CN1120876A - 具有用于控制多个不同类型受控部件的命令发生器的命令调制系统 - Google Patents

Abstract

一种从多个，其中既有本地(3)又有远程(6)的输入源接收命令的命令调制系统，该系统可将命令配布给多个受控设备，受控设备可以是多个卫星。利用输入源，用户可以对多个调制通道(8)中的数字信号处理器进行配置，以使这些通道具有合适的调制参数。由此，该系统可以用于控制多个不同类型的受控设备。

Description

具有用于控制多个不同类型受 控部件的命令发生器的 命令调制系统

本发明涉及一种命令调制系统，用于发生将被送至例如，卫星等的命令外部受控设备。

图1说明了典型现有命令发生部件。如图1所示，命令发生器单元100被设成来接收来自前台接口和/或外部数据处理系统的200输入。这种传统系统的硬件配制包括安装于命令发生器单元100单独盒内的微机与外围处理器。控制前台上的数字键盘、控制钮与字符显示器组成本地控制的操作界面，图1中标识为前台操作接口。一个串行接口用于由外部处理器200来进行的计算机控制，这样的接口在图1中标识为计算机接口线。产生命令所需的参数可由控制前台的操作员输入或者从外部数据处理系统200接收。由数据处理系统200产生的命令可首先被存贮，然后沿计算机接口线送至命令发生器单元100。命令发生器单元按照从前台或外部处理系统接收的数据产生合适的命令序列用于传送至目标系统，如一个特定的卫星。

图1的系统使用的软件存于一个可编程ROM中。此软件处理经由前台控制在本地操作员的输入，和/或经由串行口来的外部处理器的输入。该软件由汇编语言写成并非常难修改。

此外，命令发生器是定制设计的，只可以控制特定的一种或几种类型的已知目的系统，且在给定时间只能产生单一形式的输出。这产生这样的问题：如果多个已知类型的目的系统要被同时控制，或者新的类型的目标系统要被控制，就需要相应个数的命令发生器。

本发明的目的之一在于提出一种命令调制系统，其具有同时为多个不同类型的目标系统提供输出的能力。

本发明的另一个目的在于提供一种命令调制系统，该系统以相对小的花费高度灵活地适应于新的目标系统的增加。

按照本发明，一个命令调制系统包括一个或多个输入设备，它们既可以是本地也可以是远程的设备；一个命令发生器，用于按照输入设备来的命令信息产生被控系统的命令序列；至少一个命令调制通道，用于按照命令信息和通道参数产生被调制的命令信号以传输给被控系统；一个通道控制器以响应命令信息用于控制至少一个通道参数。

本命令调制系统的优选实施例包括多个命令调制通道分别用于控制不同的目标系统。用户可为特定的的目的系统分配特定的通道，配制被分配的通道的调制参数，例如：调制方式，频率、振幅及比特率，使之与被控系统相兼容，然后输入用于目的系统而产生的命令序列，该序列由所分配的命令调制通道调制然后传输给目标系统。

输入设备可以是操作员输入设备，如操纵台或键盘，或者是一个外部处理器，或者两者兼而有之。它们既可是本地也可是远程设备，远程设备被连至系统控制器，该控制器产生合适的命令序列与命令参数并将其转给命令调制通道。

该命令调制通道使用廉价数字信号处理器(DSP)电路产生命令调制波形。也提供加密能力。最后，在命令空闲期间，每个通道可以传送用户定义的扩展波形以消除射频载波能量以满足CCIR的连接时的能量限制。

在本优选实施例中，本地命令调制系统用一台个人计算机，如带Intel 386处理器的IBM PC实现。然而应该理解，可以采用另外的实现方法，并较优地适合特定的环境。

