CN112181866B - 一种基于卫星在轨有效载荷数据处理的数据传输分系统 - Google Patents

Abstract

一种基于卫星在轨有效载荷数据处理的数据传输分系统，包括卫星在轨有效载荷数据判别模块、载荷数据缓存区、数据传输控制模块、固态存储器，通过数据传输控制模块的两种工作模式，采用长期载荷数据与短期载荷数据的单独控制，对长短期载荷随机态数据进行了清空，确保进入固存的记录数据均为有效数据，提升了固存存储效率，同时利用直传数据与回放数据共享通道下传资源，可同时获取在轨实时数据与历史数据，提升了系统使用的灵活性、针对性。

Description

一种基于卫星在轨有效载荷数据处理的数据传输分系统

技术领域

本发明涉及一种基于卫星在轨有效载荷数据处理的数据传输分系统，属于卫星通信数据传输领域。

背景技术

数传分系统主要负责接收并下传卫星载荷数据，分系统工作时根据载荷工作方式与地面站位置，选择不同的工作模式对数据进行记录、读取和传输。星上载荷类型主要分为长期载荷与短期载荷，长期载荷在轨全生命周期内连续工作，对数据完整性要求高，短期载荷受限于卫星能源分配或自身特殊属性选择阶段性工作，开关机频繁，对数据正确性要求高。

传统的工作模式设计主要分为记录模式、擦除模式、回放模式、直传模式。记录模式用于地面站可见范围以外的区域，工作时将数据缓存区中接收到的载荷数据记录到固态存储器中。擦除模式是将固态存储器中容量进行释放，以便继续记录新数据。回放与直传模式用于地面站可见范围内的区域，回放模式是将固态存储器中的数据读出，经过射频通道下传至地面。直传模式是将数据缓存区中接收到的载荷数据直接通过射频通道实时下传至地面。传统的工作模式应用于在轨长短期载荷兼容的卫星上时，将会出现以下缺点：

(1)记录模式时由于短期载荷上下电时接口电路产生毛刺信号，使数据缓存区中出现随机态数据无法被剔除，该错误数据既影响了正确数据的连续性，同时也被记录到固态存储器中，降低了存储效率。

(2)擦除模式需要每次卫星入地面站时对固态存储器的容量判读，由于卫星长期载荷连续工作，需要对存储剩余容量进行预估，增了加人工判读工作量，若出现判读失误，则可能出现数据记满溢出，长期载荷数据中断。

(3)直传模式由于载荷工作状态不同，输出的有效数据速率也随之变化，此时为了与射频下传通道带宽匹配，将无效空帧数据进行填充，降低了数据下传效率。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，传统数据传输的工作模式容易出现错误数据、判读失误、数据下传效率低的问题，提出了一种基于卫星在轨有效载荷数据处理的数据传输分系统。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种基于卫星在轨有效载荷数据处理的数据传输分系统，包括卫星在轨有效载荷数据判别模块、载荷数据缓存区、数据传输控制模块、固态存储器，其中：

卫星在轨有效载荷数据判别模块：对卫星在轨有效载荷数据进行判别，将有效载荷数据区分为长期有效载荷数据、短期有效载荷数据；

载荷数据缓存区：包括长期有效载荷数据缓存区，短期有效载荷数据缓存区，分别用于存储长期有效载荷数据、短期有效载荷数据；

数据传输控制模块：根据卫星在轨有效载荷数据判别模块的判别结果，分别将长期有效载荷数据、短期有效载荷数据存储于对应缓存区，根据所选工作模式控制长期有效载荷数据、短期有效载荷数据于对应缓存区内进行记录及擦除或记录直传及回放；

固态存储器：在数据传输控制模块的控制下对长期有效载荷数据、短期有效载荷数据进行记录、擦除、下传。

所述数据传输控制模块的工作模式包括：

自主记录与擦除模式：根据卫星在轨有效载荷数据判别模块的判别结果，根据外部记录指令对长期有效载荷数据缓存区，短期有效载荷数据缓存区进行选择性清除控制，同时对长期有效载荷数据、短期有效载荷数据于对应数据缓存区内进行选择性存储；

根据外部顺序记录指令，控制固态存储器进行数据记录及擦除；

记录直传及回放模式：通过地面控制站配合进行有效载荷数据的记录、直传或回放处理。

所述自主记录与擦除模式中，若外部记录指令中，允许长期有效载荷数据记录，禁止短期有效载荷数据记录，则停止对长期有效载荷数据缓存区的清除控制，对短期有效载荷数据缓存区维持清除控制；

