CN113691304B - 一种用于深空探测器间通信的遥控自主要数传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于深空探测器间通信的遥控自主要数传输方法，能够完成深空探测器中继通信机和综合电子计算机的交互通信，主要包括以下步骤：(1)综合电子发送UHF通信机的设置指令；(2)综合电子以M帧为一批，分批发送N帧待传遥控帧；(3)综合电子最后发送结束通信的设置指令，控制UHF通信机完成关机并结束通信。本发明能够提高深空探测领域中继通信机和综合电子计算机之间的传输效率，缓解通信过程中对综合电子的资源占用率，实现了深空探测器间通信的遥控自主要数传输，解决了火星、木星等深空探测工程因通信距离远、信号衰减大、通信时延长而无法实时通信控制的难题。
Description
技术领域
本发明涉及深空探测器间通信技术领域，特别涉及一种用于深空探测器间通信的遥控自主要数传输方法。
背景技术
2020年7月，我国火星探测器“天问一号”在海南文昌成功发射升空。经过近7个月的奔火飞行，天问一号成功着陆火星，“祝融号”火星车行驶在火星表面，开展科学探测任务，标志着我国成功实现了通过一次任务完成火星环绕、着陆和巡视的三大目标。
火星探测器一般由环绕器、着陆器和巡视器组成。环绕器与着陆器之间，或环绕器与巡视器之间的测控通信称为器间通信。在任务过程中，火星探测器与地球的通信距离最远达到4亿公里，遥控、遥测的测控通信存在巨大的信号衰减，单程通信时延长达约15分钟，地面测控站与探测器的测控通信弧段受限。因此，需要在环绕器与巡视器之间建立高效、自主、可靠的器间通信链路，解决器间通信的遥控自主要数传输、遥测自适应通信等难题。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种用于深空探测器间通信的遥控自主要数传输方法，以解决传统的通信机和综合电子之间通信无法自主控制，特别是在火星、木星探测过程中受限于通信延迟大，地面测控站无法对深空探测器进行实时控制的难题。
为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种用于深空探测器间通信的遥控自主要数传输方法，包括以下步骤：
步骤S1：地面测控站上注N帧遥控帧，保存到综合电子；
步骤S2：综合电子发送UHF通信机的设置指令，用于设置器间通信的工作参数以及工作过程；设置指令，包括“UHF通信机开机指令”、“器间通信工作参数指令”和“通信服务开始指令”；
步骤S3：环绕器UHF通信机，根据设置指令确定的器间通信工作参数，建立环绕器与着陆器或巡视器之间的器间通信；
步骤S4：综合电子根据缓存区是否有待传输的遥控帧，判断是否启动遥控发送，如果不启动则进入步骤S10，如果启动发送，则进入步骤S5；
步骤S5：综合电子发送“UHF通信机接收遥控帧开始指令”，开始与UHF通信机进行遥控自主要数传输过程；
步骤S6：收到综合电子发送的“UHF通信机接收遥控帧开始指令”后，UHF通信机向综合电子发送单机遥测包，遥测包中含有UHF通信机向综合电子要求传输遥控帧的要数请求信息；UHF通信机发送包含要数请求信息的单机遥测包后，启动计时器，等待接收数据；
步骤S7：综合电子接收到UHF通信机的一次要数请求信息后，判断是否启动一次要数传输，即启动一次M帧遥控帧的传输过程；启动要数传输的条件是缓存区是否有待传输的遥控帧；如果否，则进入步骤S10；如果是，则进入步骤S8；
步骤S8：综合电子将N帧待传输的遥控帧，以M帧为一批，分批发送至UHF通信机，接收到一次要数请求，发送M帧遥控帧；
步骤S9：UHF通信机接收到综合电子发送的M帧遥控帧，由于器间通信已经建立，UHF通信机将M帧遥控帧按照顺序，逐帧在信道上传输至着陆器或巡视器；发送完毕后，进入步骤S6，启动一次新的要数；
步骤S10：根据工作情况，综合电子发送结束通信的设置指令，控制UHF通信机完成关机，结束通信。
进一步的，步骤S2中，所述器间通信工作参数包括发射机参数与接收机参数。
进一步的，所述步骤S5包括以下步骤：
