CN113014301B - 一种卫星遥测多源多目的拓扑互联与合路处理装置 - Google Patents

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Abstract

本公开的一种卫星遥测多源多目的拓扑互联与合路处理装置，通过低速合路处理模块，用于控制卫星遥测数据、星间链路数据、控制计算机遥测数据的合路与分路，并将所述星间链路数据输出给扩跳频应答机，将所述星遥测数据和所述控制计算机遥测数据输出给扩频应答机；高速合路处理模块，用于接收所述低速合路处理模块输出的低速遥测数据，并将所述低速遥测数据、高速星间数据、回放数据这三路数据合路后输出给高速应答机；所述低速遥测数据为星间链路数据和控制计算机遥测数据的合路数据。通过硬件实现卫星遥测数据的多源到多目的复杂拓扑的合路与分发处理，能够提高卫星遥测数据的处理能力，同时降低星载计算机CPU的软件负担。

Description

一种卫星遥测多源多目的拓扑互联与合路处理装置
技术领域
本公开属于航天电子系统技术领域，特别涉及一种卫星遥测多源多目的拓扑互联与合路处理装置。
背景技术
区别于传统卫星系统单一的遥测下行通道，最新的卫星系统为了适应多种工作阶段、多种运行环境的需求，以及面向星座组网的天基信息系统一体化信息流设计需求。遥测数据的来源和输出均呈现出通道的趋势，其合路分路处理已经变得非常复杂，且信息速率比原来的提高了1～2个数量级，完全由星载计算量来完成这些数据的合路与分发处理会给本就不宽裕的星载计算机的算力带来不小的负担。
发明内容
有鉴于此，本公开提出了一种卫星遥测多源多目的拓扑互联与合路处理装置，使用硬件实现卫星遥测数据的多源到多目的复杂拓扑的合路与分发处理，能够提高卫星遥测数据的处理能力，同时降低星载计算机CPU的软件负担。
根据本公开的一方面，提出了一种卫星遥测多源多目的拓扑互联与合路处理装置，所述装置包括：低速合路处理模块和高速合路处理模块；
其中，所述低速合路处理模块，用于控制卫星遥测数据、星间链路数据、控制计算机遥测数据的合路与分路，并将所述星间链路数据输出给扩跳频应答机，将所述星遥测数据和所述控制计算机遥测数据输出给扩频应答机；
所述高速合路处理模块，用于接收所述低速合路处理模块输出的低速遥测数据，并将所述低速遥测数据、高速星间数据、回放数据这三路数据合路后输出给高速应答机；
其中，所述低速遥测数据为星间链路数据和控制计算机遥测数据的合路数据。
在一种可能的实现方式中，所述低速合路处理模块包括：控制计算机遥测采集模块，低星间数据接收模块、低速遥测合路下行模块和应急遥测模块；
其中，所述控制计算机遥测采集模块，用于接收控制计算机遥测数据，并将控制计算机遥测数据缓存到双帧乒乓缓存中；
低速星间数据接收模块，用于接收四线制星间链路数据；
应急遥测模块，用于接受和发送卫星遥测数据；
低速遥测合路下行模块，用于根据预置速率采集控制计算机遥测数据和星间链路数据；并检测低星间数据接收模块是否有完整帧数据，当有完整帧数据，下行输出低速遥测数据到高速合路处理模块。
在一种可能的实现方式中，低速遥测合路下行模块包括合路处理状态机，所述合路处理状态机用于根据预置速率将四线制星间链路数据和控制计算机遥测数据合路为所述低速合路处理模块输出的低速遥测数据。
在一种可能的实现方式中，所述高速合路处理模块包括：高速星间数据接收模块、回放数据接收模块、常规遥测数据接收模块和高速数据合路模块；
其中，所述高速星间数据接收模块，用于接收四线制高速星间数据；
回放数据接收模块，用于接收回放数据；
常规遥测数据接收模块，用于接收所述低速合路处理模块输出的低速遥测数据；
高速数据合路模块，用于并将所述低速遥测数据、高速星间数据、回放数据这三路数据合路后输出给高速应答机。
在一种可能的实现方式中，所述高速数据合路模块包括合路处理状态机，用于将低速遥测数据、高速星间数据、回放数据进行合路。