若外部记录指令中，允许长期有效载荷数据、短期有效载荷数据记录，则停止对数据缓存区的清除控制；

若外部记录指令中，允许短期有效载荷数据记录，禁止长期有效载荷数据记录，则停止对短期有效载荷数据缓存区的清除控制，对长期有效载荷数据缓存区维持清除控制；

其中，所述清除控制均为定时清除控制。

所述自主记录与擦除模式中，若接收外部顺序记录指令，则通过数据传输控制模块控制固态存储器同时进行数据记录与擦除，于上次记录停止位置为起点继续记录允许记录的有效载荷数据，当固态存储器中文件块容量不足X个时，进行固态存储器自主擦除，当记录第N号文件时，自主擦除固态存储器中第N+X-1、N+X号文件，并对已擦除的文件进行标示；

当记录第N+1号文件时，自主擦除固态存储器中第N+X、N+X+1号文件，对第N+X号文件进行判断，若记录第N号文件时已完全擦除，则本次记录过程中只对N+X+1号文件进行擦除。

所述记录直传及回放模式中，数据记录过程与自主记录与擦除模式相同，根据地面控制站的数据传输指令，由载荷数据缓存区中直接读取已记录的有效载荷数据进行直传，或接收固态储存器下传数据进行回放。

所述记录直传及回放模式中，直传或回放所得有效载荷数据均在地面控制站可见范围内进行接收，直传数据接收优先级大于回放数据，直传数据传输速度大于回放数据传输速度，若数据传输指令为回放指令，则对待回放数据进行动态速率调整直至与直传数据传输速度、数据下传通道传输带宽匹配。

若数据传输指令为回放指令，同一时刻载荷数据缓存区中不存在有效载荷数据，则以最大传输速度进行回放数据下传。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明提供的一种基于卫星在轨有效载荷数据处理的数据传输分系统，通过数据传输控制模块的两种工作模式，采用长期载荷数据与短期载荷数据的单独控制，使长短期数据在缓存区物理隔离，避免了数据间相互干扰，对长短期载荷随机态数据进行了清空，确保进入固存的记录数据均为有效数据，提升了固存存储效率，同时通过自主记录与擦除工作模式，采用固存在轨自主擦除，固存可实现边记录边擦除功能。确保在轨不会出现记满数据溢出。降低了人工判读失误率，提升了设备自主工作能力，简化了地面使用方法。

(2)本发明采用记录直传及回放模式，利用直传数据与回放数据共享通道下传资源，可同时获取在轨实时数据与历史数据。提升通道下传效率，降低了数据空帧率。直传与回放功能可选组合使用，也可任意选择单一直传或回放模式工作，提升了系统使用的灵活性、针对性。

附图说明

图1为发明提供的数据传输分系统工作模式示意图；

图2为发明提供的数据记录状态示意图；

具体实施方式

一种基于卫星在轨有效载荷数据处理的数据传输分系统，主要负责接收并下传卫星载荷数据，根据载荷工作方式与地面站位置，选择不同的工作模式对数据进行记录、读取和传输，能够实现对长期载荷有效数据、短期载荷有效数据的区分，同时能够实现同一时间对两种数据的存储控制，如图1、图2所示，工作模式主要包括自主记录与擦除模式、记录直传及回放模式，系统组成主要包括：

卫星在轨有效载荷数据判别模块、载荷数据缓存区、数据传输控制模块、固态存储器，其中：

卫星在轨有效载荷数据判别模块对卫星在轨有效载荷数据进行判别，将有效载荷数据区分为长期有效载荷数据、短期有效载荷数据，判别结果无论对于哪个工作模式都是适用的；

载荷数据缓存区包括长期有效载荷数据缓存区，短期有效载荷数据缓存区，分别用于存储长期有效载荷数据、短期有效载荷数据，在数据传输控制模块的控制下，能够配合实现数据直传和清除控制；

数据传输控制模块为数据传输分系统的核心部分，根据卫星在轨有效载荷数据判别模块的判别结果，分别将长期有效载荷数据、短期有效载荷数据存储于对应缓存区，根据所选工作模式控制长期有效载荷数据、短期有效载荷数据于对应缓存区内进行记录及擦除或记录直传及回放；

固态存储器用于在数据传输控制模块的控制下对长期有效载荷数据、短期有效载荷数据进行记录、擦除、下传。

在数据传输控制模块中，数据传输控制模块的工作模式包括自主记录与擦除模式、记录直传及回放模式，具体为：

自主记录与擦除模式根据卫星在轨有效载荷数据判别模块的判别结果，根据外部记录指令对长期有效载荷数据缓存区，短期有效载荷数据缓存区进行选择性清除控制，同时对长期有效载荷数据、短期有效载荷数据于对应数据缓存区内进行选择性存储；

