CN114465655B - 一种卫星数传数据的重传方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种卫星数传数据的重传方法，涉及卫星数传技术领域，该方法包括：步骤S1：由地面站向卫星发送请求数据重传的注数；步骤S2：星载软件接收注数并对注数进行合法性判断，如果合法则进入步骤S3，否则丢弃注数，不作处理；步骤S3：星载软件进入重传模式，控制数传单机完成指定范围的数据重传；步骤S4：星载软件完成数据重传后恢复到正常的数据回放模式。本发明能够高卫星数据的可用性，对提高卫星的业务能力具有积极的作用。

Description

一种卫星数传数据的重传方法
技术领域
本发明涉及卫星数传技术领域，具体地，涉及一种卫星数传数据的重传方法。
背景技术
非地球静止轨道卫星环绕于中低轨道、高轨道环境中，卫星的遥测和遥感数据均需存储在数传单机的大容量存储器中，以防止卫星在境外(即不在地面测控弧段和中继弧段接收范围内)时丢失数据。卫星在进入中继弧段时可将存储的数据通过中继链路下传给地面，或者在进入地面测控弧段内时通过数传延时链路下传给地面站。本文中将首次数据下传称为数据回放。
由于恶劣天气影响以及使用中继链路时地面站天线指向跟踪问题,使得数据回放存在一定概率的误码率。在某些极端情况下，回放数据无法被正常使用，因此需要将星上已回放的数据重复下传以满足地面数据处理需求，本文称这种数据的重复下传行为为数据重传。
当前，某些卫星采用了一些简单的数据重传方法：比如所有通过中继链路下传的数据在进入地面站测控弧段时全部重传一次，这种方法默认所有通过中继链路下传的数据均不可用，重传范围选择不够灵活且造成信道资源的巨大浪费。另外，这种方法不适用某些太阳同步轨道卫星，因为这些卫星进入地面站测控弧段次数较少，所以必须通过中继链路进行数据回放，否则会导致星上数传存储器写溢出，即未回放的数据被覆盖。
公开号为CN111277319A的发明专利，公开了一种星地间数据传输方法及装置，方法包括：根据卫星与地面站间需传输的应用数据类型以及星上发送缓存区大小，确定数据包与控制包结构；卫星/地面站基于不同类型数据可靠性要求与优先级，进行数据包封装，按需设置重传标志，统一存储到发送缓存区并发送；地面站/卫星接收数据包并解析，检测获取需重传丢失数据包信息；卫星/地面站发送缓存区中所有数据包全部发出后，启动自适应确认与重传过程；地面站/卫星随之启动自适应确认与重传过程，并基于需重传丢失数据包信息，与发端配合完成数据包自适应确认与重传。在卫星及地面站之间基于同一发送与接收过程实现多可靠性等级的综合数据传输，与本发明不同的是，该方法根据数据类型、可靠性要求与优先级进行数据包封装，按需设置重传标志。
公开号为CN105406915B的发明专利，公开了一种面向星地链路的文件传输方法，其步骤为：S1：链路探测阶段；发送端对链路的可用带宽和往返时延RTT进行估计；S2：稳定发送阶段；发送端依据步骤S1的结果保持发送速率接近于可用带宽，并使用负确认重传机制完成数据的可靠传输，该方法重点在于建立可靠的文件传输链路方法，对普适性的数据传输并未涉及。
公开号为CN111478741A的发明专利，公开了一种基于遥感状态估计的卫星智能数传方法及系统，包括：根据上行链路功率检波及链路模型预估，实时估计星地数据传输链路损耗；根据星地数据传输链路损耗，计算数传的最大数据传输能力；通过预处理目标检测及热点区域指定，识别感兴趣遥感区域；根据获得的数传最大数据传输能力以及感兴趣遥感区域数据量，调整遥感数据压缩比与压缩质量；缓存预处理目标检测数据、原始遥感数据与压缩遥感数据，依据最大数据传输能力与感兴趣遥感区域数据量，选取存储需要下传的数据信息；读取待下传数据，根据待下传的数据量与传输链路损耗，调节卫星数据传输链路，该发明旨在优化遥感数据链的码率、编码方式、调制方式与发射功率，提升遥感数据传输能力，并未涉及到智能重传方面的内容。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种卫星数传数据的重传方法。
