CN114911182A - 一种空间应用载荷控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空间应用载荷控制技术领域，尤其涉及一种空间应用载荷控制器，包括主控板和数管板；数管板用于：获取空间的每个空间应用载荷的应用数据，并发送至上级设备；主控板用于：获取每个空间应用载荷的工程数据，并发送至上级设备；主控板还用于：获取上级设备发送的控制指令，并将控制指令发送至控制指令执行对应的空间应用载荷，以使控制指令执行对应的空间应用载荷执行控制指令，其中，控制指令是根据应用数据和工程数据生成的，或者，控制指令由用户自定义生成。通过主控板和数管板就便于对空间的每个空间应用载荷进行管理，一体化程度高。

Description

一种空间应用载荷控制器

技术领域

本发明涉及空间应用载荷控制技术领域，尤其涉及一种空间应用载荷控制器。

背景技术

空间应用载荷指：是指在空间环境中运行的，面向空间应用的有效载荷，其安装位置可以是卫星平台，也可是空间站、飞船等航天器等。

空间应用载荷复杂、多变，需要由专用的载荷管理系统对载荷进行测控、数据传输、供配电等管理，目前针对于空间应用载荷的载荷控制系统多分为数传、遥测、电源管理等多个子系统，管理较复杂，一体化程度不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种空间应用载荷控制器。

本发明的一种空间应用载荷控制器的技术方案如下：

包括主控板和数管板；

所述数管板用于：获取每个空间应用载荷的应用数据，并发送至上级设备；

所述主控板用于：获取每个空间应用载荷的工程数据，并发送至所述上级设备；

所述主控板还用于：获取所述上级设备发送的控制指令，并将所述控制指令发送至所述控制指令执行对应的空间应用载荷，以使所述控制指令执行对应的空间应用载荷执行所述控制指令，其中，所述控制指令是根据所述应用数据和所述工程数据生成的，或者，所述控制指令由用户自定义生成。

本发明的一种空间应用载荷控制器的有益效果如下：

通过主控板和数管板，就能够实现对每个空间应用载荷的管理，方便快捷，且一体化程度高。

在上述方案的基础上，本发明的一种空间应用载荷控制器还可以做如下改进。

进一步，所述数管板包括双倍速率同步动态随机存储器，所述数管板具体用于：通过所述双倍速率同步动态随机存储器获取每个空间应用载荷的应用数据，并发送至所述上级设备。

进一步，还包括数据存储器，所述双倍速率同步动态随机存储器具体用于：

当所述双倍速率同步动态随机存储器的剩余存储空间不小于预设阈值时，将获取到的应用数据直接发送至上级设备。

进一步，当所述双倍速率同步动态随机存储器的剩余存储空间大于所述预设阈值时，所述双倍速率同步动态随机存储器将获取到的应用数据划分为两部分，将第一部分的应用数据直接发送至所述上级设备，第二部分的应用数据发送至所述数据存储器，当向所述上级设备发送完所述第一部分的应用数据后，获取并将所述数据存储器中的第二部分的应用数据发送至所述上级设备。

进一步，还包括分级处置装置，所述分级处置装置用于：根据任一空间应用载荷的应用数据和工程数据，对该空间应用载荷的健康状态进行判断，确定该空间应用载荷的故障等级，并利用所述故障等级对应的故障处理策略对该空间应用载荷进行处理。

进一步，所述数管板还用于：获取所述上级设备发送的控制指令，并将所述控制指令发送至所述主控板。

进一步，任一空间应用载荷的应用数据包括：该空间应用载荷所采集的图像数据和视频数据。

进一步，任一空间应用载荷的工程数据包括：该空间应用载荷的运行状态数据。

进一步，所述数管板包括多个数据接口。

进一步，所述主控板包括多个数据接口。

附图说明

图1为本发明实施例的一种空间应用载荷控制器的结构示意图之一；

图2为本发明实施例的一种空间应用载荷控制器的结构示意图之二。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例的一种空间应用载荷控制器，包括主控板和数管板；

