CN113992764A - 用于深空探测器的高可靠测控数传信道复用方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于深空探测器的高可靠测控数传信道复用方法，包括：S1，按特定格式编排信道下行帧，将下行帧发送给信道复接单元；S2，将帧头信息缓存在帧头信息寄存器中，将后续的有效数据缓存在FIFO中；S3，信道复接单元解析寄存器中的信息，向后级复接器发出启动信号；S4，信道复接单元获得复接器的响应后，根据传输速率位配置信息寄存器和FIFO的读取速率，将寄存器及FIFO中的数据按输入顺序读出，重新组成完整的下行帧数据输出；S5，根据特殊服务位对下行帧的特定数据位进行改写；S6，重复上述步骤。相应地，本发明还公开了一种基于上述方法的系统。本发明实现在深空无线信道上高实时性、低传输速率的可靠传输。

Description

用于深空探测器的高可靠测控数传信道复用方法及系统

技术领域

本发明涉及深空探测技术领域，特别涉及一种用于深空探测器的高可靠测控数传信道复用方法及系统。

背景技术

下行信道复用管理功能是航天器数据管理系统的重要功能，实现将探测器上不同的设备发出的数据时分复用地发送到下行信道上的功能。探测器上不同的设备发出的数据类型各不相同，总的来说分为测控数据和数传数据两个大类：测控数据帧通常为探测器的工作状态数据，包含的数据量小，但数据内容重要，要求在深空无线信道上高实时性、低传输速率可靠传输；数传数据通常为探测器载荷产生的探测数据，重要性相对于测控数据较低，但数据量大，需要高效、高速地传输。此外，针对深空探测器的下行信道的延时标定、带宽测试、误码率测试等工程应用的需求，信道复接模块还需要对下行信道传输的数据进行特定的服务，例如在数据帧进入信道时刻写入时间信息、特定有效数据等。针对上述传输需求，探测器的下行信道通常采用时分复用的方式，将具有不同帧长、优先级、传输速率、特殊服务要求的下行数据接入下行信道。

目前已有的下行信道复用方法和系统不具备上述功能，需要针对深空探测地需求设计新的测控数据信道复用方法。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于深空探测器的高可靠测控数传信道复用方法及系统。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种用于深空探测器的高可靠测控数传信道复用方法，包括如下步骤：

S1，需要传输下行数据的设备按特定格式编排信道下行帧，将信道复用信息填入帧头信息位中，将下行帧发送给信道复接单元；

S2，信道复接单元接收到下行帧后，将帧头信息缓存在帧头信息寄存器中，将后续的有效数据缓存在FIFO中；

S3，信道复接单元解析寄存器中的信息，根据长短帧格式位获得当前帧的长度，在FIFO中的数据量达到该长度后，向后级复接器发出启动信号，启动信号中包含优先级位，供复接器判断响应本次传输的优先级；

S4，信道复接单元获得复接器的响应后，根据传输速率位配置信息寄存器和FIFO的读取速率，将寄存器及FIFO中的数据按输入顺序读出，重新组成完整的下行帧数据输出；

S5，在下行帧数据输出的过程中，根据特殊服务位对下行帧的特定数据位进行改写；

S6，重复步骤S1至S5，从而实现数据的持续下行传输。

优选的，所述信道复用信息包括帧长度位、优先级位、传输速率位和特殊服务位；所述帧长度位指定当前下行帧的总长度；所述优先级位指定当前下行帧的优先级顺序；所述传输速率位指定当前下行帧进入信道后的传输速率；所述特殊服务位指定当前下行帧是否需要进行指定数据位的改写服务。

优选的，在步骤S2中：所述帧头信息寄存器按帧格式中的帧头信息顺序设计，在下行帧写入时按原始顺序记录相应的帧头信息字段；信息记录完毕后，给出信息锁定信号，信道复接单元的其他模块可读取寄存器中的信息使用；在下行帧读出时，顺序地将信息字段读出并写回到传输帧中的原位置。

优选的，在步骤S3中：FIFO在检测到信息锁定信号时，开始比对自身数据量与帧头信息寄存器中的帧长度，数据量等于帧长度时停止接收，发出启动信号；启动信号包括启动位和优先级位。

优选的，在步骤S4中：信道复接单元设计有下行计数器，在接收到响应信号时，计数器清零，然后开始按帧头信息寄存器中记录的传输速率递增，每次递增读取一个字节数据传输到信道上。

优选的，在步骤S5中：特殊服务位指定了下行帧中需要改写的数据位起点、数据位终点、改写方法，在下行计数器达到起点时，将其后寄存器或FIFO中读出的原始下行数据丢弃，对下行数据中填入改写后的数据，直到计数器达到终点。