步骤S5-1：综合电子发送完“UHF通信机接收遥控帧开始指令”后，向UHF通信机发送“单机遥测群采指令”，该指令重复周期为0.5秒。
进一步的，所述步骤S6包括以下步骤：
步骤S6-1：UHF通信机收到的“UHF通信机接收遥控帧开始指令”后，根据内部数据存储区状态，判断是否向综合电子发出要数请求信息；若UHF通信机数据存储区满，则不发送要数请求；若UHF通信机数据存储区未满，UHF通信机向综合电子发送一次要数请求，表征可接收综合电子的M帧遥控帧；
步骤S6-2：UHF通信机发送包含要数请求信息的单机遥测包后，启动计时器，等待接收数据；计时周期为4秒，连续接收遥控帧数为M帧，计时周期内不重复发送要数请求。
进一步的，所述步骤S8包括以下步骤：
综合电子的N帧待传输遥控帧，每一帧的帧长具有1～2048字节的可变范围，同时在帧格式中具有帧长信息，综合电子发送完每一帧遥控帧后，若帧长不足2048字节，则补充发送空闲数据AA，直至达到2048字节。
进一步的，所述步骤S9包括以下步骤：
步骤S9-1：在UHF通信机连续接收M帧遥控帧过程中，若接口或总线发生某种异常，造成UHF通信机无法完整接收M帧遥控帧；计时周期到达4秒后，UHF通信机存储并在信道上传输已接收的遥控帧；超时后的其余帧，UHF通信机不再等待接收；传输完成后，重新进入步骤S6到S9；
步骤S9-2：UHF通信机接收综合电子发送的M帧遥控帧，每帧按照固定长度2048字节进行接收，并将M帧遥控帧按照顺序依次传输；每一帧在信道上传输时，UHF通信机提取帧格式里的帧长信息，按照实际帧长传输至着陆器或巡视器；发送完毕后，进入步骤S6，启动一次新的要数；
进一步的，步骤S10中，当综合电子将待发送的N帧遥控帧全部发送至UHF通信机后，发送“UHF通信机接收遥控帧停止指令”至UHF通信机，表示综合电子完成遥控帧发送；UHF通信机收到该指令后，不再发送要数请求；综合电子接着发送“UHF通信机发射机关指令”和“UHF通信机关指令”，使得UHF通信机完成关机并结束通信。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
本发明提高了深空探测领域中继通信机和综合电子计算机之间的传输效率，缓解通信过程中对综合电子的资源占用率，实现了深空探测器间通信的遥控自主要数传输，解决了传统的通信机和综合电子之间通信无法自主控制，特别是在深空探测过程中受限于通信延迟大，地面测控站无法对深空探测器进行实时控制的难题。此外，还解决了深空探测领域因通信距离远，信号衰减大，通信时延长而无法实时通信控制的难题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。附图中：
图1为本发明一种用于深空探测器间通信的遥控自主要数传输方法的流程框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例公开了一种用于深空探测器间通信的遥控自主要数传输方法，包括以下步骤：
步骤S1：地面测控站上注N帧遥控帧，并保存到综合电子。本实施例中，地面测控站共上注了35帧遥控帧；
步骤S2：综合电子发送UHF通信机的设置指令，用于设置器间通信的工作参数以及工作过程；所述设置指令，包括“UHF通信机开机指令”、“器间通信工作参数指令”和“通信服务开始指令”。所述器间通信工作参数包括发射机参数与接收机参数，可按照单个参数遥控包方式设置和复合参数遥控包设置。
步骤S3：环绕器UHF通信机，根据设置指令确定的器间通信工作参数，建立环绕器与着陆器或巡视器之间的器间通信；
步骤S4：综合电子根据缓存区是否有待传输的遥控帧，判断是否启动遥控发送，如果不启动则进入步骤S10，如果启动发送，则进入步骤S5。本实施例中，地面测控站共上注了35帧遥控帧，因此综合电子缓存区中共有35帧数据，直接进入到步骤S5中。
步骤S5：综合电子发送“UHF通信机接收遥控帧开始指令”，开始与UHF通信机进行遥控自主要数传输过程。
进一步的，所述步骤S5包括以下步骤：
步骤S5-1：综合电子发送完“UHF通信机接收遥控帧开始指令”后，向UHF通信机发送“单机遥测群采指令”，该指令重复周期为0.5秒。