以下将结合附图，详细说明本发明，附图简要说明如下：

图1是说明现有的命令发生器单元的能力的图。

图2是说明本发明的命令调制系统的能力的图。

图3是说明本发明的命令调制系统的基本硬件配制的图。

图4是说明本发明的命令调制系统的基本软件配制的图。

图5是说明本发明的命令调制系统的扩展硬件配制的图。

图6是说明本发明的命令调制系统的扩展软件配制的图。

图2解释本发明的命令调制系统的一般结构。这里命令调制系统10能够从多个外部处理系统2a至2c中接收输入，并能同时提供多个输出。

优选实施例包括分布式多处理结构。它允许有从本地与远程设备来的操作员命令的多个输入源。并向沿计算机接口线的多个外部处理系统提供接口用于计算机控制命令。其模块设计容易适合于不同应用并且可用于需要本地与远程命令能力的复杂系统的不同类型的同时命令控制。

本发明还通过例如向系统增加数字信号处理板，并且修改现存的软件模块等方式以相对低的成本，为适应新型目标系统的增加，提供了灵活性。本发明使用数字信号处理技术提供廉价的命令发生调制波形的手段。一个系统就能同时产生多个输出以指示多种受控设备，例如，多个卫星。

图2的命令调制系统10是模块形式由软件与硬件模块组合集成。这些模块将结合说明基本系统配制的图3与4在下面描述。

如图3所示的本发明的优选现实施例的基本硬件配制包括一个本地输入设备6，如直接连至系统控制器4的键盘和视频显示终端，用于提供本地操作能力，一个连至远地系统控制器的同类型远程输入设备3，用于提供远程命令能力。系统控制器接收操作员输入的命令信息，产生合适的命令序列、通道分配和配制数据，如果是远程，则通过通讯网络5向系统4传送，如果是本地，则直接经过通讯线向系统4传送。系统控制器1也能依据来自外部数据处理系统2的命令信息输入，发布计算机控制命令。

系统控制器4接收命令序列、分配通道和配置数据，将其通过一CMC通讯接口7继续送至一组命令调制通道(CMC)8a-8n。如果需要，可以提供多个本地和/或远程输入设备、处部数据处理系统和系统控制器。每个命令调制通道可以向不同类型的系统发布命令，并能够产生单一或多个输出给同一目标系统。由于保密的原因，有些目标系统配有加密命令模式的处理能力，为此提供一个接口至加密设计9以对这种操作模式提供支持。

尽管优选实施例包括上述图3中所示特定顺序排布的模块，这些模块可以多种不同的方式排布以适合于特定系统应用，例如，如同将结合命令调系统的一个扩展版本在以后说明的那样。

图3所示的多种硬件部件将详细描述。

系统控制器用于提供命令发布能力。对卫星命令的发布，远程系统控制器典型地处于卫星控制中心。命令信息由键盘或其它输入设备的操作员输入，或者命令信息被预存而由外部处理系统2传至系统控制器。系统控制产生对应于输入命令的命令序列、分配通道及配置数据，该数据在系统控制器如为远程时，通过通讯网络5，在系统控制器如为本地时，则通过直接通讯线送至相应的系统控制器4。基本系统包括一个输入设备和系统控制器，然而，为允许远程发布命令能力，典型的系统除本一个本地输入设备和系统控制器之外有至少一个远程输入设备和系统控制器。

典型地，键盘与视频显示终端作为本地或远程的输入设备6或3，允许操作员向被控系统输入命令信息。在本地，输入设备6连至系统控制器4。在远程，输入设备3连至系统控制器1。

通讯网络5连接远地系统控制器1和本地系统控制器4。通讯网络可以象连接远程与本地控制系统的直接连口连线一样简单，也可以象广域网一样复杂，能允许几个远程控制系统与一个或多个本地控制系统通讯。典型地，当命令系统资源如同本地控制器一样是位于一特定区域内(如一个设施内的不同地方)的多个远地系统控制器时，一局域网用于充当通讯网络5。通讯调制解调器有时也用于从远程系统控制器提供命令发布能力。

系统控制器4从输入设备或外部数据处理系统接收命令信息，并将命令序列、通道分配和配置数据经CMC通讯接口7送至一组命令调制通道8a-8n中。输入设备6，系统控制器4，CMC通讯接口7和命令调制通道8a-8n典型地由个人计算机(PC)实现并放于其中。对卫星的命令发布，这样的命令调制系统通常设在地面站中，该地面站地理上适当定位以向特定的卫星提供命令传输访问。