本公开的一种卫星遥测多源多目的拓扑互联与合路处理装置，通过低速合路处理模块，用于控制卫星遥测数据、星间链路数据、控制计算机遥测数据的合路与分路，并将所述星间链路数据输出给扩跳频应答机，将所述星遥测数据和所述控制计算机遥测数据输出给扩频应答机；高速合路处理模块，用于接收所述低速合路处理模块输出的低速遥测数据，并将所述低速遥测数据、高速星间数据、回放数据这三路数据合路后输出给高速应答机；所述低速遥测数据为星间链路数据和控制计算机遥测数据的合路数据。通过硬件实现卫星遥测数据的多源到多目的复杂拓扑的合路与分发处理，能够提高卫星遥测数据的处理能力，同时降低星载计算机CPU的软件负担。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
图1示出根据本公开一实施例的卫星遥测多源多目的拓扑互联与合路处理装置框图；
图2示出根据本公开一实施例的卫星遥测多源多目的拓扑互联与合路处理装置示意图
图3示出根据本公开一实施例的卫星遥测多源多目的拓扑互联与合路处理装置结构组成图；
图4示出根据本公开一实施例的卫星遥测多源多目的拓扑互联与合路处理装置数据流示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
图1、图2示出根据本公开一实施例的卫星遥测多源多目的拓扑互联与合路处理装置框图。该装置可以用于高可靠卫星遥测多源多目的拓扑互联与合路处理，如图1和图2所示，该装置可以包括：低速合路处理模块41和高速合路处理模块42。
低速合路处理模块41可以用于控制卫星遥测数据、星间链路数据、控制计算机遥测数据的合路与分路，并将所述星间链路数据输出给扩跳频应答机，将所述星遥测数据和所述控制计算机遥测数据输出给扩频应答机。其中，低速遥测数据为星间链路数据和控制计算机遥测数据的合路数据。
高速合路处理模块42可以用于接收低速合路处理模块输出的低速遥测数据，并将低速遥测数据、高速星间数据、回放数据这三路数据合路后输出给高速应答机。
其中，高速合路处理模块42抽取有效的低速遥测数据(常规遥测数据)及高速星间数据、与实时载荷数据一起送给存储FPGA进行存储。
本公开的互联与合路处理装置，通过低速合路处理模块，用于控制卫星遥测数据、星间链路数据、控制计算机遥测数据的合路与分路，并将所述星间链路数据输出给扩跳频应答机，将所述星遥测数据和所述控制计算机遥测数据输出给扩频应答机；高速合路处理模块，用于接收所述低速合路处理模块输出的低速遥测数据，并将所述低速遥测数据、高速星间数据、回放数据这三路数据合路后输出给高速应答机；所述低速遥测数据为星间链路数据和控制计算机遥测数据的合路数据。通过硬件实现卫星遥测数据的多源到多目的复杂拓扑的合路与分发处理，能够提高卫星遥测数据的处理能力，同时降低星载计算机CPU的软件负担。
卫星遥测多源多目的拓扑互联与合路处理装置借助各种标准的串行接口、帧缓存以及合路处理状态机、中断管理等实现CPU与外部遥测遥控接口通信、合路处理。
卫星遥测多源多目的拓扑互联与合路处理装置采用灵活的串并转换电路接收多种同步串行标准的低速星间数据、高速星间数据、回放数据、高速到低速合路等信号；并采集控制计算机遥测数据。为与CPU数据宽度兼容，接收数据位宽采用16bit。
图3示出根据本公开一实施例的卫星遥测多源多目的拓扑互联与合路处理装置结构组成图。
在一种可能的实现方式中，如图3所示，低速合路处理模块41可以包括：控制计算机遥测采集模块，低星间数据接收模块、低速遥测合路下行模块和应急遥测模块。
控制计算机遥测采集模块，用于接收控制计算机遥测数据，并将控制计算机遥测数据缓存到双帧乒乓缓存中；
其中，如图3所示，控制计算机遥测采集模块包括控制计算机遥测采集时序、双帧乒乓缓存和CPU总线接口同步中断提出。控制计算机遥测采集模块的发送时钟和门控信号(控制计算机遥测采集时序)，然后采用串转并电路接收控制计算机遥测数据，并将控制计算机遥测数据缓存到双帧乒乓缓存中。每收到一帧控制计算机遥测数据提出一个CPU总线接口同步中断，CPU根据同步中断信号读取一帧控制计算机遥测数据。
控制计算机遥测采集模块的采集接口为三线制，包括时钟DATA_CLK、数据DATA_OUT、门控信号GATE_WRITE信号；输出时钟DATA_CLK、门控信号GATE_WRITE信号，接收数据DATA_OUT信号。控制计算机遥测采集模块的码速率4096bps，接收的控制计算机遥测数据帧长为256字节，格式为AOS。
低速星间数据接收模块，用于接收四线制星间链路数据。