根据本发明提供的一种卫星数传数据的重传方法，所述方法包括：
步骤S1：由地面站向卫星发送请求数据重传的注数；
步骤S2：星载软件接收注数并对注数进行合法性判断，如果合法则进入步骤S3，否则丢弃注数，不作处理；
步骤S3：星载软件进入重传模式，控制数传单机完成指定范围的数据重传；
步骤S4：星载软件完成数据重传后恢复到正常的数据回放模式。
优选的，所述星载软件负责整个卫星的信息流管理，包括采集并下传遥测、接收遥控并处理、时间管理、执行程控任务和安全管理在内的功能；星载软件通过总线通信获取数传单机的存储器读位置信息，并通过总线发送注数包和指令给数传单机进行重传控制。
优选的，所述重传控制由星载软件控制数传存储器的读操作和设置读位置来实现，开始读时星载软件发送读指令，结束读时发送读停指令；星载软件发送读位置注数包设置数传存储器读开始位置。
优选的，所述请求重传的注数，包括三种形式：需重传数据的时间信息、需重传数据在回放弧段记录数组中的序号以及需重传数据在数传存储器中的读起始位置和读结束位置信息。
优选的，需重传数据的时间信息和回放弧段记录数组中的序号，需要对回放弧段记录数组进行查询以获得用于重传的读开始位置和读结束位置，其中，需重传数据在数传存储器中的读起始位置和读结束位置信息的注数内容能直接作为重传的读开始位置和读结束位置。
优选的，所述回放弧段记录数组，其大小为N，N的取值根据数传存储器容量的大小和每个弧段所能回放的数据量来进行选择，表示最大所能重传的弧段数；数组元素为一个记录回放弧段读开始时间、读开始位置和读结束位置的结构体，用以记录回放弧段的存储器读信息。
优选的，所述回放弧段记录数组，根据回放开始时间进行查询；
地面上注需重传数据的时间信息，星载软件接收到该时间信息后与数组中的回放开始时间进行比对，以寻找时间偏差最小的弧段；若结果弧段的时间偏差在ΔT分钟内，则认为上注时间有效，星载软件进入重传模式，否则认为注数无效，不作处理。
优选的，所述步骤S1具体包括：
步骤S1.1：地面上注需重传数据的信息，若包含时间或者序号信息则进入步骤S1.2查询获得数传存储器读开始位置和读结束位置；
若地面直接上注需重传数据的读开始位置PtrStart和读结束位置PtrEnd则进入步骤S1.3；
S1.2：若上注的为重传时间，则将该时间与结构体数组中记录的各个弧段回放开始时间进行比较，获得时间偏差最小并且偏差在ΔT分钟内的弧段所对应的读开始位置和读结束位置信息；
若上注的数据为序号n(1<＝n<＝N),则直接获取数组下标为n的回放弧段所对应的读开始位置和读结束位置；所获得的读开始位置和读结束位置即作为本次重传的读开始位置PtrStart和读结束位置PtrEnd，并进入步骤S1.3；
若未查找到结果，则丢弃注数，进入步骤S1.11；
S1.3：星载软件进入重传模式，控制数传单机进行数据重传；具体地，在进入地面测控弧段和中继弧段发送读指令之前t1秒，假设发送读指令时刻为T，即在T-t1秒时星载软件从总线遥测中获取数传单机的读位置信息PtrOld并记录保存；
S1.4：星载软件在T-t2(t2＜t1)秒时通过总线将包含重传开始位置PtrStart的注数包发送给数传单机用以设置本次读开始位置；
S1.5：数传单机接收到注数后对位置信息进行合法性判断，若合法则将PtrStart设置为新的读开始位置，若不合法则不修改当前读位置；数传单机将判断结果通过总线遥测返回给星载软件；
S1.6：星载软件获取数传单机返回的读位置设置结果，若重传位置设置成功，则进入步骤S1.7进行数据重传；否则按照之前的读位置PtrOld正常进行数据回放，进入步骤S1.11；
S1.7：星载软件在T时刻给数传单机发送读指令，数传单机从PtrStart位置开始读取存储器数据并通过数传通道下传；此外，数传单机通过总线遥测实时地将读位置CurPtr发送给星载软件；
S1.8：星载软件获取数传单机的读位置CurPtr并将其与PtrEnd进行比较，若判断读未结束，则继续重传；若判断读结束，则进入步骤S1.9；
S1.9：星载软件发送读停指令，再将重传前保存的读位置PtrOld发送给数传单机用以恢复重传前存储器读位置；