系统控制器4产生用于设置适当的波形产生格式的适当的命令调制通道所需的命令序列通道设置及配置数据，并把这些数据与命令序列一道送至通道控制器，系统控制器通过上述过程来控制CMC8a-8n。每个命令调制通道可能需要不同的波形产生格式，例如每个通过特定命令调制通道被访问的卫星，需要以特定格式接收命令序列。通过提供多个命令调制通道，其中任何一个可以具有独自的波形产生格式，可命令多个各自需接收特定波形的多个卫星。配置命令调制通道和提供命令序列的功能由本地输入设备6、或远程输入设备3的操作员，或由外部数据处理系统2的请求来完成。

该CMC接口7提供系统控制器4和可用的命令调制通道8a-8n间的通讯，其通常由系统控制器和命令调制通道的数字信号处理器间的工业标准计算机总线上例如VME总线上的对存贮器共享块的双向访问来实现。

每个命令调制通道是一个集成模块，以产生基带命令波形。每个单元由一个数字信号处理器(DSP)模块、数模转换器(DAC)和输出抗混淆滤波器组成。命令调制通道根据从系统控制器4来通道分配、配置数据产生调制的命令波形。每个命令调制通道8a-8n能够向不同的系统类型发布命令，能够产生单一或多个输出给同一目标系统，多个输出通常用于起备用作用。例如象卫星这样的复杂系统通常装有两上备用接收器用于目标系统。命令调制通道用于此种应用时，能够提供两种输出以使得能够同时产生针对这两个接收器的传输的波形。

作为一种保护大型卫星投资的保密手段，在没有命令期间包括命令输出序列间和命令序列内的位间，向命令接收器发送连接载波。这将避免对卫星的干扰及未经申请向卫星发送指令。在上述期间，命令调制通道产生用户定义的扩展波，分散载波装置，以使其不超过由CCIR建立的连接能量限度。

为了保密，一些目的系统有加密命令模式。在此情况下，外部加密设备9，在信息途经系统控制器时给予加密。这样，未经授权的用户不能检测传给目标系统的信息，或传送非授权命令给系统。进一步说，每个目标系统有一个相对应的解密器以解密收到的加密信息。

按照本发明的命令调制系统包括一组灵活的合适的软件模块，其基本系统配制如图4所示。操作接口模块13和16在系统控制器1和4上运行，允许操作员在本发或远程访问系统的通道控制和命令产生功能，通道控制模块11a和14a分别在系统控制器1和4上运行，按照从操作员接口模块13和16及外部数据处理系统收到的命令信息，进行特定目标系统的通道分配、配置。命令调制通道8a-8n的配置由选择、修改目标系统的相应调制参数，例如调制方式、频率、振幅和比特率来进行。

命令产生模块11b和14b也分别在系统控制器1和4上运行，按照由操作员接口模块13和16以及外部数据处理系统接收的命令信息产生命令序列。命令产生模块11b-n和通道控制模块11a分别完成与命令产生模块14b-n和通道控制模块14a相同的功能，以响应所收到的来自输入设备外部数据处理系统来的命令信息。命令序列和通道控制数据经由网络通讯接口模块15送至命令控制器模块10，该模块运行于本地系统控制器4上。

命令控制器模块10接收命令控制数据和命令序列，发出申请，并用CMC通讯接口模块17将其送入合适的命令调制通道。一个DDS(直接数字合成)模块18a-18n运行于每个命令调制通道上，基于选择的模块参数产生将被传送给目标系统的调制的命令波形。

图4解释的各种软件模块，将更详细说明如下。

操作员接口模块13和16通过图3中的输入设备3和6来提供操作员和系统间的接口。操作员接口模块13和16分别处于图3的系统控制器1和4上。操作员接口模块允许操作员进行本地或远程访问系统的通道控制和命令产生功能。为每种类型的目标系统提供一个通用的操作员接口模块和附加的操作员接口模块。

每个操作员接口模块是一外层程序以允许操作员访问通道控制模块(11a、14a)和命令产生模块(11b-n、14b-n)。它由建立与控制主菜单、子菜单、对话框及功能键的程序集合而成，例如要增加新类型的目标系统时，可使用操作员接口程序集来建立用于新型目标系统的命令产生对话框，定义适合的动作(例如传输命令、执行命令)为功能键，将对话框分配到子菜单上以对其进行访问。

