CN115412148A - 一种星座卫星多通道管控信息交互传输系统架构及传输方法 - Google Patents

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Abstract

一种星座卫星多通道管控信息交互传输系统架构及传输方法，方法依托的管控信息交互传输系统架构包括星载数据路由单元、星地测控单元、星地运控单元、星间通信单元、系统管理单元等信息流节点，节点之间信息通过星载信息流网络传输。首先卫星等待星地测控链路、星地运控链路、星间通信链路等各个通道接收管控信息，收到信息后，判断信息目的地址是否为本星；当信息目的地址为本星时，进行本星业务优先级分类，并根据分类结果加入本星各类业务队列，然后进行本星处理优先级排序，并根据排序结果加入本星处理队列，完成信息处理及执行；当信息目的地址非本星时，进行它星业务优先级分类，并根据分类结果加入它星各类业务队列，然后进行它星处理优先级排序，并根据排序结果加入它星处理队列，通过星间通信链路发送。

Description

一种星座卫星多通道管控信息交互传输系统架构及传输方法
技术领域
本发明涉及一种星座卫星多通道管控信息交互传输系统架构及传输方法，属于航天器信息系统设计技术领域。
背景技术
星座卫星除具备常规的星地测控、星地运控链路以外，针对星座组网配置了星间通信链路，星内/星间信息类型丰富，涉及多系统、多卫星、多设备之间的复杂信息交互，因此，在星座卫星系统级信息流设计过程中，在满足卫星一般性要求的基础上，还需要面向其星座信息流特点开展针对性设计。与功能独立的单一卫星相比，星座卫星在多通道互连互通及信息交互传输方面具有其独特的设计特征。卫星各类管控信息传输通道一般以满足自身固有业务数据传输为目的，缺乏多类信息传输通道融合应用的有效传输方法，难以发挥星座多卫星、单星多通道的系统优势，亟需探寻星座卫星多通道管控信息交互传输方法。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种星座卫星多通道管控信息交互传输方法，该方法充分利用星座卫星星载多类信息传输通道，具备处理高效、操控简捷等优点。
本发明的技术解决方案是：一种星座卫星多通道管控信息交互传输系统架构，包括数据路由单元、星地测控单元、星地运控单元、星间通信单元、系统管理单元；各单元之间通过星载信息流网络传输信息；
数据路由单元：用于接收来自星地测控单元的遥控信息、来自星地运控单元的运控信息、来自星间通信单元的遥控信息及运控信息等管控信息，完成信息路由、调度、分发；
星地测控单元：用于接收地面测控站通过星地测控链路发送的遥控信息，将遥控信息输出至数据路由单元；
星地运控单元：用于接收地面运控站通过星地运控链路发送的运控信息，将运控信息输出至数据路由单元；
星间通信单元：可视卫星的星间通信单元接收来自数据路由单元的遥控信息及运控信息，将遥控信息及运控信息通过星间通信链路发送，不可视卫星的星间通信单元用于接收可视卫星通过星间通信链路发送的遥控信息及运控信息，将遥控信息及运控信息输出至数据路由单元；
系统管理单元：用于遥控信息与运控信息的处理、执行。
信息交互传输通道包括：卫星与地面之间的星地测控链路通道、卫星与地面之间的星地运控链路通道和卫星与卫星之间的星间通信链路通道。
一种星座卫星多通道管控信息交互传输方法，步骤如下：
(1)卫星等待星地测控链路、星地运控链路、星间通信链路接收管控信息；
(2)数据路由单元判断信息目的地址是否为本星，若信息目的地址为本星，则信息为本星需要执行的管控信息，进入步骤(3)；若信息目的地址非本星，则信息为它星需要执行的管控信息，进入步骤(4)；
(3)进行本星管控信息处理流程；
(4)进行其它星管控信息处理流程。
信息交互传输通道包括：卫星与地面之间的星地测控链路通道、卫星与地面之间的星地运控链路通道和卫星与卫星之间的星间通信链路通道。
所述步骤(1)的具体过程为：
星地测控单元接收地面测控站通过星地测控链路发送的遥控信息，若接收到信息，则将信息输出至数据路由单元，进入步骤(2)；若未接收到信息，则继续等待；
星地运控单元接收地面运控站通过星地运控链路发送的运控信息，若接收到信息，则将信息输出至数据路由单元，进入步骤(2)；若未接收到信息，则继续等待；
星间通信单元接收来自星间通信链路的遥控信息及运控信息，若接收到信息，则将信息输出至数据路由单元，进入步骤(2)；若未接收到信息，则继续等待。