S1.10：星载软件计算步骤S1.9中的读停时刻与弧段结束时间是否大于Δt3分钟；若大于Δt3分钟，则发送读指令，在剩余弧段继续回放数据；若小于Δt3分钟，剩余弧段不再回放数据；
S1.11：进行正常的数据回放，数传单机从PtrOld位置开始读取存储器数据；进入弧段时星载软件发送读指令，离开弧段时发送读停指令。
优选的，所述星载软件进入重传模式后，不再接受地面新的重传申请，需要完成对当前重传数据的下传后才能够接受新的重传申请。
优选的，所述星载软件进入重传模式后，不记录重传弧段的读时间和读位置信息。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
不影响现有的数据回放，在误码导致回放数据不可用的情况下可申请重传，显著提高了卫星数据的可用性，对提高卫星的业务能力具有积极的作用。此外，该方法灵活实用，易于在工程实践中实施运用。
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为本发明实施例的星载软件与数传单机交互示意图；
图2为本发明实施例的数据重传结束判断流程图。
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数传数据的重传方法，参照图1和图2所示，该方法具体包括：
步骤S1：由地面站向卫星发送请求数据重传的注数；
步骤S2：星载软件接收注数并对注数进行合法性判断，如果合法则进入步骤S3，否则丢弃注数，不作处理；
步骤S3：星载软件进入重传模式，控制数传单机完成指定范围的数据重传；
步骤S4：星载软件完成数据重传后恢复到正常的数据回放模式。
星载软件负责整个卫星的信息流管理，包括采集并下传遥测、接收遥控并处理、时间管理、程控任务执行和安全管理等功能。星载软件通过总线通信获取数传单机的存储器读位置信息，并通过总线发送注数包和指令给数传单机进行重传控制。星载软件通过控制数传存储器的读操作和设置读开始位置来实现，开始读时星载软件发送读指令，结束读时发送读停指令；星载软件发送包含读位置的注数包用以设置数传存储器读开始位置。
请求重传的注数可采用三种形式来实现：(1)包含需重传数据的时间信息，如表1所示；(2)包含需重传数据在回放弧段记录数组中的序号，如表2所示；(3)包含需重传数据在数传存储器中的起始位置和结束位置，如表3所示。其中，第(1)和(2)种形式需要对回放弧段记录数组进行查询以获得用于重传的读开始位置和读结束位置，第三种形式的注数内容可直接作为重传的读开始位置和读结束位置。
表1地面上注重传时间注数格式
表2地面上注重传时间注数格式
表3重传读指针起始位置注数格式
本实例中回放弧段记录数组大小为6，数组元素内容包含回放弧段读开始时间、读开始位置和读结束位置。地面上注重传数据的时间信息，星载软件接收到该时间信息后与数组中的读开始时间进行比对，以寻找时间偏差最小的弧段。若结果弧段的时间偏差在30分钟内，则认为上注时间有效，星载软件进入重传模式。否则认为注数无效，不作处理。
智能化重传方法具体步骤如下，如图1所示：
(1)、地面上注需重传数据的信息，如果包含时间码或者序号的进入(2)查询获得数传存储器读开始位置和读结束位置；地面直接上注需重传数据的读开始位置PtrStart和读结束位置PtrEnd的则进入(3)；
(2)、如果上注的为重传时间，则将该时间与结构体数组中记录的各个弧段回放开始时间进行比较，获得时间偏差最小并且偏差在30分钟内的弧段所对应的读开始位置和读结束位置信息；如果上注的数据为序号n(1<＝n<＝6),则直接获取数组下标为n的回放弧段所对应的读开始位置和读结束位置。所获得的读开始位置和读结束位置即作为本次重传的读开始位置PtrStart和读结束位置PtrEnd，并进入(3)。若未查找到结果，则丢弃注数，进入(11)。
(3)、星载软件进入重传模式，控制数传单机进行数据重传。具体地，在进入地面测控弧段和中继弧段发送读指令之前32秒，假设发送读指令时刻为T，即在T-32秒时星载软件从总线遥测中获取数传单机的读位置信息PtrOld并记录保存；