所述数管板用于：获取每个空间应用载荷的应用数据，并发送至上级设备，其中，数管板为一个带有数据接口的处理器或芯片，数管板通过数据接口接收每个空间应用载荷采集的应用数据，任一空间应用载荷的应用数据包括：该空间应用载荷所采集的图像数据和视频数据等，属于高速数据。

所述主控板用于：获取每个空间应用载荷的工程数据，并发送至所述上级设备；其中，主控板为一个带有数据接口的处理器或芯片，任一空间应用载荷的工程数据包括：该空间应用载荷的运行状态数据等，属于低速数据。

其中，主控板包括1553B接口、模拟量接口、RS422接口、网口等多个数据接口，例如，主控板通过1553B接口接收上级设备发送的控制指令，且主控板通过1553B接口向上级设置发送工程数据。

其中，对高速数据和低速数据的解释为：传输速率超过预设传输速率阈值如100kbps或200kbps等的数据为高速数据，将传输速率不超过预设传输速率阈值如100kbps或200kbps等的数据为低速数据，可以理解的是，在不同的应用领域，用户可根据实际情况设置预设传输速率阈值的具体值。

所述主控板还用于：获取所述上级设备发送的控制指令，并将所述控制指令发送至所述控制指令执行对应的空间应用载荷，以使所述控制指令执行对应的空间应用载荷执行所述控制指令，其中，所述控制指令是根据所述应用数据和所述工程数据生成的，或者，所述控制指令由用户自定义生成。

其中，对上级设备的解释如下：

上级设备可为地面的计算机或服务器等，上级设备也可为处理器或芯片，可集成在本发明的一种空间应用载荷控制器中。

其中，空间应用载荷的数量可根据实际情况设置，以三个空间应用载荷为例进行说明，数管板采集第一个空间应用载荷的应用数据、第二个空间应用载荷的应用数据和第三个空间应用载荷的应用数据，并发送至上级设备，主控板采集第一个空间应用载荷的工程数据、第二个空间应用载荷的工程数据和第三个空间应用载荷的工程数据并发送至上级设备，上级设备根据接收到的应用数据和工程数据发出控制指令，并将所述控制指令发送至所述控制指令执行对应的空间应用载荷，该方式为自主发送指令的方式，具体地：

例如，空间应用载荷控制器接收到第一个空间应用载荷的工程数据，该工程数据中包含载荷温度信息，上级设备或控制器根据载荷温度信息判断该空间应用载荷的温度超限，自动发送指令至第一个空间应用载荷，以控制第一个空间应用载荷断电或其他处置措施。

在另外一个实施例中，控制指令由用户如地面运控人员等自定义生成，该方式为地面根据数据发送指令的方式，具体地：

例如，空间应用载荷控制器的主控板接收到第二个空间应用载荷的工程数据，并下行到地面的上级设备，地面的地面运控人员根据该下行的工程数据中的载荷温度信息，判定第二个空间应用载荷温度超限时，地面运控人员发送指令至第二个空间应用载荷，以控制第二个空间应用载荷断电或其他处置措施。

通过主控板和数管板就便于对空间的每个空间应用载荷进行管理，且一体化程度高。

较优地，在上述技术方案中，所述数管板包括双倍速率同步动态随机存储器，所述数管板具体用于：通过所述双倍速率同步动态随机存储器获取每个空间应用载荷的应用数据，并发送至所述上级设备。

其中，双倍速率同步动态随机存储器即DDR，又称内存条，具有较高的数据传输率。

较优地，在上述技术方案中，还包括数据存储器，所述双倍速率同步动态随机存储器具体用于：

当所述双倍速率同步动态随机存储器的剩余存储空间不小于预设阈值时，将获取到的应用数据直接发送至上级设备，以预设阈值为30％为例进行说明，当所述双倍速率同步动态随机存储器的剩余存储空间不小于30％时，将获取到的应用数据直接发送至上级设备；

当所述双倍速率同步动态随机存储器的剩余存储空间大于所述预设阈值时，所述双倍速率同步动态随机存储器将获取到的应用数据划分为两部分，将第一部分的应用数据直接发送至所述上级设备，第二部分的应用数据发送至所述数据存储器，当向所述上级设备发送完所述第一部分的应用数据后，获取并将所述数据存储器中的第二部分的应用数据发送至所述上级设备。具体地：