所述进行本星管控信息处理流程，包括：
数据路由单元进行本星业务优先级分类；
数据路由单元根据本星业务优先级分类结果，将管控信息分别加入本星各类业务队列；
数据路由单元进行本星处理优先级排序；
数据路由单元根据本星处理优先级排序结果，将管控信息加入本星处理队列；
数据路由单元将本星处理队列中的管控信息发送至系统管理单元；
系统管理单元完成信息处理及执行。
所述其它星管控信息处理流程具体为：
数据路由单元进行它星业务优先级分类；
数据路由单元根据它星业务优先级分类结果，将管控信息分别加入它星各类业务队列；
数据路由单元进行它星处理优先级排序；
数据路由单元根据它星处理优先级排序结果，将管控信息加入它星处理队列；
数据路由单元将它星处理队列中的管控信息发送至星间通信单元；
星间通信单元完成信息发送。
按照管控信息的业务类型进行业务优先级分类，PBn表示第n类业务的业务优先级，具体下表所示：
Figure BDA0003749050710000031
Figure BDA0003749050710000041
根据业务优先级、业务队列长度进行处理优先级排序，具体为：
(1)令PLn表示第n类业务的业务队列长度优先级，Sn表示第n类业务对应的缓存区总长度，Ln表示第n类业务的业务队列长度，若
Figure BDA0003749050710000042
Figure BDA0003749050710000043
则PLn＝k；
(2)令Pn表示第n类业务的处理优先级，由业务优先级、业务队列长度优先级加权计算得到，具体为：Pn＝ωB×PBn+ωL×PLn，其中，ωB为业务优先级权值，若PBn≤2，则ωB＝PBn，若PBn＞2，则ωB＝PBn3；ωL为业务队列长度优先级权值，若PLn≤2，则ωL＝PLn，若PLn＞2，则ωL＝PL2n。
根据本星处理优先级排序结果，将管控信息加入处理队列，处理优先级高的管控信息先加入处理队列、处理优先级低的管控信息后加入处理队列。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明通过星座卫星多通道管控信息交互传输系统架构设计，在卫星信息流节点之间建立接口关系，并依托数据路由单元实现多通道管控信息路由、调度、分发，支持星地、星间多类空间链路通道的管控信息交互，扩展地面用户的操控通道，降低卫星系统运行风险；
(2)本发明通过星座卫星多通道管控信息的业务优先级分类、以及结合业务优先级、业务队列长度的处理优先级排序，保证了高优先级业务的及时传输，同时兼顾了低优先级业务的有效传输，提高星座卫星多通道管控信息交互传输效率。
附图说明
图1为本发明星座卫星多通道管控信息交互传输系统架构示意图；
图2为本发明星座卫星多通道管控信息交互传输方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
本发明方法依托的星座卫星多通道管控信息交互传输系统架构如图1所示，包括数据路由单元、星地测控单元、星地运控单元、星间通信单元、系统管理单元，各单元之间通过星载信息流网络传输信息。
数据路由单元：用于接收来自星地测控单元的遥控信息、来自星地运控单元的运控信息、来自星间通信单元的遥控信息及运控信息等管控信息，完成信息路由、调度、分发；
星地测控单元：用于接收地面测控站通过星地测控链路发送的遥控信息，将遥控信息输出至数据路由单元；
星地运控单元：用于接收地面运控站通过星地运控链路发送的运控信息，将运控信息输出至数据路由单元；
星间通信单元：可视卫星的星间通信单元接收来自数据路由单元的遥控信息及运控信息，将遥控信息及运控信息通过星间通信链路发送，不可视卫星的星间通信单元用于接收可视卫星通过星间通信链路发送的遥控信息及运控信息，将遥控信息及运控信息输出至数据路由单元；
系统管理单元：用于遥控信息与运控信息的处理、执行。
本发明的方法流程图如图2所示，本发明提出的一种星座卫星多通道管控信息交互传输方法，具体步骤如下：
(1)首先卫星等待星地测控链路、星地运控链路、星间通信链路等通道接收管控信息，具体为：
(1-1)星地测控单元接收地面测控站通过星地测控链路发送的遥控信息，若接收到信息，则将信息输出至数据路由单元，进入步骤(2)；若未接收到信息，则继续等待；
(1-2)星地运控单元接收地面运控站通过星地运控链路发送的运控信息，若接收到信息，则将信息输出至数据路由单元，进入步骤(2)；若未接收到信息，则继续等待；
