CN114422024B - 一种星地闭环高可靠数据传输方法 - Google Patents

一种星地闭环高可靠数据传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种星地闭环高可靠数据传输方法，属于卫星数据对地传输技术领域，在CCSDS（国际空间数据系统咨询委员），AOS空间数据链路协议的标准的基础上，基于由卫星端和地面接收端的软件、硬件配合完成数据传输及闭环反馈，通过卫星端和地面接收端的优化设计实现在不影响数据传输效率的前提下提升数据传输可靠度。该星地闭环高可靠数据传输方法，通过天地一体化的传输系统的设计，将卫星传统遥控功能、数传功能整合，实现了数据传输闭环控制，在整个任务过程中，数传数据的丢帧、误帧能够实时精准的识别，当圈次能够完成相应的处理，对数传任务的高效可靠执行提供技术保障手段，保证数传数据的完整性和可用性，提高数据的实时性。

Description

一种星地闭环高可靠数据传输方法
技术领域
本发明属于卫星数据对地传输技术领域，具体为一种星地闭环高可靠数据传输方法。
背景技术
遥感、气象、天文等各类航天器在轨获取的大量观测数据需要通过空间数据传输系统传回地面进行相应专业处理。利用人造卫星实现二进制编码字母、数字、符号以及数字化声音、图像信息的远距离传输、交换和处理，又称卫星数据传输。现有卫星数据传输体制多遵从CCSDS（国际空间数据系统咨询委员）标准，空间通信协议体系结构自下而上包括：物理层、数据链路层、网络层、运输层和应用层。
现有空间数据传输一般按照CCSDS，AOS空间数据链路协议的标准执行，传输帧结构包含同步头、版本号、帧ID，帧计数、标识域、数据域、纠错码。该协议为一种无应答式单向广播协议，可实时传输各种不同速率、不同类型的载荷数据。
现有技术中，部分卫星，如气象、遥感等其他特殊应用场景，对卫星载荷数据传输可靠性、实时性提出了更高的要求，例如传输帧序号需保持连续，不允许出现误码等。而现有的数据传输体制为无应答式单向广播式传输方式，当通讯链路余量不足或遇恶劣天气，地面设备偶发异常等情况下，无法保障数据连续且正确。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种星地闭环高可靠数据传输方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种星地闭环高可靠数据传输方法，在CCSDS（国际空间数据系统咨询委员），AOS空间数据链路协议的标准的基础上，基于由卫星端和地面接收端的软件、硬件配合完成数据传输及闭环反馈，包括以下步骤：
S1、卫星端的卫星进入地面接收端的地面站可见范围，通过测控通道的遥测链路向地面站发送遥测信息；
S2、地面站接收到卫星遥测信息，并通过测控通道上行发送单载波信号，地面接收端的运管中心通过遥测解析内容判读卫星健康状况；
S3、卫星遥测显示上行锁定，且判断卫星工作状态正常后，地面站通过测控通道发送数传顺序下传开始指令；
S4、卫星接收到指令后开始数据传输，地面站数传基带通过数传链路接收数传数据；
S5、地面站接收卫星数传数据并实时对数据的数传帧格式进行解帧处理，并将处理后的数据送到运管中心；
S6、运管中心进行数据连续性判读，若数据帧连续，则接收数据直到数传结束；若数据帧不连续或存在误码，根据判读结果生成相应的误码、缺失地址重传指令；
S7、将需重新传输的数据帧地址范围以遥控数据块的形式上注至卫星，对误帧丢帧进行实时补传；
S8、卫星接收到数据重传数据块后，暂停当前数据传输，将数传读指针依次置于数据块指定缓存区域，逐帧进行数据下传；
S9、异常帧数据下传结束后，卫星数传自动将读指针置回顺序回放地址，继续顺序回放；
S10、重复上述步骤S5-S9；
S11、预计卫星出境前，地面站通过测控通道上注数据传输结束指令；
S12、卫星接收指令后，停止数据传输。
进一步优化本技术方案，所述S1中，遥测信息包括卫星通过通讯链路向地面发送卫星各部组件运行状态、工作状态的实时参数信息。
进一步优化本技术方案，所述S5中，解帧内容包括提取数传帧中的帧计数，同时计算数据帧中CRC校验是否正确，并将对应的数传帧格式数据、校验结果送到运管中心。
进一步优化本技术方案，所述S6中，数据连续性判读包括以下具体步骤：实时判断帧计数连续性，记录缺失帧及校验错误帧两种异常帧，计算异常帧回放地址，并对异常帧总数N、异常帧回放地址进行记录，从而判断数据帧连不连续或是否存在误码。
