体方法为：基于CCSDS标准设计星地数据传输帧并进行域划分、填充在轨软件重构数据和遥控指令数据。

3.根据权利要求2所述的一种用于卫星在轨软件重构的数据上注方法，其特征在于，步骤包括：

将数据传输帧划分为帧主导头、插入域、数据域和第一差错控制域，并基于划分的四个部分对数据传输帧进行处理，将遥控指令帧顺序填充到插入域相应字节；将软件重构数据块顺序填充到数据域；

将获得的具有软件重构数据和/或遥控指令数据的数据传输帧序列进行信道编码，获得数据传输码。

4.根据权利要求3所述的一种用于卫星在轨软件重构的数据上注方法，其特征在于，所述帧主导头包括：主信道标识符、虚拟信道标识符、虚拟信道帧计数器、信号域和第二差错控制域的以上一种或多种。

5.根据权利要求4所述的一种用于卫星在轨软件重构的数据上注方法，其特征在于：

利用主信道标识符来标识数据传输帧版本号和航天器标识符；

利用虚拟信道标识符来标识虚拟信道；

利用虚拟信道帧计数器中每个虚拟信道内的顺序计数器记录每个虚拟信道内每个数据传输帧的二进制顺序；

利用信号域标识回放标识、虚拟信道帧计数器循环应用标志、虚拟信道帧计数器循环次数；其中，回放标识用来表示该帧是实时传输帧或者回放数据传输帧；

利用第二差错控制域中的差错控制符号，对主信道标识符，虚拟信道标识符以及信号域进行CRC校验。

6.根据权利要求3所述的一种用于卫星在轨软件重构的数据上注方法，其特征在于，对传输帧进行处理的步骤包括：

利用插入域中的前两个字节对主信道帧循环计数，其余字节根据数据传输帧频和期望的遥控指令速率，确定每个数据传输帧插入域中填充的遥控指令数据的字节数；多余的字节填充全AA；将含有校验位的遥控指令数据帧按设计的字节数顺序插入到数据传输帧序列的插入域中；

利用数据域填充软件重构数据；将含有校验位的软件重构数据块按数据域长度分割并顺序填充到数据传输帧序列的数据域中。

7.根据权利要求3所述的一种用于卫星在轨软件重构的数据上注方法，其特征在于，对传输帧进行处理的步骤包括：

第一差错控制域，在传输帧数据域之后，为若干比特帧差错控制字生成的二进制码块。对传输帧的前(n-16)bit(除去帧差错控制域)后附加16bit帧差错控制字生成系统二进制(n，n－16)码块。

8.根据权利要求3所述的一种用于卫星在轨软件重构的数据上注方法，其特征在于，

将获得的具有软件重构数据和/或遥控指令数据的数据传输帧序列先进行信道编码，再进行伪随机处理，获得数据传输码。

9.根据权利要求8所述的一种用于卫星在轨软件重构的数据上注方法，其特征在于，对数据传输帧进行编码，获得数据传输码的步骤还包括：

在数据传输码的前端增加附属同步标识。

10.根据权利要求1所述的一种用于卫星在轨软件重构的数据上注方法，其特征在于：所述步骤1)中，完成星地上注的具体方法为：

利用地面站天线与在轨卫星中的测控应答机和测控天线构建星地上注通道；

卫星应答机对收到的数据传输码进行信道解码获得数据传输帧序列，然后对数据传输帧进行解帧，按帧序号依次从插入域中提取出遥控指令数据并恢复出完整的遥控指令帧，然后通过串口送给星务计算机逐帧进行CRC校验；

校验正确则该遥控指令由星务计算机送给相应星上设备执行；校验错误则丢掉该遥控指令帧；

卫星应答机按帧序号依次从数据域中提取出软件代码数据并恢复出完整的软件代码数据块，然后通过串口送星务计算机进行逐数据块校验，并检查数据块序号；

校验正确则将该数据块存入星务固态存储器，并返回校验正确的遥测量；校验错误则将该数据块丢掉，并返回校验错误的遥测量，告知地面错误数据块序号,星务固态存储器重发该数据块。

11.根据权利要求10所述的一种用于卫星在轨软件重构的数据上注方法，其特征在于，

所述软件重构数据和遥控指令数据能够共用同一个星地通道传输。

12.根据权利要求1所述的一种用于卫星在轨软件重构的数据上注方法，其特在于：所述步骤2)进行卫星软件重构接口设计，完成星内上注的具体方法为：对不同星载设备进行软件重构时，地面需发送不同的遥控指令；

通过指令控制，将软件重构数据再次由星务固态存储器上注到星载目标设备的缓存中等待重构执行命令。

13.根据权利要求12所述的一种用于卫星在轨软件重构的数据上注方法，其特在于：星载设备软件更新接口相关的遥控指令应至少包含以下两种：

指令1：软件更新数据发送准备；

指令2：软件更新数据发送。

14.根据权利要求13所述的一种用于卫星在轨软件重构的数据上注方法，其特在于：

指令1用来明确星载设备中用于接收来自星务固态存储器上注数据的FLASH Bank号和Page号，以及将要发送的软件重构数据块数量；

指令2用来控制星务固态存储器和目前星载设备之间软件更新数据的发送。发送接口可以是CAN总线/RS422/LVDS/I2C/SPI等接口中的一种。

15.根据权利要求12所述的一种用于卫星在轨软件重构的数据上注方法，其特在于：

目标星载设备收到来自星务固态存储器的软件更新数据后，逐数据块进行CRC校验，并检查数据块序号；

校验正确则将来自星务固存的数据块存入星载设备缓存Buffer中，等待软件重构开始命令；校验错误则丢弃该数据块，并告知星务错误数据块的序号，星务固态存储器重发该数据块。

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