(1-3)星间通信单元接收来自星间通信链路的遥控信息及运控信息，若接收到信息，则将信息输出至数据路由单元，进入步骤(2)；若未接收到信息，则继续等待。
(2)数据路由单元判断信息目的地址是否为本星，若信息目的地址为本星，则信息为本星需要执行的管控信息，进入步骤(3)；若信息目的地址非本星，则信息为它星需要执行的管控信息，进入步骤(4)；
(3)本星管控信息处理流程，具体为：
(3-1)数据路由单元按照管控信息的业务类型进行本星业务优先级分类，PBn表示第n类业务的业务优先级，具体为：工程遥控指令信息，PB5＝5；时间同步信息，PB4＝4；运行控制指令信息，PB3＝3；星座配置信息，PB2＝2；在轨维护信息，PB1＝1；
(3-2)数据路由单元根据本星业务优先级分类结果，将管控信息分别加入本星各类业务队列；
(3-3)数据路由单元根据业务优先级、业务队列长度进行本星处理优先级排序，具体为：
(3-3-1)PLn表示第n类业务的业务队列长度优先级，Sn表示第n类业务对应的缓存区总长度，Ln表示第n类业务的业务队列长度，若
Figure BDA0003749050710000061
Figure BDA0003749050710000062
则PLn＝k。
(3-3-2)Pn表示第n类业务的处理优先级，由业务优先级、业务队列长度优先级加权计算得到，具体为：Pn＝ωB×PBn+ωL×PLn，其中，ωB为业务优先级权值，若PBn≤2，则ωB＝PBn，若PBn＞2，则ωB＝PBn3；ωL为业务队列长度优先级权值，若PLn≤2，则ωL＝PLn，若PLn＞2，则ωL＝PL2n。
(3-4)数据路由单元根据本星处理优先级排序结果，将管控信息加入本星处理队列，处理优先级高的管控信息先加入处理队列、处理优先级低的管控信息后加入处理队列；
(3-5)数据路由单元将本星处理队列中的管控信息发送至系统管理单元；
(3-6)系统管理单元完成信息处理及执行。
(4)它星管控信息处理流程，具体为：
(4-1)数据路由单元按照管控信息的业务类型进行它星业务优先级分类，PBn表示第n类业务的业务优先级，具体为：工程遥控指令信息，PB5＝5；时间同步信息，PB4＝4；运行控制指令信息，PB3＝3；星座配置信息，PB2＝2；在轨维护信息，PB1＝1；
(4-2)数据路由单元根据它星业务优先级分类结果，将管控信息分别加入它星各类业务队列；
(4-3)数据路由单元根据业务优先级、业务队列长度进行它星处理优先级排序，具体为：
(4-3-1)PLn表示第n类业务的业务队列长度优先级，Sn表示第n类业务对应的缓存区总长度，Ln表示第n类业务的业务队列长度，若
Figure BDA0003749050710000071
Figure BDA0003749050710000072
则PLn＝k。
(4-3-2)Pn表示第n类业务的处理优先级，由业务优先级、业务队列长度优先级加权计算得到，具体为：Pn＝ωB×PBn+ωL×PLn，其中，ωB为业务优先级权值，若PBn≤2，则ωB＝PBn，若PBn＞2，则ωB＝PBn3；ωL为业务队列长度优先级权值，若PLn≤2，则ωL＝PLn，若PLn＞2，则ωL＝PL2n。
(4-4)数据路由单元根据它星处理优先级排序结果，将管控信息加入它星处理队列，处理优先级高的管控信息先加入处理队列、处理优先级低的管控信息后加入处理队列；
(4-5)数据路由单元将它星处理队列中的管控信息发送至星间通信单元；
(4-6)星间通信单元完成信息发送。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种星座卫星多通道管控信息交互传输系统架构，其特征在于：包括数据路由单元、星地测控单元、星地运控单元、星间通信单元、系统管理单元；各单元之间通过星载信息流网络传输信息；
数据路由单元：用于接收来自星地测控单元的遥控信息、来自星地运控单元的运控信息、来自星间通信单元的遥控信息及运控信息等管控信息，完成信息路由、调度、分发；
星地测控单元：用于接收地面测控站通过星地测控链路发送的遥控信息，将遥控信息输出至数据路由单元；
星地运控单元：用于接收地面运控站通过星地运控链路发送的运控信息，将运控信息输出至数据路由单元；