进一步优化本技术方案，当异常帧计数N大于等于预设值n时（n可根据卫星业务要求调整），将需重新传输的数据帧地址范围通过遥控链路以遥控数据块的形式上注至卫星，同时将异常帧计数N清零。
与现有技术相比，本发明提供了一种星地闭环高可靠数据传输方法，具备以下有益效果：
1、该星地闭环高可靠数据传输方法，通过天地一体化的传输系统的设计，将卫星传统遥控功能、数传功能整合，实现了数据传输闭环控制，在整个任务过程中，数传数据的丢帧、误帧能够实时精准的识别，当圈次能够完成相应的处理，对数传任务的高效可靠执行提供技术保障手段，保证数传数据的完整性和可用性，提高数据的实时性，解决了传统数传在后续圈次重放的实时性差问题。
2、该星地闭环高可靠数据传输方法，在数据正常时无应答，只有出现异常帧时发送重传指令，重传后卫星恢复正常传输，从而使得该传输方式的通讯效率高。
附图说明
图1为本发明提出的一种星地闭环高可靠数据传输方法的方案流程示意图；
图2为本发明提出的一种星地闭环高可靠数据传输方法在应用时的一种地面站正常接收数据效果图；
图3为本发明提出的一种星地闭环高可靠数据传输方法在应用时的一种地面站接收数据中断效果图；
图4为本发明提出的一种星地闭环高可靠数据传输方法在应用时的一种地面站接收数据中断后补传效果图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例一：
请参阅图1，一种星地闭环高可靠数据传输方法，在CCSDS（国际空间数据系统咨询委员），AOS空间数据链路协议的标准的基础上，基于由卫星端和地面接收端的软件、硬件配合完成数据传输及闭环反馈，包括以下步骤：
S1、卫星端的卫星进入地面接收端的地面站可见范围，通过测控通道的遥测链路向地面站发送遥测信息，遥测信息包括卫星通过通讯链路向地面发送卫星各部组件运行状态、工作状态的实时参数信息；
S2、地面站接收到卫星遥测信息，并通过测控通道上行发送单载波信号，地面接收端的运管中心通过遥测解析内容判读卫星健康状况；
S3、卫星遥测显示上行锁定，且判断卫星工作状态正常后，地面站通过测控通道发送数传顺序下传开始指令；
S4、卫星接收到指令后开始数据传输，地面站数传基带通过数传链路接收数传数据；
S5、地面站接收卫星数传数据并实时对数据的数传帧格式进行解帧处理，解帧内容包括提取数传帧中的帧计数，同时计算数据帧中CRC校验是否正确，并将对应的数传帧格式数据、校验结果送到运管中心；
S6、运管中心进行数据连续性判读，数据连续性判读包括以下具体步骤：实时判断帧计数连续性，记录缺失帧及校验错误帧两种异常帧，计算异常帧回放地址，并对异常帧总数N、异常帧回放地址进行记录，从而判断数据帧连不连续或是否存在误码；若数据帧连续，则接收数据直到数传结束；若数据帧不连续或存在误码，根据判读结果生成相应的误码、缺失地址重传指令；
S7、当异常帧计数N大于等于预设值n时（n可根据卫星业务要求调整），将需重新传输的数据帧地址范围通过遥控链路以遥控数据块的形式上注至卫星，对误帧丢帧进行实时补传，同时将异常帧计数N清零；
S8、卫星接收到数据重传数据块后，暂停当前数据传输，将数传读指针依次置于数据块指定缓存区域，逐帧进行数据下传；
S9、异常帧数据下传结束后，卫星数传自动将读指针置回顺序回放地址，继续顺序回放；
S10、重复上述步骤S5-S9；
S11、预计卫星出境前，地面站通过测控通道上注数据传输结束指令；
S12、卫星接收指令后，停止数据传输。
其中，数传帧格式如下所示：
Figure 350133DEST_PATH_IMAGE001
其中，遥控帧格式如下所示：
Figure 276501DEST_PATH_IMAGE002
综上，卫星进入地面站可见范围，地面站收到卫星遥测，卫星运管中心通过遥测解析内容判读卫星健康状况，卫星状态出现异常，数传任务取消；若卫星状态正常，继续开展数传任务。地面站开启上行遥控，发送“数传顺序下传指令”，卫星接收到指令后开始数据传输，地面站数传基带接收数传数据，并对数据帧进行预处理，将帧序号、对应数传帧地址、校验结果送到运管中心。运管中心进行数据连续性判读，若数据帧连续，则接收数据直到数传结束；若数据帧不连续或存在误码，根据判读结果生成相应遥控指令帧，将需重新传输的数据帧地址范围以遥控数据块的形式上注至卫星，对误帧丢帧进行实时补传。卫星测控系统接收到遥控信息后转发至星载机，由星载机解析数据重传指令控制卫星数传设备暂停数据传输，并将数据回放指针置于指定位置进行数据重传，重传完成后恢复常规数据传输模式。