若外部记录指令中，允许长期有效载荷数据记录，禁止短期有效载荷数据记录，则停止对长期有效载荷数据缓存区的清除控制，对短期有效载荷数据缓存区维持清除控制；

若外部记录指令中，允许长期有效载荷数据、短期有效载荷数据记录，则停止对数据缓存区的清除控制；

若外部记录指令中，允许短期有效载荷数据记录，禁止长期有效载荷数据记录，则停止对短期有效载荷数据缓存区的清除控制，对长期有效载荷数据缓存区维持清除控制，清除控制均为定时清除控制；

同时还可以根据外部顺序记录指令，控制固态存储器进行数据记录及擦除；

若接收外部顺序记录指令，则通过数据传输控制模块控制固态存储器同时进行数据记录与擦除，于上次记录停止位置为起点继续记录允许记录的有效载荷数据，当固态存储器中文件块容量不足X个时，进行固态存储器自主擦除，当记录第N号文件时，自主擦除固态存储器中第N+X-1、N+X号文件，并对已擦除的文件进行标示防止重复擦除，实现真正意义上的边记边擦，在此模式下固态存储器不会有记满自动停止的状态；

记录直传及回放模式中，数据记录过程与自主记录与擦除模式相同，根据地面控制站的数据传输指令，由载荷数据缓存区中直接读取已记录的有效载荷数据进行直传，或接收固态储存器下传数据进行回放；

其中，记录直传及回放模式中，直传或回放所得有效载荷数据均在地面控制站可见范围内进行接收，直传数据接收优先级大于回放数据，直传数据传输速度大于回放数据传输速度，若数据传输指令为回放指令，则对待回放数据进行动态速率调整直至与直传数据传输速度、数据下传通道传输带宽匹配；

若数据传输指令为回放指令，同一时刻载荷数据缓存区中不存在有效载荷数据，则以最大传输速度进行回放数据下传；

下面结合具体实施例进行进一步说明：

以某型号卫星为例，配置有长期有效数据载荷与短期有效数据载荷，具体数据速率如下表所示：

载荷工作即为卫星接收对应载荷有效数据，长期有效数据载荷在轨连续工作，短期有效数据载荷A为阳照区且对海洋区域内工作，短期有效数据载荷B为阳照区且对陆地区域内工作。根据轨道周期与数传地面站的分布，设置数传固态存储器大小为512Gb，当记录第N号文件时，可自主擦除第N+2和N+3号文件。

卫星在地面站非可见弧段阴影区时，卫星仅长期有效数据载荷工作。首先长期有效数据载荷开机，开机瞬间的随机态数据进入长期有效载荷数据缓存区。由于目前工作模式为初态禁止长、短期载荷记录，将所有载荷缓存区的数据进行持续清除。待长期有效载荷开机稳态后，发送允许长期有效载荷数据记录，停止长期有效载荷数据缓存区清除，固态存储器开始记录长期有效载荷数据。此时工作模式为允许长期有效载荷数据记录、禁止短期载荷记录。

卫星在地面站非可见弧段阳照区时，卫星长期有效载荷数据工作，短期有效载荷数据A、B选择性工作，在短期载荷开机后，开机瞬间的随机态数据进入短期有效载荷数据缓存区。由于目前工作模式为允许长期有效载荷数据记录、禁止短期有效载荷数据记录，短期有效载荷数据缓存区的数据进行持续清除。待短期载荷开机稳态后，发送允许短期有效载荷数据记录，停止短期有效载荷数据缓存区清除，固态存储器开始记录短期有效载荷数据。此时工作模式为允许短期有效载荷数据、长期有效载荷数据记录。

卫星在地面站非可见弧段阳照区侧摆成像时，由于长期有效载荷数据超出视场范围，不再连续工作，此时只有短期有效载荷数据A、B选择性工作。首先发送长期载荷关机指令，设置长期有效载荷数据禁止记录。卫星进行姿态侧摆。到位后发送短期有效载荷数据A或B开机指令，设置短期有效载荷数据允许记录。此时工作模式为禁止长期有效载荷数据记录、允许短期有效载荷数据记录。

当卫星在记录过程，实时进行剩余容量的自主判断擦除。当固态存储器中文件块容量不足3个时，记0号文件擦2、3号；记1号，擦3、4号，同时重复判读3号文件是否完全擦除，可提高系统可靠性，如果判读记录1号文件时3号文件已完全擦除，则本次只擦除4号文件。若记录1号文件时，出现异常情况未完全擦除，则本次擦除3号和4号文件；并且对已经擦除的文件进行标示，防止重复擦除。在此模式下固存不会有记满自动停止的状态。