一种用于深空探测器的高可靠测控数传信道复用系统，用于实施前述任一项所述方法，包括：

帧头信息寄存器，用于接收缓存下行帧的帧头中包含的信息，信息缓存完毕后可随时、多次取用，在下一帧写入时覆盖；

数据FIFO模块，用于缓存下行帧中除了帧头以外的其他数据；

写入管理模块，用于根据下行帧格式，控制特定的字段写入帧头信息寄存器或FIFO；模块中设计了记录写入数据量的计数器，当计数器值达到帧头数据量时，输入信息锁定信号；当计数器达到帧长时，输出启动信号；

启动管理模块；用于在检测到启动信号时，对后级复接器输出启动信号和优先级位；

下行管理模块，用于在检测到后级复接器返回的响应信号时，启动下行计数器，按帧头信息寄存器中规定的速率递增，每次递增读取一个字节数据；根据特殊服务位的规定，对特定的下行数据进行改写。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)基于可配置的模板设计，需要修改支持的帧长、帧格式、传输速率时只需要修改参数定义；

(2)支持探测器下行数据传输的多帧长、多下行速率、可动态调整优先级的功能，可实现对测控数据和数传数据的信道复用管理；

(3)支持探测器下行信道的延时测试、误码率测试等特殊需求；

(4)支持高可靠的反熔丝FPGA实现，提高探测器数据管理的可靠性。

附图说明

图1为本发明的一种用于深空探测器的高可靠测控数传信道复用方法的流程示意图；

图2为本发明的一种用于深空探测器的高可靠测控数传信道复用系统的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

如图1所示，本发明提供的一种用于深空探测器的高可靠测控数传信道复用方法，实现探测器的下行信道数据复接管理功能，所管理的设备及其测控数据类型包括着陆器测控数据、环绕器测控数据、载荷控制器数传数据等，各类设备的下行帧格式如表1、表2所示，其中着陆器测控数据、环绕器测控数据采用表1所示帧格式，载荷控制器数传数据采用表2所示格式。帧格式1和2采用的帧头信息位设计如表3所示，其中：

帧长度位：支持两种帧长，0为224字节帧长，1为896字节帧长；

优先级范围：支持0-15共16级，其中0为最高优先级；

速率范围：支持3到22共20种速率，即2ⁿbps；

特殊服务：支持插入时间码、插入固定序列两种特殊服务类型，可用于测定信道传输延时和误码率测试。

表1帧格式1

表2帧格式2

表3帧头信息位

参看图1，本实施例提供一种用于深空探测器的测控数传信道复用方法，包括如下步骤：

首先，在步骤S1种，需要传输下行数据的设备按特定格式编排信道下行帧，将信道复用信息(帧长度位、优先级位、传输速率位、特殊服务位)填入帧头信息位中，将下行帧发送给信道复接单元。

具体地，在步骤S1中，着陆器测控数据、环绕器测控数据按表格1编排下行帧，载荷控制器数传数据按表格2编排下行帧，根据探测器的工况，实时改变帧格式中的帧头信息位中的各个字段内容，如表3所示。

接着，在步骤S2中，信道复接单元接收到下行帧后，将帧头信息缓存在帧头信息寄存器中，将后续的有效数据缓存在FIFO中；

然后，在步骤S3中，信道复接单元解析寄存器中的信息，根据长短帧格式位获得当前帧的长度，在FIFO中的数据量达到该长度后，向后级复接器发出启动信号，启动信号中包含优先级位，供复接器判断响应本次传输的优先级；

其次，在步骤S4中，信道复接单元获得复接器的响应后，根据传输速率位配置信息寄存器和FIFO的读取速率，将寄存器及FIFO中的数据按输入顺序读出，重新组成完整的下行帧数据输出；

进而，在步骤S5中，在下行数据输出的过程中，根据特殊服务位对下行帧的特定数据位进行改写；

最后，在步骤S6中，重复步骤S1至S5，从而实现数据的持续下行传输。

实施例2

参看图2，本实施例提供一种基于实施例1的用于深空探测器的高可靠测控昂数传信道复用系统，包括：帧头信息寄存器、数据FIFO模块、写入管理模块、启动管理模块、下行管理模块。

本实施例硬件主要包括反熔丝FPGA，可选用ACTEL公司AX2000-1CQ352M芯片。

帧头信息寄存器，用于接收缓存下行帧的帧头中包含的信息(帧长度位、优先级位、传输速率位、特殊服务位)，信息缓存完毕后可随时、多次取用，在下一帧写入时覆盖；

数据FIFO模块，用于缓存下行帧中除了帧头以外的其他数据；

写入管理模块，用于根据下行帧格式，控制特定的字段写入帧头信息寄存器或FIFO；模块中设计了记录写入数据量的计数器，当计数器值达到帧头数据量时，输入信息锁定信号；当计数器达到帧长时，输出启动信号