如图3所示，低速星间数据接收模块可以包括四线制星间接收模块和帧结构队列单元。低速星间数据接收模块采用串转并电路接收四线制星间链路数据，并传输到帧结构队列进行缓存，并发出包缓存空标志信号，供低速合路处理模块查询及读取四线制星间链路数据的帧数据。低速星间数据接收模块的接收端口包括：XJ1_GATE，XJ1_CLK和XJ1_Data，输出端口为XJ1_Ack(输出)。低速星间数据接收模块还接收通过四线制其他卫星转发数据的下传数据。其中，星间链路数据的最高有效位首先输出，最低有效位最后输出，低速星间数据接收模块的输出端设备在时钟上升沿置数，接收端设备在时钟下降沿移位取数。
应急遥测模块，用于接受和发送卫星遥测数据。
如图3所示，应急遥测模块设置应急遥测发送模块、双帧乒乓缓存和CPU总线接口同步中断。应急遥测模块提出CPU总线接口同步中断请求后，CPU读取卫星遥测数据(应急遥测数据)，然后采用并转串电路发送卫星遥测数据。应急遥测模块的下行接口包括YingJi_clk，YingJi_data，YingJi_Syn。其中，YingJi_clk和YingJi_data为两线制信号；YingJi_Syn为帧同步信号，与YingJi_data中每帧的第一个bit对齐。
低速遥测合路下行模块，用于根据预置速率采集控制计算机遥测数据和星间链路数据；并检测低星间数据接收模块是否有完整帧数据，当有完整帧数据，下行输出低速遥测数据到高速合路处理模块。
如图3所示，低速遥测合路下行模块设置合路处理状态机、帧结构队列单元和CPU总线接口同步中断。
在一实例中，合路处理状态机用于根据预置速率将四线制星间链路数据和控制计算机遥测数据合路为所述低速合路处理模块输出的低速遥测数据。例如，合路处理状态机按照预置速率适时提出CPU总线接口同步中断请求，CPU写常规遥测数据(四线制星间链路数据和控制计算机遥测数据的合路数据)。其他时刻则检测低速星间数据接接收模块是否有完整帧数据，如果有完整的帧，则下行，否则插入填充帧。并将送到扩跳频应答机的遥测下行端口YDJ_clk，YDJ_data，YDJ_Syn。YDJ_clk，YDJ_data为两线制信号；YDJ_Syn为帧同步信号，且与YDJ_data中每帧的第一个bit对齐。
通过设计与CPU总线接口的常规遥测与应急遥测数据缓存，并由合路处理状态机、并转串发送器确定合适时刻向CPU提取CPU总线接口同步中断，以保证合路处理状态机或并转串发送器在需要数据时低速合路处理模块的各个通道的缓存中能够有最新的完整帧数据。
在一种可能的实现方式中，如图3所示，高速合路处理模块42可以包括：高速星间数据接收模块、回放数据接收模块、常规遥测数据接收模块和高速数据合路模块。
高速星间数据接收模块，用于接收四线制高速星间数据。
如图3所示，高速星间数据接收模块设置四线星间接收模块、帧结构队列单元。四线星间接收模块采用串转并电路接收四线制高速星间数据，如图2所示，高速星间数据可以包括卫星高速参数采集数据和卫星视觉遥测数据。将四线制高速星间数据传输到帧结构队列单元进行缓存，并给出包缓存空标志信号，供低速合路处理模块查询及读取四线制高速星间帧数据。四线制接口包括输入接口XJ2_Req、XJ2_clk和XJ2_Data，输出接口为XJ2_Ack，通过输入接口还可以接收本星直接下传星间数据2(如图2所示)。其中，接收数据的最高有效位首先输出，最低有效位最后输出，输出端设备在时钟上升沿置数，接收端设备在时钟下降沿移位取数。
回放数据接收模块，用于接收回放数据。
如图3所示，回放数据接收模块设置四线制回放接收模块和帧结构队列单元。回放数据接收模块采用串转并电路接收FPGA存储的回放数据并存入帧结构队列缓存。四线制接口为PB_Req、PB_Data、PB_clk、PB_Ack。其中，FPGA存储的回放数据的最高有效位首先输出，最低有效位最后输出，输出端设备在时钟上升沿置数，接收端设备在时钟下降沿移位取数。
常规遥测数据接收模块，用于接收所述低速合路处理模块输出的低速遥测数据。
其中，常规遥测数据接收模块设置三线制常规遥测接收模块和帧结构队列单元。常规遥测数据接收模块利用串转并电路接收低速合路处理模块输出的常规遥测数据(星间链路数据和控制计算机遥测数据的合路数据)，将常规遥测数据存入帧结构队列进行缓存。另外，根据VCID辨识出填充帧，缓存除了填充帧之外的数据。常规遥测数据包括3个信号YDJ_clk，YDJ_data，YDJ_Syn。其中，YDJ_clk和YDJ_data为两线制信号；YDJ_Syn为帧同步信号，且与YDJ_data中每帧的第一个bit对齐。