步骤S6：收到综合电子发送的“UHF通信机接收遥控帧开始指令”后，UHF通信机通过异步422遥测口向综合电子发送单机遥测包。遥测包中含有UHF通信机向综合电子要求传输遥控帧的要数请求信息。
进一步的，所述步骤S6包括以下步骤：
步骤S6-1：UHF通信机收到的“UHF通信机接收遥控帧开始指令”后，根据内部数据存储区状态，判断是否向综合电子发出要数请求信息。若UHF通信机数据存储区满，则不发送要数请求；若UHF通信机数据存储区未满，UHF通信机向综合电子发送一次要数请求，表征可接收综合电子的M帧遥控帧；
步骤S6-2：UHF通信机发送包含要数请求信息的单机遥测包后，启动计时器，等待接收数据；计时周期为4秒，连续接收遥控帧数为8帧，计时周期内不重复发送要数请求。
步骤S7：综合电子接收到UHF通信机的一次要数请求信息后，判断是否启动一次要数传输，即启动一次8帧遥控帧的传输过程。启动要数传输的条件是缓存区是否有待传输的遥控帧。如果否，则进入步骤S10；如果是，则进入步骤S8；
步骤S8：综合电子将35帧待传输的遥控帧，以8帧为一批，分批发送至UHF通信机。接收到一次要数请求，综合电子发送8帧遥控帧，并在2秒时间内连续发完。
进一步的，所述步骤S8包括以下步骤：
步骤S8-1：综合电子的N帧待传输遥控帧，每一帧的帧长具有1～2048字节的可变范围，同时在帧格式中具有帧长信息。综合电子发送完每一帧遥控帧后，若帧长不足2048字节，则补充发送空闲数据AA，直至达到2048字节。
步骤S9：UHF通信机接收到综合电子发送的8帧遥控帧。由于器间通信已经建立，UHF通信机将M帧遥控帧按照顺序，逐帧在信道上传输至着陆器或巡视器；发送完毕后，进入步骤S6，启动一次新的要数。
进一步的，所述步骤S9包括以下步骤：
步骤S9-1：在UHF通信机连续接收M帧遥控帧过程中，若接口或总线发生某种异常，造成UHF通信机无法完整接收M帧遥控帧；计时周期到达4秒后，UHF通信机存储并在信道上传输已接收的遥控帧；超时后的其余帧，UHF通信机不再等待接收。传输完成后，重新进入步骤S6到S9；
步骤S9-2：UHF通信机接收综合电子发送的M帧遥控帧，每帧按照固定长度2048字节进行接收，并将M帧遥控帧按照顺序依次传输。每一帧在信道上传输时，UHF通信机提取帧格式里的帧长信息，按照实际帧长传输至着陆器或巡视器；发送完毕后，进入步骤S6，启动一次新的要数。
步骤S10：根据工作情况，综合电子发送结束通信的设置指令，控制UHF通信机完成关机，结束通信。
进一步的，所述步骤S10包括以下步骤：
步骤S10-1：当综合电子将待发送的N帧遥控帧全部发送至UHF通信机后，发送“UHF通信机接收遥控帧停止指令”至UHF通信机，表示综合电子完成遥控帧发送。
因本实施例中共35帧，最后一组8帧传输过程，存在不满8帧情况，即只有3帧数据，当综合电子发送最后一帧数据后，0.5s内发送“UHF通信机接收遥控帧停止指令”至UHF通信机。UHF通信机收到该指令后，不再发送要数请求；综合电子接着发送“UHF通信机发射机关指令”和“UHF通信机关指令”，使得UHF通信机完成关机并结束通信。
本发明提高了深空探测领域中继通信机和综合电子计算机之间的传输效率，缓解通信过程中对综合电子的资源占用率，实现了深空探测器间通信的遥控自主要数传输，解决了传统的通信机和综合电子之间通信无法自主控制，特别是在深空探测过程中受限于通信延迟大，地面测控站无法对深空探测器进行实时控制的难题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种用于深空探测器间通信的遥控自主要数传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：地面测控站上注N帧遥控帧，保存到综合电子；
步骤S2：综合电子发送UHF通信机的设置指令，用于设置器间通信的工作参数以及工作过程；设置指令，包括“UHF通信机开机指令”、“器间通信工作参数指令”和“通信服务开始指令”；
步骤S3：环绕器UHF通信机，根据设置指令确定的器间通信工作参数，建立环绕器与着陆器或巡视器之间的器间通信；