启动管理模块，用于在检测到启动信号时，对后级复接器输出启动信号和优先级位；

下行管理模块，用于在检测到后级复接器返回的响应信号时，启动下行计数器，按帧头信息寄存器中规定的速率递增，每次递增读取一个字节数据；根据特殊服务位的规定，对特定的下行数据进行改写。

本实施例中的各模块全部基于硬件描述语言设计，未采用反熔丝FPGA不支持的底层单元，可以基于反熔丝FPGA实现。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于深空探测器的高可靠测控数传信道复用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，需要传输下行数据的设备按特定格式编排信道下行帧，将信道复用信息填入帧头信息位中，将下行帧发送给信道复接单元；

S2，信道复接单元接收到下行帧后，将帧头信息缓存在帧头信息寄存器中，将后续的有效数据缓存在FIFO中；

S3，信道复接单元解析寄存器中的信息，根据长短帧格式位获得当前帧的长度，在FIFO中的数据量达到该长度后，向后级复接器发出启动信号，启动信号中包含优先级位，供复接器判断响应本次传输的优先级；

S4，信道复接单元获得复接器的响应后，根据传输速率位配置信息寄存器和FIFO的读取速率，将寄存器及FIFO中的数据按输入顺序读出，重新组成完整的下行帧数据输出；

S5，在下行帧数据输出的过程中，根据特殊服务位对下行帧的特定数据位进行改写；

S6，重复步骤S1至S5，从而实现数据的持续下行传输。

2.根据权利要求1所述的一种用于深空探测器的高可靠测控数传信道复用方法，其特征在于，所述信道复用信息包括帧长度位、优先级位、传输速率位和特殊服务位；所述帧长度位指定当前下行帧的总长度；所述优先级位指定当前下行帧的优先级顺序；所述传输速率位指定当前下行帧进入信道后的传输速率；所述特殊服务位指定当前下行帧是否需要进行指定数据位的改写服务。

3.根据权利要求2所述的一种用于深空探测器的高可靠测控数传信道复用方法，其特征在于，在步骤S2中：所述帧头信息寄存器按帧格式中的帧头信息顺序设计，在下行帧写入时按原始顺序记录相应的帧头信息字段；信息记录完毕后，给出信息锁定信号，信道复接单元的其他模块可读取寄存器中的信息使用；在下行帧读出时，顺序地将信息字段读出并写回到传输帧中的原位置。

4.根据权利要求3所述的一种用于深空探测器的高可靠测控数传信道复用方法，其特征在于，在步骤S3中：FIFO在检测到信息锁定信号时，开始比对自身数据量与帧头信息寄存器中的帧长度，数据量等于帧长度时停止接收，发出启动信号；启动信号包括启动位和优先级位。

5.根据权利要求4所述的一种用于深空探测器的高可靠测控数传信道复用方法，其特征在于，在步骤S4中：信道复接单元设计有下行计数器，在接收到响应信号时，计数器清零，然后开始按帧头信息寄存器中记录的传输速率递增，每次递增读取一个字节数据传输到信道上。

6.根据权利要求5所述的一种用于深空探测器的高可靠测控数传信道复用方法，其特征在于，在步骤S5中：特殊服务位指定了下行帧中需要改写的数据位起点、数据位终点、改写方法，在下行计数器达到起点时，将其后寄存器或FIFO中读出的原始下行数据丢弃，对下行数据中填入改写后的数据，直到计数器达到终点。

7.一种用于深空探测器的高可靠测控数传信道复用系统，用于实施前述任一权利要求所述方法，其特征在于，包括：

帧头信息寄存器，用于接收缓存下行帧的帧头中包含的信息，信息缓存完毕后可随时、多次取用，在下一帧写入时覆盖；

数据FIFO模块，用于缓存下行帧中除了帧头以外的其他数据；

写入管理模块，用于根据下行帧格式，控制特定的字段写入帧头信息寄存器或FIFO；模块中设计了记录写入数据量的计数器，当计数器值达到帧头数据量时，输入信息锁定信号；当计数器达到帧长时，输出启动信号；

启动管理模块；用于在检测到启动信号时，对后级复接器输出启动信号和优先级位；

下行管理模块，用于在检测到后级复接器返回的响应信号时，启动下行计数器，按帧头信息寄存器中规定的速率递增，每次递增读取一个字节数据；根据特殊服务位的规定，对特定的下行数据进行改写。

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