高速数据合路模块，用于并将所述低速遥测数据、高速星间数据、回放数据这三路数据合路后输出给高速应答机。
如图3所示，高速数据合路模块设置有合路处理状态机。在一示例中，合路处理状态机可以用于将低速遥测数据、高速星间数据、回放数据进行合路为高速遥测数据。
图4示出根据本公开一实施例的卫星遥测多源多目的拓扑互联与合路处理装置数据流示意图。
每8帧高速遥测数据固定插入同步填充帧，其余帧为机动帧。机动帧可以插入该处理装置的多路数据通道中任何有数据的某路数据帧，并采用循环优先级查询多路数据通道是否有数据帧，具体的数据流向如图4所示。
高速遥测下行接口采用两线制，包括时钟和数据信号，传输CADU格式数据；高速遥测存储接口包括IS_TM_XingJian_Flag、H_Spd_Data、H_Spd_Syn、H_Spd_CLK四个信号。其中，H_Spd_clk和H_Spd_data为两线制信号；H_Spd_Syn为帧同步信号，且与H_Spd_data中每帧的第一个bit对齐。IS_TM_XingJian_Flag用于提示存储FPGA当前帧是否是常规遥测下行数据帧或者星间链路数据帧，当为高电平有效，说明FPGA当前帧为常规遥测下行数据帧或者星间链路数据帧；无效时，则表明FPGA当前帧是回放数据帧或者填充帧。
通过以遥测发送时序为主导驱动，设计轮询状态机，在开始轮询之前查询各合路的接收缓存是否有完整帧数据，如有完整帧数据，按照预定优先级将数据读出作为机动帧下行，实现遥测下行帧周期性地安排CPU组帧遥测或同步填充帧，其他帧为机动帧。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (5)

1.一种卫星遥测多源多目的拓扑互联与合路处理装置，其特征在于，所述装置包括：低速合路处理模块和高速合路处理模块；
其中，所述低速合路处理模块，用于控制卫星遥测数据、星间链路数据、控制计算机遥测数据的合路，并将所述星间链路数据输出给扩频应答机，将所述卫星遥测数据和所述控制计算机遥测数据输出给扩频应答机；
所述高速合路处理模块，用于接收所述低速合路处理模块输出的低速遥测数据，并将所述低速遥测数据、高速星间数据、回放数据这三路数据合路后输出给高速应答机；
其中，所述低速遥测数据为星间链路数据和控制计算机遥测数据的合路数据。
2.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述低速合路处理模块包括：控制计算机遥测采集模块，低星间数据接收模块、低速遥测合路下行模块和应急遥测模块；
其中，所述控制计算机遥测采集模块，用于接收控制计算机遥测数据，并将控制计算机遥测数据缓存到双帧乒乓缓存中；
低星间数据接收模块，用于接收四线制星间链路数据；
应急遥测模块，用于接受和发送卫星遥测数据；
低速遥测合路下行模块，用于根据预置速率采集控制计算机遥测数据和星间链路数据；并检测低星间数据接收模块是否有完整帧数据，当有完整帧数据，下行输出低速遥测数据到高速合路处理模块。
3.根据权利要求2所述的处理装置，其特征在于，低速遥测合路下行模块包括合路处理状态机，所述合路处理状态机用于根据预置速率将四线制星间链路数据和控制计算机遥测数据合路为所述低速合路处理模块输出的低速遥测数据。
4.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述高速合路处理模块包括：高速星间数据接收模块、回放数据接收模块、常规遥测数据接收模块和高速数据合路模块；
其中，所述高速星间数据接收模块，用于接收四线制高速星间数据；
回放数据接收模块，用于接收回放数据；
常规遥测数据接收模块，用于接收所述低速合路处理模块输出的低速遥测数据；
高速数据合路模块，用于并将所述低速遥测数据、高速星间数据、回放数据这三路数据合路后输出给高速应答机。
5.根据权利要求4所述的处理装置，其特征在于，所述高速数据合路模块包括合路处理状态机，用于将低速遥测数据、高速星间数据、回放数据进行合路。
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