步骤S4：综合电子根据缓存区是否有待传输的遥控帧，判断是否启动遥控发送，如果不启动则进入步骤S10，如果启动发送，则进入步骤S5；
步骤S5：综合电子发送“UHF通信机接收遥控帧开始指令”，开始与UHF通信机进行遥控自主要数传输过程；
步骤S6：收到综合电子发送的“UHF通信机接收遥控帧开始指令”后，UHF通信机向综合电子发送单机遥测包，遥测包中含有UHF通信机向综合电子要求传输遥控帧的要数请求信息；UHF通信机发送包含要数请求信息的单机遥测包后，启动计时器，等待接收数据；
步骤S7：综合电子接收到UHF通信机的一次要数请求信息后，判断是否启动一次要数传输，即启动一次M帧遥控帧的传输过程；启动要数传输的条件是缓存区是否有待传输的遥控帧；如果否，则进入步骤S10；如果是，则进入步骤S8；
步骤S8：综合电子将N帧待传输的遥控帧，以M帧为一批，分批发送至UHF通信机，接收到一次要数请求，发送M帧遥控帧；
步骤S9：UHF通信机接收到综合电子发送的M帧遥控帧，由于器间通信已经建立，UHF通信机将M帧遥控帧按照顺序，逐帧在信道上传输至着陆器或巡视器；发送完毕后，进入步骤S6，启动一次新的要数；
步骤S10：根据工作情况，综合电子发送结束通信的设置指令，控制UHF通信机完成关机，结束通信。
2.根据权利要求1所述的一种用于深空探测器间通信的遥控自主要数传输方法，其特征在于，步骤S2中，所述器间通信工作参数包括发射机参数与接收机参数。
3.根据权利要求1所述的一种用于深空探测器间通信的遥控自主要数传输方法，其特征在于，所述步骤S5包括以下步骤：
步骤S5-1：综合电子发送完“UHF通信机接收遥控帧开始指令”后，向UHF通信机发送“单机遥测群采指令”，该指令重复周期为0.5秒。
4.根据权利要求1所述的一种用于深空探测器间通信的遥控自主要数传输方法，其特征在于，所述步骤S6包括以下步骤：
步骤S6-1：UHF通信机收到的“UHF通信机接收遥控帧开始指令”后，根据内部数据存储区状态，判断是否向综合电子发出要数请求信息；若UHF通信机数据存储区满，则不发送要数请求；若UHF通信机数据存储区未满，UHF通信机向综合电子发送一次要数请求，表征可接收综合电子的M帧遥控帧；
步骤S6-2：UHF通信机发送包含要数请求信息的单机遥测包后，启动计时器，等待接收数据；计时周期为4秒，连续接收遥控帧数为M帧，计时周期内不重复发送要数请求。
5.根据权利要求1所述的一种用于深空探测器间通信的遥控自主要数传输方法，其特征在于，所述步骤S8包括以下步骤：
综合电子的N帧待传输遥控帧，每一帧的帧长具有1～2048字节的可变范围，同时在帧格式中具有帧长信息；综合电子发送完每一帧遥控帧后，若帧长不足2048字节，则补充发送空闲数据AA，直至达到2048字节。
6.根据权利要求1所述的一种用于深空探测器间通信的遥控自主要数传输方法，其特征在于，所述步骤S9包括以下步骤：
步骤S9-1：在UHF通信机连续接收M帧遥控帧过程中，若接口或总线发生某种异常，造成UHF通信机无法完整接收M帧遥控帧；计时周期到达4秒后，UHF通信机存储并在信道上传输已接收的遥控帧；超时后的其余帧，UHF通信机不再等待接收；传输完成后，重新进入步骤S6到S9；
步骤S9-2：UHF通信机接收综合电子发送的M帧遥控帧，每帧按照固定长度2048字节进行接收，并将M帧遥控帧按照顺序依次传输；每一帧在信道上传输时，UHF通信机提取帧格式里的帧长信息，按照实际帧长传输至着陆器或巡视器；发送完毕后，进入步骤S6，启动一次新的要数。
7.根据权利要求1所述的一种用于深空探测器间通信的遥控自主要数传输方法，其特征在于，步骤S10中，当综合电子将待发送的N帧遥控帧全部发送至UHF通信机后，发送“UHF通信机接收遥控帧停止指令”至UHF通信机，表示综合电子完成遥控帧发送；UHF通信机收到该指令后，不再发送要数请求；综合电子接着发送“UHF通信机发射机关指令”和“UHF通信机关指令”，使得UHF通信机完成关机并结束通信。
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