CN113778060B - 卫星遥控接收终端在轨异常监测与故障恢复方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种卫星遥控处理终端在轨异常监测与故障恢复方法及系统，该方法包括：卫星遥控处理终端设备冗余贮备独立配电，独立配电能够重新加电控制；遥控处理终端设备冗余贮备各机重新加电控制端口连接至冗余他机遥控指令发送端口；若冗余贮备一机发生软错误，由地面遥控控制他机发出该机重新加电指令退出单机软错误；设置可变看门狗定时器；设置看门狗定时器首次触发较长时间阈值，对遥控处理终端重新加电；第二次触发后自主切换至较短时间阈值，频繁地对遥控处理终端重新加电，增加故障恢复的机率；针对耦合的故障模式，在对遥控处理终端设备进行重新加电处置时，对测控应答机同步分时进行重新加电。本发明解决了卫星遥控接收系统在轨运行维护与故障恢复问题。

Description

卫星遥控接收终端在轨异常监测与故障恢复方法及系统
技术领域
本发明涉及卫星测控技术领域，具体地，涉及一种兼容卫星遥控处理终端在轨异常监测与恢复的软错误防护技术，尤其涉及一种卫星遥控接收终端在轨异常监测与故障恢复方法及系统。
背景技术
近年来，随着超大规模集成电路(VLSI)和现场可编程门阵列(FPGA)技术在卫星中的大规模应用，电路软错误已成为星载电子系统的主要在轨故障模式之一。从现象与机理上，软错误可分类为数据流/控制流错误，其本质为易失性存储单元受高能粒子轰击、逻辑状态翻转，一般称为单粒子翻转(SEU)；以及电子器件物理状态异常改变、工作异常停止，其本质为互补金属氧化物半导体(CMOS)PN结受高能粒子轰击形成可控硅、发生闩锁现象，一般称单粒子闩锁(SEL)。
数据流/控制流错误可以通过对易失性存储单元基于先验信息的重新写入进行纠正，也可以通过复位或重新加电恢复至初始状态，而CMOS电路闩锁必须通过电路的重新加电(断电后再加电)才能退出。绝大多数星载电子设备发生软错误后，只要不影响卫星的安全运行，可以留待地面遥控进行处置。但卫星遥控处理终端软错误可能影响星地遥控功能，不能再依赖该遥控功能自身；同时遥控功能中断将直接影响卫星在轨运行安全性，必须通过其他外部手段进行快速、有效的干预，以尽快消除软错误、恢复正常遥控功能。
现有的对卫星遥控处理终端的软错误防护，主要依赖星上程序控制对测控应答机在(天内)固定时刻或星下点位置进行复位；而遥控处理终端设备在轨长期工作，既不可断电、也不可复位。现有做法，对遥控处理终端的软错误没有处置手段，不能完备、彻底解决遥控处理终端的软错误防护问题；程序控制策略在卫星飞行任务各阶段固定不变，也未考虑平时异异常监测与故障时实时处置需求的差异。
公开号为CN112688729A的发明专利，公开了一种星载全数字化USB应答机在轨自主恢复方法，采用下位机软件判读USB应答机遥测量，包括F(S)频率偏移值和遥控载波信号锁定指示等状态参数，在满足判决条件时，USB应答机自主进行基带复位，完成快捕带恢复至预定值并自主捕获锁定上行遥控信号，实现USB应答机在轨自主恢复。其判据条件同时满足主备份应答机不同时在轨复位，不同时控制的策略，主要考虑了上行信道快捕带漂移导致遥控失效的复位处理。
公开号为CN112235038A的发明专利，公开了一种基于星间链路网络寻优的卫星异常处置方法，通过星间链路网络用表的查询寻优，利用改进粒子群的信息融合(AWIPSO-DS)优化函数，合理规划选择最优路径，可快速完成网内节点卫星的星间测控链路建立寻优，从而实现卫星异常应急处置，用于解决我国卫星在境外发生异常而无法再短时间内进行处置的问题。
公开号为CN112367107A的发明专利，公开了一种星上自主处理卫星测控设备故障的方法及系统，方法包括：星载管理中心根据卫星测控设备的遥控状态信息判断遥控状态是否为定向状态；若为定向状态，则判断在预设时间段内是否接收到地面系统的第一指令；若未接收到，则向所述卫星测控设备发送第二指令；若为全向状态，则根据卫星测控设备的运行信息检测卫星测控设备是否存在故障；若存在故障，则向卫星测控设备发送第四指令；根据卫星测控设备的遥测状态信息判断遥测状态是否为定向状态；若遥测状态为定向状态，则根据运行信息检测卫星测控设备是否存在故障；若存在故障，则向所述卫星测控设备发送第三指令。主要提出一种依赖星上自主测控设备加断电状态，并为与当前任务所需状态不符的设备自主加电重建测控链路的方法。