当所述双倍速率同步动态随机存储器的剩余存储空间大于所述预设阈值如30％时，可将所述双倍速率同步动态随机存储器将获取到的应用数据划分为两部分，具体可理解为：

1)例如第一个空间应用载荷发送应用数据的速率为1M/s，则将每秒接收到的1M的应用数据均分为两部分，也就是说，每秒内，上传0.5M的应用数据即第一部分的应用数据至上级设备，剩余的0.5M的应用数据即第二部分的应用数据存储至数据存储器内，当向所述上级设备发送完所述第一部分的应用数据后，获取并将所述数据存储器中的第二部分的应用数据发送至所述上级设备。

2)例如第一个空间应用载荷发送应用数据的速率为1M/s，则将每秒接收到的1M的应用数据随机分为两部分。

较优地，在上述技术方案中，还包括分级处置装置，所述分级处置装置用于：根据任一空间应用载荷的应用数据和工程数据，对该空间应用载荷的健康状态进行判断，确定该空间应用载荷的故障等级，并利用所述故障等级对应的故障处理策略对该空间应用载荷进行处理。

其中，分级处置装置具体可为一个处理器，还可为主控板、数管板或上级设备，即主控板、数管板或上级设备根据任一空间应用载荷的应用数据和工程数据，对该空间应用载荷的健康状态进行判断，确定该空间应用载荷的故障等级，并利用所述故障等级对应的故障处理策略对该空间应用载荷进行处理。

其中，故障等级可分为：最严重故障、次严重故障、一般故障，最严重故障的等级对应的故障处理策略为：对空间应用载荷立即断电，次严重故障的等级对应的故障处理策略为：对空间应用载荷发出紧急断电告警，通知空间应用载荷进行断电准备后，延时若干秒后对空间应用载荷进行断电，一般故障的等级对应的故障处理策略为：不进行自主处置，将故障情况下行地面后，由地面运控人员进行决策及处置。

较优地，在上述技术方案中，所述数管板还用于：获取所述上级设备发送的控制指令，并将所述控制指令发送至所述主控板。

当主控板与上级设备之间的通信链路发生故障时，数管板可以获取所述上级设备发送的控制指令，并将所述控制指令发送至所述主控板，以便于实现对控制指令相应的空间应用载荷的控制。

其中，数管板设有RS422接口、网口等多个数据接口，例如，数管板通过其RS422接口能够与主控板的RS422接口通信连接，以便于将控制指令发送至主控板。

下面通过另外一个实施例并基于第一个空间应用载荷，对本申请的一种空间应用载荷控制器进行说明，如图2所示：

包括数据管理单元和电源管理单元，数据管理单元包括主控板、数管板、存储板即数据存储器、接口板和交换板；具体地：

1)主控板运行主控软件，主要实现主控板与上级设备间的通信、实现对内部其他板卡的模拟量、数字量采集及加断电控制，实现载荷的工参、数字量采集；

2)数管板运行数管软件，主要实现载荷应用数据的采集及下行。存储板主要实现载荷应用数据的存储，交换板主要实现主控板、数管板、载荷间的以太网互联及数据交换。具体地：

①主控板包括1553B接口、模拟量接口、RS422接口、网口，主控板通过1553B接口接收上级设备发送的控制指令，且主控板通过1553B接口向上级设置发送工程数据；

主控板通过模拟量接口和/或RS422接口接收第一个空间应用载荷发送的工程数据，主控板还可以通过交换板，以以太网互联的方式接收第一个空间应用载荷发送的工程数据，具体地：第一个空间应用载荷通过1000BASE-X即光纤吉比特以太网将工程数据发送至交换板，交换板通过1000BASE-X即光纤吉比特以太网将工程数据发送至主控板，其中，交换板即VPX板卡标准的以太网交换机，用于实现多路以太网互联及数据交换。

②数管板设有RS422接口，接口板上设有FC接口，且数管板设有与接口板适配的数据接口，接口板接收上级设备发送的控制指令，并通过与接口板适配的数据接口发送至数管板；数管板通过其RS422接口能够与主控板的RS422接口通信连接，以便于将控制指令发送至主控板。