通道控制模块11a和14a控制图3所示命令调制通道8a-8n的状态和配置。这允许操作员通过输入系统的识别号，如空间飞行器的识别另给一特定的目标系统分配命令调制通道。也允许操作员通过选择合适的波形调制参数如调制模式，载波频率、振幅和比特率为目标系统配置命令调制通道。通道控制模块11a和14a分别处于图3的系统控制器1和4中。一般来说，在具有本地通道控制能力的系统中，系统控制器的本地操作员能选择哪些命令调制通道允许由外部数据处理系统或远程输入设备控制。外部数据处理系统或远程的输入设备只可分配、配置、和使用(命令)那些可以被控制的命令调制通道。

命令产生模块11b-n和14b-n从操作员接口模块13和16及外部数据处理系统2接收命令信息，按接收的命令信息及目标系统制造商的说明书产生命令序列。该命令序列对不同类型的目的系统来说一般是不同的，因此对每一类目标系统提供一个分别的命令产生模块。命令产生模块14a-n处于图3中的系统控制器4中，此处需要本地(操作员或计算机控制的)命令发布能力，命令操作模块11b-n处于图3的系统控制器1中，此处需要远程(操作员或计算机控制的)命令发布能力。

网络通讯接口模块15在系统控制器1和4中，提供系统控制器间的接口。如果使用命令序列和命令控制数据传至命令控制模块10，如果是远程，上述传送是通过网络通讯接口模块15来完成，如果是本地，则通过直接通讯联接来完成。最常用的接口是直接异步接口，局域网接口和调制解调器接口。

命令控制器模块10在本地系统控制器4中，根据接收到的命令控制数据来响应一组命令调制通道的控制。命令控制器模块10的功能是确认由所接收的来自命令控制模块11a和14a的命令控制数据，并通过CMC通道通讯接口模块17把这些数据和来自命令产生模块11a-n和14a-n的相关数据送给相应的的命令调制通道。并将状态信息送回给产生初始命令的输入设备或外部数据处理系统。命令控制器模块10对以下形式和内容的消息进行确认，然后对这些消息进行处理：

调制方式选择：调制模式(如频移键控(FSK)或相移键控(PSK))，调制参数(例如频率、振幅，“1”出现时间、“0”出现时间间隔)。

数据传输：将被传给目标的命令序列。

执行(Execute)：将被传送的执行单音(tone)或多音(tones)。

数据传输和执行：与执行单单音一起将被传输的命令序列。

停止：一个请求用于停止命令序列的传输和执行。

传输状态：一个请求用于由通道进行的状态信息操作。

该CMC通讯接口模块17提供命令控制模块10与下面将叙述的DDS模块(18a-18n)间的接口，该接口模块17在图3的系统控制器4和图3的命令调制通道8a-8n中。

当系统控制器4要将命令控制数据和命令序列传给一个特定的命令调制通道时，它通过CMC通讯接口，将数据和命令序列传送至系统控制器4和命令调制通道10共享存贮器区中，并设置标志让命令调制通道读这个数据或命令序列。命令调制通道接收请求，完成操作，把所有的要求的状态信息放在共享存贮器区中，以供系统控制器4读出。

DDS模块18a-18n运行于图3的命令调制通道8a-8n中的数字信号处理器上。每个DDS模块使用直接数字合成(Direct DigitalSynthesis DDS)技术，按照选择的调制参数，产生将传给目标系统的被调制的命令波形。该DDS技术是一种用于产生任意周期性波形的已完备建立的离散数字技术。因为本发明中的命令调制系统中，DDS技术由软件实现，所以对大动态范围的波形参数，例如频率和振幅，可以获得很好的分辨率。对不同的目标系统，提供所需的不同的调制方式来发布命令。最常用的方式是频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。