星间通信单元：可视卫星的星间通信单元接收来自数据路由单元的遥控信息及运控信息，将遥控信息及运控信息通过星间通信链路发送，不可视卫星的星间通信单元用于接收可视卫星通过星间通信链路发送的遥控信息及运控信息，将遥控信息及运控信息输出至数据路由单元；
系统管理单元：用于遥控信息与运控信息的处理、执行。
2.根据权利要求1所述的一种星座卫星多通道管控信息交互传输系统架构，其特征在于：信息交互传输通道包括：卫星与地面之间的星地测控链路通道、卫星与地面之间的星地运控链路通道和卫星与卫星之间的星间通信链路通道。
3.一种星座卫星多通道管控信息交互传输方法，其特征在于步骤如下：
(1)卫星等待星地测控链路、星地运控链路、星间通信链路接收管控信息；
(2)数据路由单元判断信息目的地址是否为本星，若信息目的地址为本星，则信息为本星需要执行的管控信息，进入步骤(3)；若信息目的地址非本星，则信息为它星需要执行的管控信息，进入步骤(4)；
(3)进行本星管控信息处理流程；
(4)进行其它星管控信息处理流程。
4.根据权利要求3所述的一种星座卫星多通道管控信息交互传输方法，其特征在于：信息交互传输通道包括：卫星与地面之间的星地测控链路通道、卫星与地面之间的星地运控链路通道和卫星与卫星之间的星间通信链路通道。
5.根据权利要求3所述的一种星座卫星多通道管控信息交互传输方法，其特征在于：所述步骤(1)的具体过程为：
星地测控单元接收地面测控站通过星地测控链路发送的遥控信息，若接收到信息，则将信息输出至数据路由单元，进入步骤(2)；若未接收到信息，则继续等待；
星地运控单元接收地面运控站通过星地运控链路发送的运控信息，若接收到信息，则将信息输出至数据路由单元，进入步骤(2)；若未接收到信息，则继续等待；
星间通信单元接收来自星间通信链路的遥控信息及运控信息，若接收到信息，则将信息输出至数据路由单元，进入步骤(2)；若未接收到信息，则继续等待。
6.根据权利要求3所述的一种星座卫星多通道管控信息交互传输方法，其特征在于：所述进行本星管控信息处理流程，包括：
数据路由单元进行本星业务优先级分类；
数据路由单元根据本星业务优先级分类结果，将管控信息分别加入本星各类业务队列；
数据路由单元进行本星处理优先级排序；
数据路由单元根据本星处理优先级排序结果，将管控信息加入本星处理队列；
数据路由单元将本星处理队列中的管控信息发送至系统管理单元；
系统管理单元完成信息处理及执行。
7.根据权利要求3所述的一种星座卫星多通道管控信息交互传输方法，其特征在于：所述其它星管控信息处理流程具体为：
数据路由单元进行它星业务优先级分类；
数据路由单元根据它星业务优先级分类结果，将管控信息分别加入它星各类业务队列；
数据路由单元进行它星处理优先级排序；
数据路由单元根据它星处理优先级排序结果，将管控信息加入它星处理队列；
数据路由单元将它星处理队列中的管控信息发送至星间通信单元；
星间通信单元完成信息发送。
8.根据权利要求6或7所述的一种星座卫星多通道管控信息交互传输方法，其特征在于：按照管控信息的业务类型进行业务优先级分类，PBn表示第n类业务的业务优先级，具体下表所示：
Figure FDA0003749050700000031
9.根据权利要求8所述的一种星座卫星多通道管控信息交互传输方法，其特征在于：根据业务优先级、业务队列长度进行处理优先级排序，具体为：
(1)令PLn表示第n类业务的业务队列长度优先级，Sn表示第n类业务对应的缓存区总长度，Ln表示第n类业务的业务队列长度，若
Figure FDA0003749050700000032
Figure FDA0003749050700000033
1≤k≤5，则PLn＝k；
(2)令Pn表示第n类业务的处理优先级，由业务优先级、业务队列长度优先级加权计算得到，具体为：Pn＝ωB×PBn+ωL×PLn，其中，ωB为业务优先级权值，若PBn≤2，则ωB＝PBn，若PBn＞2，则
Figure FDA0003749050700000034
ωL为业务队列长度优先级权值，若PLn≤2，则ωL＝PLn，若PLn＞2，则
Figure FDA0003749050700000035
10.根据权利要求3-9任一所述的一种星座卫星多通道管控信息交互传输方法，其特征在于：根据本星处理优先级排序结果，将管控信息加入处理队列，处理优先级高的管控信息先加入处理队列、处理优先级低的管控信息后加入处理队列。
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