第一个空间应用载荷通过1000BASE-X即光纤吉比特以太网将应用数据发送至交换板，交换板通过1000BASE-X即光纤吉比特以太网将应用数据发送至数管板，数管板通过接口板将第一个空间应用载荷的应用数据上传至上级设备。

当所述双倍速率同步动态随机存储器的剩余存储空间不小于预设阈值时，将获取到的应用数据直接发送至上级设备，当所述双倍速率同步动态随机存储器的剩余存储空间大于所述预设阈值时，所述双倍速率同步动态随机存储器将获取到的应用数据划分为两部分，将第一部分的应用数据直接发送至所述上级设备，第二部分的应用数据发送至所述数据存储器即存储板，当向所述上级设备发送完所述第一部分的应用数据后，获取并将所述数据存储器即存储板中的第二部分的应用数据发送至所述上级设备。

其中，电源管理单元主要对自身及载荷的供配电进行管理，包括开关板、5V电源板、2个28V电源板、3个固态功率配电板即SSPC。

开关板主要用来对总输入供电进行控制，对电源电压及电流进行测量，对外提供手动加断电开关及指示灯。

5V电源板主要进行100V转5V电源转换，为控制器内部各板卡提供5V电源。

28V电源板主要进行100V转28V电源转换，为载荷提供28V供电。

固态功率配电板(SSPC)主要用来控制载荷的加断电，具备门限保护功能，并可对负载电压、电流值进行采集。通过配置多个固态功率配电板，可对多路载荷进行控制。SSPC通过RS422与主控板进行通信，接收控制指令并返回载荷电压电流等工参。

上述每个板卡即每个部件均通过机箱后部的背板进行互联，通过IO板与外部线缆连接器相连。所有板卡即部件均为在轨可更换的单元。支持载荷的在轨可更换的实现过程如下：所有的部件均为可拆卸连接，且均设有至少一个备件，以便于航天员进行在轨更换。

本发明的一种空间应用载荷控制器，具体地：

1)能够进行多级测控管理：采用多级测控、模拟测控与数字测控相结合的策略。具体地：

对下，可通过AD接口对载荷的模拟量进行采集，通过RS422或以太网接口对数字量进行采集，对载荷进行程控指令控制；

对内，可通过IPMB(智能平台管理总线)对控制器内部各板卡的电压、电流、温度等模拟量进行检测，并可对各单板进行加断电控制；

对上，可将自身及各个载荷的数据通过1553B、FC接口进行汇总、上报，接收数据注入、广播数据等指令，解析自身指令，并将载荷指令通过RS422或以太网接口向载荷转发。

2)数据管理：

可通过以太网接口接收载荷应用数据，并根据数据的速率进行缓存，分为二级缓存策略，二级缓存策略具体为：当所述双倍速率同步动态随机存储器的剩余存储空间不小于预设阈值时，将获取到的应用数据直接发送至上级设备，当所述双倍速率同步动态随机存储器的剩余存储空间大于所述预设阈值时，所述双倍速率同步动态随机存储器将获取到的应用数据划分为两部分，将第一部分的应用数据直接发送至所述上级设备，第二部分的应用数据发送至所述数据存储器即存储板，当向所述上级设备发送完所述第一部分的应用数据后，获取并将所述数据存储器即存储板中的第二部分的应用数据发送至所述上级设备。

3)健康管理：

对下，可对载荷进行健康管理，根据多级测控采集的载荷数字量、电流、温度，对载荷的健康状态进行综合判断，并根据故障等级，进行分级处置。若为最严重等级故障，则对载荷进行立即断电；若为次严重等级，则对载荷发出紧急断电告警，通知载荷进行断电准备后，延时若干秒后对载荷进行断电；若为一般故障，则不进行自主处置，将故障情况下行地面后，由地面运控进行决策及处置。

4)重构：

主控软件、数管软件均可进行在轨重构。通过地面上行代码文件，经校验后固化在程序存储器如Flash中，并通过指令进行代码区切换。可通过与载荷间的数据接口，向载荷转发代码文件，支持载荷的在轨重构。本发明的一种空间应用载荷控制器具有如下有益效果：