公开号为CN106533527B的发明专利，公开了一种可重配置的卫星遥测在轨监视与量化管理系统及其实现方法，该系统包括：星务数据接收模块、星务数据查找表记录与存储模块、遥测监视表接收与记录模块、遥测监视表重配置模块、遥测参数监视匹配与更新模块、遥测异常监测模块、遥测参数统计模块、故障事件包自主生成模块、统计事件包自主生成模块、总线传输模块。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种卫星遥控处理终端在轨异常监测与故障恢复方法及系统。
根据本发明提供的一种卫星遥控处理终端在轨异常监测与故障恢复方法及系统，所述方案如下：
第一方面，提供了一种卫星遥控处理终端在轨异常监测与故障恢复方法，所述方法包括：
步骤S1：卫星遥控处理终端设备冗余贮备独立配电，所述独立配电能够重新加电控制；
步骤S2：所述遥控处理终端设备冗余贮备各机重新加电控制端口连接至冗余他机遥控指令发送端口；
步骤S3：若冗余贮备一机发生软错误，由地面遥控控制他机发出该机重新加电指令退出单机软错误；
步骤S4：设置面向无遥控上行的时间阈值可变看门狗定时器；
步骤S5：设置看门狗定时器首次触发较长时间阈值，对遥控处理终端重新加电；
步骤S6：设置看门狗定时器第二次触发后自主切换至较短时间阈值，在不影响地面操作情况下频繁地对遥控处理终端重新加电，增加故障恢复的机率；
步骤S7：针对耦合的故障模式，在对遥控处理终端设备进行重新加电处置时，对测控应答机同步分时进行重新加电。
优选的，所述步骤S1中针对含有CMOS器件的遥控处理终端，由卫星电源系统直接为其冗余贮备各机分配独立的一次电源支路。
优选的，所述步骤S1中对各配电支路仅设置独立的重新加电控制端口，用于外部对其实施单条指令触发的断电-延时-加电组合动作。
优选的，所述步骤S3中对于双机冗余贮备系统，甲机的重新加电端口连接至乙机遥控指令发送端口，乙机的重新加电端口连接至甲机遥控指令发送端口；
当冗余贮备一机发生软错误时，由地面遥控控制他机发出该机重新加电指令，使其退出单机软错误。
优选的，所述步骤S4中看门狗定时器触发后的不同错误与故障模式，在不同触发次数后自主调整定时器时间阈值。
优选的，所述步骤S5中设置面向无遥控上行的时间阈值可变看门狗定时器，首次触发较长时间阈值，取在轨卫星管理最大发令间隔的1.5～2倍。
优选的，所述步骤S6中第二次触发后自主切换至较短时间阈值，取卫星在轨测控弧段长度的1/3～1/2。
第二方面，提供了一种卫星遥控接收终端在轨异常监测与故障恢复系统，所述系统包括：
模块M1：卫星遥控处理终端设备冗余贮备独立配电，所述独立配电能够重新加电控制；
模块M2：所述遥控处理终端设备冗余贮备各机重新加电控制端口连接至冗余他机遥控指令发送端口；
模块M3：若冗余贮备一机发生软错误，由地面遥控控制他机发出该机重新加电指令退出单机软错误；
模块M4：设置面向无遥控上行的时间阈值可变看门狗定时器；
模块M5：设置看门狗定时器首次触发较长时间阈值，对遥控处理终端重新加电；
模块M6：设置看门狗定时器第二次触发后自主切换至较短时间阈值，在不影响地面操作情况下频繁地对遥控处理终端重新加电，增加故障恢复的机率；
模块M7：针对耦合的故障模式，在对遥控处理终端设备进行重新加电处置时，对测控应答机同步分时进行重新加电。
优选的，所述模块M1中针对含有CMOS器件的遥控处理终端，由卫星电源系统直接为其冗余贮备各机分配独立的一次电源支路。
优选的，所述模块M1中对各配电支路仅设置独立的重新加电控制端口，用于外部对其实施单条指令触发的断电-延时-加电组合动作。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明可受控或自主地处置卫星遥控接处理终端在轨可能发生的单机软错误；
2、本发明可自主处置卫星遥控处理终端在轨可能发生的双机软错误；