(4)、星载软件在T-16秒时通过总线将包含重传开始位置PtrStart的注数包发送给数传单机用以设置本次读开始位置；
(5)、数传单机接收到注数后对读位置信息进行合法性判断，如果合法则将PtrStart设置为新的读开始位置，如果不合法则不修改当前读位置。数传单机将判断结果通过总线遥测返回给星载软件；
(6)、星载软件获取数传单机返回的读位置设置结果，如果读位置设置成功，则进入(7)进行数据重传；否则按照之前的读位置PtrOld正常进行数据回放，进入(11)。
(7)、星载软件在T时刻给数传单机发送读指令，数传单机从PtrStart位置开始读取存储器数据并通过数传通道下传；此外，数传单机通过总线遥测实时地将读位置CurPtr发送给星载软件；
(8)、星载软件获取数传单机的读位置CurPtr并将其与PtrEnd进行比较，如果判断读未结束，则继续重传；如果判断读结束，则进入(9)；
(9)、星载软件发送读停指令，然后将重传前保存的读位置PtrOld发送给数传单机用以恢复重传前存储器读位置；
(10)、星载软件计算(9)中的读停时刻与弧段结束时间是否大于2分钟。如果大于2分钟，则发送读指令，在剩余弧段继续回放数据；如果小于2分钟，剩余弧段不再回放数据；
(11)、进行正常的数据回放。数传单机从PtrOld位置开始读取存储器数据。进入弧段时星载软件发送读指令，离开弧段时发送读停指令。
值得注意的是，星载软件进入重传模式后，不再接受地面新的重传申请，需要完成对当前重传数据的下传后才可以接受新的重传申请。另外，重传模式中的存储器读信息不记录到回放弧段记录数组中。
实施例的星载软件驻留在星载计算机中，星载计算机通过1553B总线与数传单机相连，1553B总线是一种串行、异步和半双工式总线结构，其主要特点是分布处理、集中控制和实时响应。BC(Bus Controller，总线控制器)是总线上唯一可执行建立和启动数据传输任务的终端，RT(Remote Terminal，远程终端)在BC的控制下获取数据或者发送数据，1553B总线可以连接31个远程终端。
数传单机作为RT挂载在总线上，数传存储器采用大循环的方式进行读写，读位置和写位置需要保持一定安全距离避免写覆盖或者读溢出问题。数传单机在接收到重传读位置设置注数时需要根据当前的读位置和写位置进行合法性判断。另外，星载软件每0.5秒获取一次数传工程遥测，并提取遥测中的读位置设置结果和读位置信息，用于判断重传是否结束。由于实时读位置传给星载软件存在一定延时，因此实例中对结束的判断留有一定余量，具体的重传结束判断流程如图2所示。
本发明实施例提供的一种卫星数传数据的重传方法，不影响现有的数据回放，在误码导致回放数据不可用的情况下可申请重传，显著提高了卫星数据的可用性，对提高卫星的业务能力具有积极的作用；且该方法灵活实用，易于在工程实践中实施运用。
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 (9)

1.一种卫星数传数据的重传方法，其特征在于，包括：
步骤S1：由地面站向卫星发送请求数据重传的注数；
步骤S2：星载软件接收注数并对注数进行合法性判断，如果合法则进入步骤S3，否则丢弃注数，不作处理；
步骤S3：星载软件进入重传模式，控制数传单机完成指定范围的数据重传；
步骤S4：星载软件完成数据重传后恢复到正常的数据回放模式；
所述步骤S1具体包括：
步骤S1.1：地面上注需重传数据的信息，若包含时间或者序号信息则进入步骤S1.2查询获得数传存储器读开始位置和读结束位置；
若地面直接上注需重传数据的读开始位置PtrStart和读结束位置PtrEnd则进入步骤S1.3；
S1.2：若上注的为重传时间，则将该时间与结构体数组中记录的各个弧段回放开始时间进行比较，获得时间偏差最小并且偏差在ΔT分钟内的弧段所对应的读开始位置和读结束位置信息；
若上注的数据为序号n，1<=n<=N,则直接获取数组下标为n的回放弧段所对应的读开始位置和读结束位置；所获得的读开始位置和读结束位置即作为本次重传的读开始位置PtrStart和读结束位置PtrEnd，并进入步骤S1.3；
若未查找到结果，则丢弃注数，进入步骤S1.11；