重传期间地面系统持续对数据连续性进行判读，直至数传任务结束。
实施例二：
将实施例一中所述的星地闭环高可靠数据传输方法应用于商业卫星数据传输，以6min数据传输为例进行仿真，说明本发明的效果。
如图2所示，当地面站完好接收数传数据时，接收数据连续，接收数据帧序号从4008至4077连续递增。
如图3所示，当地面站接收数传数据时偶遇恶劣天气或其他因素导致接收中断，接收数据不连续，接收数据帧序号从4008至4077递增，但其中出现部分数据帧丢失情况。
如图4所示，当地面站接收数传数据时出现接收数据不连续时，地面开始对接收失败数据进行统计，首次中断数据量未达到重传阈值，常规接收继续；第二次中断后数据量累积达到重传阈值，星地配合自动对缺失数据进行重传，将丢失数据进行重新传输；重传完成后自动常规数传任务。接收数据帧序号从4008至4067非连续递增，但数据完整、无损耗。
本发明的有益效果是：
1、该星地闭环高可靠数据传输方法，通过天地一体化的传输系统的设计，将卫星传统遥控功能、数传功能整合，实现了数据传输闭环控制，在整个任务过程中，数传数据的丢帧、误帧能够实时精准的识别，当圈次能够完成相应的处理，对数传任务的高效可靠执行提供技术保障手段，保证数传数据的完整性和可用性，提高数据的实时性，解决了传统数传在后续圈次重放的实时性差问题。
2、该星地闭环高可靠数据传输方法，在数据正常时无应答，只有出现异常帧时发送重传指令，重传后卫星恢复正常传输，从而使得该传输方式的通讯效率高。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种星地闭环高可靠数据传输方法，在CCSDS，AOS空间数据链路协议的标准的基础上，基于由卫星端和地面接收端的软件、硬件配合完成数据传输及闭环反馈，其特征在于，包括以下步骤：
S1、卫星端的卫星进入地面接收端的地面站可见范围，通过测控通道的遥测链路向地面站发送遥测信息；
S2、地面站接收到卫星遥测信息，并通过测控通道上行发送单载波信号，地面接收端的运管中心通过遥测解析内容判读卫星健康状况；
S3、卫星遥测显示上行锁定，且判断卫星工作状态正常后，地面站通过测控通道发送数传顺序下传开始指令；
S4、卫星接收到指令后开始数据传输，地面站数传基带通过数传链路接收数传数据；
S5、地面站接收卫星数传数据并实时对数据的数传帧格式进行解帧处理，并将处理后的数据送到运管中心；
S6、运管中心进行数据连续性判读，数据连续性判读包括以下具体步骤：实时判断帧计数连续性，记录缺失帧及校验错误帧两种异常帧，计算异常帧回放地址，并对异常帧总数N、异常帧回放地址进行记录，从而判断数据帧连不连续或是否存在误码；若数据帧连续，则接收数据直到数传结束；若数据帧不连续或存在误码，根据判读结果生成相应的误码、缺失地址重传指令；
S7、将需重新传输的数据帧地址范围以遥控数据块的形式上注至卫星，对误帧丢帧进行实时补传；
S8、卫星接收到数据重传数据块后，暂停当前数据传输，将数传读指针依次置于数据块指定缓存区域，逐帧进行数据下传；
S9、异常帧数据下传结束后，卫星数传自动将读指针置回顺序回放地址，继续顺序回放；
S10、重复上述步骤S5-S9；
S11、预计卫星出境前，地面站通过测控通道上注数据传输结束指令；
S12、卫星接收指令后，停止数据传输。
2.根据权利要求1所述的一种星地闭环高可靠数据传输方法，其特征在于，所述S1中，遥测信息包括卫星通过通讯链路向地面发送卫星各部组件运行状态、工作状态的实时参数信息。
3.根据权利要求1所述的一种星地闭环高可靠数据传输方法，其特征在于，所述S5中，解帧内容包括提取数传帧中的帧计数，同时计算数据帧中CRC校验是否正确，并将对应的数传帧格式数据、校验结果送到运管中心。
4.根据权利要求1所述的一种星地闭环高可靠数据传输方法，其特征在于，当异常帧计数N大于等于预设值n时,其中n可根据卫星业务要求调整，将需重新传输的数据帧地址范围通过遥控链路以遥控数据块的形式上注至卫星，同时将异常帧计数N清零。
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