3、本发明可自主处置卫星遥控处理终端在轨可能发生的单机、双机耦合测控应答机的软错误；
4、本发明提出的软错误处置方法、系统不增加星上硬件设备及其冗余度。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为遥控处理终端设备互相遥控、第三方程控瞬时断电框图；
图2为时间阈值可变看门狗状态转换图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供了一种卫星遥控接收终端在轨异常监测与故障恢复方法，针对卫星遥控接收系统在轨可能发生的单机、双机及与测控应答机耦合软错误，在不增加星上硬件设备及其冗余度的前提下，采取了自主与大回路组合故障监测、不同故障分级异源干预、故障处置次生影响控制等措施，解决了卫星遥控接收系统在轨运行维护与故障恢复问题。参照图1所示，本方法具体步骤如下：
步骤S1：卫星遥控处理终端设备冗余贮备独立配电，独立配电可且仅可“重新加电”控制；针对含有CMOS器件的遥控处理终端，由卫星电源系统直接为其冗余贮备各机分配独立的一次电源支路。
对各配电支路仅设置独立的重新加电控制端口，用于外部对其实施单条指令触发的断电-延时-加电组合动作。
步骤S2：遥控处理终端设备冗余贮备各机“重新加电”控制端口连接至冗余他机遥控指令发送端口。
步骤S3：若冗余贮备一机发生软错误，可由地面遥控控制他机发出该机“重新加电”指令退出单机软错误。
对于双机冗余贮备系统，甲机的重新加电端口连接至乙机遥控指令发送端口，乙机的重新加电端口连接至甲机遥控指令发送端口；
当冗余贮备一机发生软错误时，由地面遥控控制他机发出该机重新加电指令，使其退出单机软错误。
步骤S4：设置面向无遥控上行的时间阈值可变的“看门狗”定时器；看门狗定时器触发后的不同错误与故障模式，在不同触发次数后自主调整定时器时间阈值。
步骤S5：设置“看门狗”定时器首次触发阈值较长，取在轨卫星管理最大发令间隔的1.5～2倍。
步骤S6：设置看门狗定时器第二次触发后自主切换至较短时间阈值，取卫星在轨测控弧段长度的1/3～1/2，在不影响地面操作情况下尽可能频繁地对遥控处理终端重新加电，增加故障恢复的机率。
步骤S7：针对耦合的故障模式，在对遥控处理终端设备进行“重新加电”处置时，对测控应答机同步分时进行重新加电。
接下来，对本发明进行更为具体的说明。
参照图1所示，针对由测控应答机与遥控处理终端组成的卫星遥控接收系统，在测控应答机供电通断外部可控、逻辑可由外部复位的基础上，增补遥控处理终端的单条指令重新加电能力；遥控处理终端重新加电可由星上独立于遥控接收系统的程控指令设备控制发起，也可以由互为冗余贮备的遥控终端甲乙两机互相控制发起(即遥控甲机具备单条指令控制乙机重新加电的能力，遥控乙机具备单条指令控制甲机重新加电的能力)。
针对遥控处理终端甲乙两机中一机的孤立故障，地面发现故障后，可即时遥控发送另一机控制发起的重新加电指令，令故障一机重新加电，退出可能存在的数据流/控制流错误及CMOS电路闩锁状态。
参照图2所示，针对遥控处理终端甲乙两机中可能存在的双重故障(如共因故障)，采用时间阈值可变的“看门狗”计数器方式进行故障诊断，即若特定时间内星上没有收到遥控指令，则对遥控终端甲乙两机均进行程控重新加电操作。相比定时或定位的无条件程控方式，“看门狗”方式对故障进行监测，当且仅当故障发生时才实施相应操作，避免了对正常工作系统状态的无故损坏。该“看门狗”平时运行维护时间阈值较长，一般取在轨卫星管理最大发令间隔的1.5～2倍；一旦出现故障，“看门狗”自主切换至较短时间阈值，如卫星测控弧段长度的1/3～1/2，在不影响地面操作情况下尽可能频繁地对遥控处理终端重新加电，增加故障恢复的机率；当故障消除、星上收到遥控指令后，“看门狗”又自主切换至长时间阈值。
针对可能存在的测控应答机与遥控处理终端耦合故障导致星上遥控接收异常，上述“看门狗”触发后、对遥控处理终端重新加电时，对测控应答机同步分时进行重新加电。
针对星上程控设备在程控执行期间也可能存在的软错误，对遥控处理终端甲乙两机、遥测控应答机的重新加电均分时进行，确保不存在多机同时断电后因程控中断而同时挂失的情况。