S1.3：星载软件进入重传模式，控制数传单机进行数据重传；具体地，在进入地面测控弧段和中继弧段发送读指令之前t1秒，假设发送读指令时刻为T，即在T-t1秒时星载软件从总线遥测中获取数传单机的读位置信息PtrOld并记录保存；
S1.4：星载软件在T-t2秒时通过总线将包含重传开始位置PtrStart的注数包发送给数传单机用以设置本次读开始位置，t2＜t1；
S1.5：数传单机接收到注数后对位置信息进行合法性判断，若合法则将PtrStart设置为新的读开始位置，若不合法则不修改当前读位置；数传单机将判断结果通过总线遥测返回给星载软件；
S1.6：星载软件获取数传单机返回的读位置设置结果，若重传位置设置成功，则进入步骤S1.7进行数据重传；否则按照之前的读位置PtrOld正常进行数据回放，进入步骤S1.11；
S1.7：星载软件在T时刻给数传单机发送读指令，数传单机从PtrStart位置开始读取存储器数据并通过数传通道下传；此外，数传单机通过总线遥测实时地将读位置CurPtr发送给星载软件；
S1.8：星载软件获取数传单机的读位置CurPtr并将其与PtrEnd进行比较，若判断读未结束，则继续重传；若判断读结束，则进入步骤S1.9；
S1.9：星载软件发送读停指令，再将重传前保存的读位置PtrOld发送给数传单机用以恢复重传前存储器读位置；
S1.10：星载软件计算步骤S1.9中的读停时刻与弧段结束时间是否大于Δt3分钟；若大于Δt3分钟，则发送读指令，在剩余弧段继续回放数据；若小于Δt3分钟，剩余弧段不再回放数据；
S1.11：进行正常的数据回放，数传单机从PtrOld位置开始读取存储器数据；进入弧段时星载软件发送读指令，离开弧段时发送读停指令。
2.根据权利要求1所述的卫星数传数据的重传方法，其特征在于，所述星载软件负责整个卫星的信息流管理，包括采集并下传遥测、接收遥控并处理、时间管理、执行程控任务和安全管理在内的功能；星载软件通过总线通信获取数传单机的存储器读位置信息，并通过总线发送注数包和指令给数传单机进行重传控制。
3.根据权利要求2所述的卫星数传数据的重传方法，其特征在于，所述重传控制由星载软件控制数传存储器的读操作和设置读位置来实现，开始读时星载软件发送读指令，结束读时发送读停指令；星载软件发送读位置注数包设置数传存储器读开始位置。
4.根据权利要求1所述的卫星数传数据的重传方法，其特征在于，请求重传的注数，包括三种形式：需重传数据的时间信息、需重传数据在回放弧段记录数组中的序号以及需重传数据在数传存储器中的读起始位置和读结束位置信息。
5.根据权利要求4所述的卫星数传数据的重传方法，其特征在于，需重传数据的时间信息和回放弧段记录数组中的序号，需要对回放弧段记录数组进行查询以获得用于重传的读开始位置和读结束位置，其中，需重传数据在数传存储器中的读起始位置和读结束位置信息的注数内容能直接作为重传的读开始位置和读结束位置。
6.根据权利要求5所述的卫星数传数据的重传方法，其特征在于，所述回放弧段记录数组，其大小为N，N的取值根据数传存储器容量的大小和每个弧段所能回放的数据量来进行选择，表示最大所能重传的弧段数；数组元素为一个记录回放弧段读开始时间、读开始位置和读结束位置的结构体，用以记录回放弧段的存储器读信息。
7.根据权利要求6所述的卫星数传数据的重传方法，其特征在于，所述回放弧段记录数组，根据回放开始时间进行查询；
地面上注需重传数据的时间信息，星载软件接收到时间信息后与数组中的回放开始时间进行比对，以寻找时间偏差最小的弧段；若结果弧段的时间偏差在ΔT分钟内，则认为上注时间有效，星载软件进入重传模式，否则认为注数无效，不作处理。
8.根据权利要求1所述的卫星数传数据的重传方法，其特征在于，所述星载软件进入重传模式后，不再接受地面新的重传申请，需要完成对当前重传数据的下传后才能够接受新的重传申请。
9.根据权利要求1所述的卫星数传数据的重传方法，其特征在于，所述星载软件进入重传模式后，不记录重传弧段的读时间和读位置信息。
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