通道控制功能用于选择和配置用于命令一特定类型的目标系统的通道，并维持全部命令调制通道的当前状态。当本地或远程操作员从操作员接口模块选择通道控制选项时，图3中的全部的命令调制通道8a-8n的状态被显示。其后操作员可以选择一个通道并显示其配置。通道配置包括目标系统的标识，调制方式，调制参数，如频率、振幅和比特率。

本地操作员接口模块13和16可允许操作员通过发一个请求给图4的控制模块11a和14a来建立和修改通道的配置。当一个通道被选择用来控制一个新型目标的系统时，要完成上述操作。通过本地操作员接口16，控制能力也可授权给任何命令调制通道的外部数据处理系统2或远程输入设备3。

当远程操作员或者一个外部数据处理系统需要建立或修改通道配置时，从运行于图3中的远程系统控制器1上的通道控制模块11a发送一个请求到运行于图3的系统控制器4上的系统控制器模块10中。如果该通道被指定具有远程操作员或外部数据处理系统控制能力，上述请求被接收且该远程操作员或外部处理系统被允许去配置该通道以用于新的目标系统。如果该通道没有被指定具有这样的控制能力，则该请求被禁止。

如将修改通道配置的请求被接受，它通过CMC通讯接口模块17被分配给合适的通道。

运行于命令调制通道的DDS模块，接收命令控制数据并修改其配置以使其能给目标系统发布命令。

命令调制系统识别4种命令模式：本发操作员命令、远程操作员命令、外部数据处理系统的计算机控制命令及加密模式命令。

本地操作员命令通过直接与图3的系统控制器4相连的键盘和视频显示终端由输入装置6来进行。在针对目标系统选择通道并完成设置后，相应目标系统的操作员接口由操作员接口模块提供给操作员，随后操作员输入所需的命令信息。典型的需要为目标卫星系统产生命令序列的命令信息为：飞船的标识I.D.，接收器I.D.，解码器I.D.，命令号和命令数据。

命令信息按目标系统的类型传给命令产生模块14b-n以产生命令序列。命令序列然后被传给命令控制模块10，该模块将其通过CMC通讯接口模块17送给已分配给该目标系统的DDS模块(18a-18n中之一)。反馈由操作员接口模块16送至操作员屏幕以确认命令已经成功地送到命令调制通道上。

远程操作员命令以基本上与本地操作员命令相同的方式进行。键盘和视频终端显示(即图3的输入设备3)与远程控制系统1相连。由系统控制器1产生的命令序列经图4的网络通讯接口模块15送至图3中系统控制器4上运行的命令控制器模块10。在将命令序列传给命令调制通道后，反馈响应由命令控制模块10送回，这样以提供一个指示信息到远程输入设备的显示屏上以指示该命令已被传送。

由外部数据处理系统来的计算机控制命令的形成不需要操作员发布。由外部数据处理系统的命令自动触发是众所周知的，因而不在此处全面描述。被控通道应已被指定为由计算机控制发布命令。这可由本地操作员完成或者作为系统配置的启动选项来完成。

图3中在系统控制器1和4上的通道控制模块11a或14a分别接收由外部数据处理系统2来的请求，请求对应其目标系统的类型来配置通道。该请求包括所选的通道号和调制参数。通道控制模块产生通道分配和配置数据将这些数据传给命令控制器模块10，如果为远程，则经由网络通讯接口模块15；如果为本地，则直接经通讯连线。随后外部数据处理系统能把所需请求送给特定目标类型系统的命令产生模块11a-11n，或14b-14n。命令产生模块产生命令序列并传送，如果是远程，则经由网络通讯接口模块15；如果是本地，则经由直接通讯连线，把该命令序列传给本地系统控制器4上的命令控制模块10。命令控制模块将通道分配、配置数据和命令序列经CMC通讯接口模块17送至分配给目标系统的DDS模块(18a-18n)中之一，并由命令产生部分向外部数据处理系统回送一个确认响应，以确认该命令序列已送达DDS模块。