本发明实施例提供了一种卫星遥控接收终端在轨异常监测与故障恢复方法及系统，可受控或自主地处置卫星遥控接收系统在轨可能发生的单机软错误；可自主处置卫星遥控接收系统在轨可能发生的双机软错误；可自主处置卫星遥控接收系统在轨可能发生的单机、双机耦合测控应答机的软错误；且本发明提出的软错误处置方法、系统不增加星上硬件设备及其冗余度。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种卫星遥控接收终端在轨异常监测与故障恢复方法，其特征在于，包括：
步骤S1：卫星遥控处理终端设备冗余贮备独立配电，所述独立配电能够重新加电控制；
步骤S2：所述遥控处理终端设备冗余贮备各机重新加电控制端口连接至冗余他机遥控指令发送端口；
步骤S3：若冗余贮备一机发生软错误，由地面遥控控制他机发出该机重新加电指令退出单机软错误；
步骤S4：设置面向无遥控上行的时间阈值可变看门狗定时器；
步骤S5：设置看门狗定时器首次触发较长时间阈值，对遥控处理终端重新加电；
步骤S6：设置看门狗定时器第二次触发后自主切换至较短时间阈值，在不影响地面操作情况下频繁地对遥控处理终端重新加电，增加故障恢复的机率；
步骤S7：针对耦合的故障模式，在对遥控处理终端设备进行重新加电处置时，对测控应答机同步分时进行重新加电。
2.根据权利要求1所述的卫星遥控接收终端在轨异常监测与故障恢复方法，其特征在于，所述步骤S1中针对含有CMOS器件的遥控处理终端，由卫星电源系统直接为其冗余贮备各机分配独立的一次电源支路。
3.根据权利要求1所述的卫星遥控接收终端在轨异常监测与故障恢复方法，其特征在于，所述步骤S1中对各配电支路仅设置独立的重新加电控制端口，用于外部对其实施单条指令触发的断电-延时-加电组合动作。
4.根据权利要求1所述的卫星遥控接收终端在轨异常监测与故障恢复方法，其特征在于，所述步骤S3中对于双机冗余贮备系统，甲机的重新加电端口连接至乙机遥控指令发送端口，乙机的重新加电端口连接至甲机遥控指令发送端口；
当冗余贮备一机发生软错误时，由地面遥控控制他机发出该机重新加电指令，使其退出单机软错误。
5.根据权利要求1所述的卫星遥控接收终端在轨异常监测与故障恢复方法，其特征在于，所述步骤S4中看门狗定时器触发后的不同错误与故障模式，在不同触发次数后自主调整定时器时间阈值。
6.根据权利要求1所述的卫星遥控接收终端在轨异常监测与故障恢复方法，其特征在于，所述步骤S5中设置面向无遥控上行的时间阈值可变看门狗定时器，首次触发较长时间阈值，取在轨卫星管理最大发令间隔的1.5～2倍。
7.根据权利要求1所述的卫星遥控接收终端在轨异常监测与故障恢复方法，其特征在于，所述步骤S6中第二次触发后自主切换至较短时间阈值，取卫星在轨测控弧段长度的1/3～1/2。
8.一种卫星遥控接收终端在轨异常监测与故障恢复系统，其特征在于，包括：
模块M1：卫星遥控处理终端设备冗余贮备独立配电，所述独立配电能够重新加电控制；
模块M2：所述遥控处理终端设备冗余贮备各机重新加电控制端口连接至冗余他机遥控指令发送端口；
模块M3：若冗余贮备一机发生软错误，由地面遥控控制他机发出该机重新加电指令退出单机软错误；
模块M4：设置面向无遥控上行的时间阈值可变看门狗定时器；
模块M5：设置看门狗定时器首次触发较长时间阈值；
模块M6：设置看门狗定时器第二次触发后自主切换至较短时间阈值，在不影响地面操作情况下频繁地对遥控处理终端重新加电，增加故障恢复的机率；
模块M7：针对耦合的故障模式，在对遥控处理终端设备进行重新加电处置时，对测控应答机同步分时进行重新加电。
9.根据权利要求8所述的卫星遥控接收终端在轨异常监测与故障恢复系统，其特征在于，所述模块M1中针对含有CMOS器件的遥控处理终端，由卫星电源系统直接为其冗余贮备各机分配独立的一次电源支路。
10.根据权利要求8所述的卫星遥控接收终端在轨异常监测与故障恢复系统，其特征在于，所述模块M1中对各配电支路仅设置独立的重新加电控制端口，用于外部对其实施单条指令触发的断电-延时-加电组合动作。
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