卫星在地面站可见弧段阳照区时且星下点为海岸带区域。长期有效载荷数据有效、短期有效载荷数据A、B同时工作。通过计算得知载荷总速率为180Mbps。此时选择记录直传模式，使用下传190Mbps的传输带宽将长短期载荷数据全部实时下传，同时对长期载荷数据记录存储，进行冗余备份。

卫星在地面站可见弧段阳照区时且星下点为陆地区域。长期载荷工作、短期载荷B工作。通过计算得知载荷总速率为110Mbps。此时选择记录直传回放模式，通过下传190Mbps的传输带宽将110Mbps载荷数据全部实时下传，同时对长期有效载荷数据记录存储，进行冗余备份。将剩余80Mbps的信道资源进行固态存储器历史数据回放，数传分系统自主计算剩余速率后，动态调整固存回放速率，确保数据不溢出的情况下，对历史文件进行回放。

卫星在地面站可见弧段阴影时，长期载荷数据记录存储，此时选择记录回放模式。数传分系统自主计算剩余速率后，动态调整固存回放速率，以190Mbps的传输带宽进行历史数据回放。

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 (2)

1.一种基于卫星在轨有效载荷数据处理的数据传输分系统，其特征在于：包括卫星在轨有效载荷数据判别模块、载荷数据缓存区、数据传输控制模块、固态存储器，其中：

卫星在轨有效载荷数据判别模块：对卫星在轨有效载荷数据进行判别，将有效载荷数据区分为长期有效载荷数据、短期有效载荷数据；

载荷数据缓存区：包括长期有效载荷数据缓存区，短期有效载荷数据缓存区，分别用于存储长期有效载荷数据、短期有效载荷数据；

数据传输控制模块：根据卫星在轨有效载荷数据判别模块的判别结果，分别将长期有效载荷数据、短期有效载荷数据存储于对应缓存区，根据所选工作模式控制长期有效载荷数据、短期有效载荷数据于对应缓存区内进行记录及擦除或记录直传及回放；

固态存储器：在数据传输控制模块的控制下对长期有效载荷数据、短期有效载荷数据进行记录、擦除、下传；

所述数据传输控制模块的工作模式包括：

自主记录与擦除模式：根据卫星在轨有效载荷数据判别模块的判别结果，根据外部记录指令对长期有效载荷数据缓存区，短期有效载荷数据缓存区进行选择性清除控制，同时对长期有效载荷数据、短期有效载荷数据于对应数据缓存区内进行选择性存储；

根据外部顺序记录指令，控制固态存储器进行数据记录及擦除；

记录直传及回放模式：通过地面控制站配合进行有效载荷数据的记录、直传或回放处理；

所述自主记录与擦除模式中，若外部记录指令中，允许长期有效载荷数据记录，禁止短期有效载荷数据记录，则停止对长期有效载荷数据缓存区的清除控制，对短期有效载荷数据缓存区维持清除控制；

若外部记录指令中，允许长期有效载荷数据、短期有效载荷数据记录，则停止对数据缓存区的清除控制；

若外部记录指令中，允许短期有效载荷数据记录，禁止长期有效载荷数据记录，则停止对短期有效载荷数据缓存区的清除控制，对长期有效载荷数据缓存区维持清除控制；

其中，所述清除控制均为定时清除控制；

所述自主记录与擦除模式中，若接收外部顺序记录指令，则通过数据传输控制模块控制固态存储器同时进行数据记录与擦除，于上次记录停止位置为起点继续记录允许记录的有效载荷数据，当固态存储器中文件块容量不足X个时，进行固态存储器自主擦除，当记录第N号文件时，自主擦除固态存储器中第N+X-1、N+X号文件，并对已擦除的文件进行标示；

当记录第N+1号文件时，自主擦除固态存储器中第N+X、N+X+1号文件，对第N+X号文件进行判断，若记录第N号文件时已完全擦除，则本次记录过程中只对N+X+1号文件进行擦除；

所述记录直传及回放模式中，数据记录过程与自主记录与擦除模式相同，根据地面控制站的数据传输指令，由载荷数据缓存区中直接读取已记录的有效载荷数据进行直传，或接收固态储存器下传数据进行回放；

所述记录直传及回放模式中，直传或回放所得有效载荷数据均在地面控制站可见范围内进行接收，直传数据接收优先级大于回放数据，直传数据传输速度大于回放数据传输速度，若数据传输指令为回放指令，则对待回放数据进行动态速率调整直至与直传数据传输速度、数据下传通道传输带宽匹配。

2.根据权利要求1所述的一种基于卫星在轨有效载荷数据处理的数据传输分系统，其特征在于：

若数据传输指令为回放指令，同一时刻载荷数据缓存区中不存在有效载荷数据，则以最大传输速度进行回放数据下传。