1)将载荷管理所需的数据管理、指令控制、测控、二次配电等功能集成在一台单机上，一体化设计，可减小设备的体积重量；

2)目前的载荷控制系统的维修性考虑较少，本发明根据不同功能将设备划分为不同的单元，每个单元均可便捷地进行在轨插拔，更换，以达到维修目的，每个VPX板卡均在轨可更换，提高了维修性、便于硬件的升级换代。

3)目前的载荷管理系统仅对载荷的数据及供配电进行管理，可对载荷进行故障诊断、健康管理。同时也对控制器自身的各个单元进行健康管理。具备多级健康管理功能，可对故障进行诊断及自主处置，提高了载荷及设备自身的安全性。健康管理相关的阈值及策略均可在轨更新，使该功能更加灵活。

4)目前的载荷控制系统不具备在轨可重构功能，无法很好地应对任务变化。本发明可对载荷控制器本身的软件进行在轨重构，也可支持载荷进行重构。健康管理参数可装订，健康管理策略可更新。可根据任务需要对自身及载荷进行在轨重构，支持软件及逻辑在全寿命周期的维护、升级。

5)通过应用数据的二级缓存机制，提高了存储资源利用率。

在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

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。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种空间应用载荷控制器，其特征在于，包括主控板和数管板；

所述数管板用于：获取每个空间应用载荷的应用数据，并发送至上级设备；

所述主控板用于：获取每个空间应用载荷的工程数据，并发送至所述上级设备；

所述主控板还用于：获取所述上级设备发送的控制指令，并将所述控制指令发送至所述控制指令执行对应的空间应用载荷，以使所述控制指令执行对应的空间应用载荷执行所述控制指令，其中，所述控制指令是根据所述应用数据和所述工程数据生成的，或者，所述控制指令由用户自定义生成。

2.根据权利要求1所述的一种空间应用载荷控制器，其特征在于，所述数管板包括双倍速率同步动态随机存储器，所述数管板具体用于：

通过所述双倍速率同步动态随机存储器缓存每个空间应用载荷的应用数据，并发送至所述上级设备。

3.根据权利要求2所述的一种空间应用载荷控制器，其特征在于，还包括数据存储器，所述双倍速率同步动态随机存储器具体用于：

当所述双倍速率同步动态随机存储器的剩余存储空间不小于预设阈值时，将获取到的应用数据直接发送至上级设备。

4.根据权利要求3所述的一种空间应用载荷控制器，其特征在于，所述双倍速率同步动态随机存储器还具体用于：

当所述双倍速率同步动态随机存储器的剩余存储空间大于所述预设阈值时，所述双倍速率同步动态随机存储器将获取到的应用数据划分为两部分，将第一部分的应用数据直接发送至所述上级设备，第二部分的应用数据发送至所述数据存储器，当向所述上级设备发送完所述第一部分的应用数据后，获取并将所述数据存储器中的第二部分的应用数据发送至所述上级设备。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种空间应用载荷控制器，其特征在于，还包括：分级处置装置，所述分级处置装置用于：根据任一空间应用载荷的应用数据和工程数据，对该空间应用载荷的健康状态进行判断，确定该空间应用载荷的故障等级，并利用所述故障等级对应的故障处理策略对该空间应用载荷进行处理。

6.根据权利要求1至4任一项所述的一种空间应用载荷控制器，其特征在于，所述数管板还用于：获取所述上级设备发送的控制指令，并将所述控制指令发送至所述主控板。

7.根据权利要求1至4任一项所述的一种空间应用载荷控制器，其特征在于，任一空间应用载荷的应用数据包括：该空间应用载荷所采集的图像数据和视频数据。

8.根据权利要求1至4任一项所述的一种空间应用载荷控制器，其特征在于，任一空间应用载荷的工程数据包括：该空间应用载荷的运行状态数据。

9.根据权利要求1至4任一项所述的一种空间应用载荷控制器，其特征在于，所述数管板包括多个数据接口。

10.根据权利要求1至4任一项所述的一种空间应用载荷控制器，其特征在于，所述主控板包括多个数据接口。

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