由于保密的原因，加密模式命令一般要求系统控制器与加密器处于同一(安全)区域。一个命令调制系统可以支持多个命令加密源。加密模式由操作员接口模块1 3或16选择，或者由在系统控制器1或4上外部数据处理系统2选择。在该加密模式下，用于特定的目标系统类型的命令产生模块(11a-n或14b-n)根据由操作员接口模块13或16或外部数据处理系统2所传来的命令信息产生命令序列。命令产生模块然后发送命令序列和一个加密请求至加密设备9，并获得一个经加密的命令序列，该序列随后被送给命令控制模块10，被由DDS模块18a-18n之一发送。

本发明的命令调制系统设计灵活性可由图5和图6所示的扩展系统配置进一步理解，其中图5说明一扩展的硬件配置，图6说明一扩展的软件配置。每个命令调制通道的设置由本地控制器4经CMC通讯接口7控制。通过一本地输入设备6为系统控制器中之一提供本地命令能力。在本特例中，其余的系统控制器不具备对其命令调制通道设置的本地命令能力。系统控制器1，可处于远程，通过通讯网络5与系统控制器4通讯。在这样的配置中，一个系统控制器1只能通过远程输入设备提供操作员命令能力。而另一个系统控制器1只能提供通过与提供命令参数的外部数据处理系统2接口的计算机控制命令能力。第三个系统控制器1同时具有操作员控制命令和计算机控制命令能力。

图6示出上述扩展命令调制系统的软件配置。提供给该系统控制器的软件模块的选择是基于所期望的每处所需的命令能力而做出的。

基于上述扩展系统的配置。很清楚可以使用很多种不同的配置来提供高度灵活的系统。因此，本发明的命令调制系统能适合于多种新的和将来的应用。

尽管上面叙述了本发明的优选实施例。可以理解在不脱离后附的权利要求所限定的范围情况下，可对此处公开的系统做多种变化和修改。

Claims (15)

1、一种用于为多个受控系统产生调制命令的命令调制系统，所述命令调制系统包括：

至少一个输入设备用于提供命令输入数据；

至少一个命令产生装置用于按照所述命令输入数据产生命令信息用于所述受控系统；和

多个命令调制通道，以依据所述命令输入数据产生调制的命令信号，用于将所述命令信息同时传送给各自所述受控系统。

2、如权利要求1所述的命令调制系统，其中所述命令调制信号按照与各个控制系统相关联的通道参数被传送给所述受控系统，所述命令调制系统进一步包括响应所述命令输入数据的通道控制装置以用于控制至少一个所述通道参数。

3、如权利要求1所述的命令调制系统，其中所述的系统同时包括本地和远程输入设备。

4、如权利要求1所述的命令调制系统，其中所述的远程输入设备包括一外部数据处理系统。

5、如权利要求1所述的命令调制系统，其中所述的输入设备包括一操作员输入设备。

6、如权利要求1所述的命令调制系统，其中，所述的输入设备包括一外部数据处理系统。

7、如权利要求5所述的命令调制系统，还包括一外部数据处理系统以作为一第二输入设备。

8、如权利要求2所述的命令调制系统，其中所述的通道控制装置控制至少用于所述命令调制通道的调制模式、频率、振幅或比特率之一。

9、如权利要求2所述的命令调制系统，其中所述通道控制装置包括响应于所述输入数据的装置以用于分配至少一个所述命令调制通道给相应所述受控系统。

10、如权利要求1所述的命令调制系统，其中所述命令信息包括与所述受控系统相容的命令序列。

11、如权利要求1所述的命令调制系统，其中每个所述命令调制通道包括响应产生所述的调制命令信号的所述命令信息的数字信号处理电路。

12、如权利要求1所述的命令调制系统，包括用于加密所述命令信息的加密装置。

13、如权利要求1所述的命令调制系统，其中在无命令期间，沿所述的命令调制通道发送用户定义的扩展波形。

14、如权利要求1所述的命令调制系统，其中，所述命令产生装置包括至少一个软件模块，由此该命令调制系统在使用同样的硬件用于每个受控系统的操作时，能够根据受控系统的多种不同类型而重新配置。

15、如权利要求1所述的命令调制系统，其中，所述输入设备包括一使用了与一第一受控系统相关联的一第一操作员接口软件模块的一操作员输入设备，由此一第二操作员接口软件模块可加入所述系统以便于用于一第二受控系统的命令输入数据的操作员输入。

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