CN115413038B - 一种遥测信道调度方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种遥测信道调度方法及系统，由复接合路器或者应答机产生调度指令，复接合路器再根据产生调度脉冲并对调度脉冲进行时隙划分，之后根据划分的时隙产生遥测请求信号，并将遥测请求信号发送至遥测组帧装置，遥测组帧装置发送遥测帧信号至复接合路器。复接合路器完成数据缓存读取操作，得到数据帧信号，输出至应答机，通过上述过程，为下行遥测信道提供了多种工作模式，实现了多种下行速率下遥测信道自适应调度，提高了遥测信道的利用效率。

Description

一种遥测信道调度方法及系统
技术领域
本发明涉及航天电子技术领域，具体涉及一种遥测信道调度方法及系统。
背景技术
由于深空探测环境的日益复杂化，在不同的探测阶段，下行遥测信道处于动态变化过程中，因此，要求应答机的下行速率和下行模式在轨可切换。同时，随着数传业务和遥测业务的一体化设计应用越来越广泛，在遥测信道中下行的数据内容不仅包括遥测数据，还包括载荷探测数据、图像数据等。在信道条件恶劣，通信速率较低的条件下，需尽量保证遥测帧的下传；当信道条件较好，通信速率较高的条件下，将遥测信道进行自适应调度，调整遥测帧和载荷帧的下传比例，满足不同探测阶段的数据下传要求。传统的航天器中，设计复接器将多种数据进行合路后输出至应答机，应用模式单一，不能满足上述需求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种遥测信道调度方法及系统，能够实现多种工作模式，多种下行速率条件下的遥测信道自适应调度，提高遥测信道的利用效率。
本发明的具体技术方案如下：
一种遥测信道调度方法，包括：
复接合路器根据调度指令产生调度脉冲并对所述调度脉冲进行时隙划分，其中，所述调度指令由所述复接合路器或者应答机产生；
所述复接合路器根据划分的时隙产生遥测请求信号，并将所述遥测请求信号发送至遥测组帧装置；
所述复接合路器接收所述遥测组帧装置发送的遥测帧信号，完成数据缓存读取操作，得到数据帧信号；
所述复接合路器将所述数据帧信号输出至所述应答机。
进一步地，所述复接合路器完成数据缓存读取操作，得到数据帧信号，包括：
确认调度脉冲有效且遥测缓存及载荷缓存状态为非空状态时，合路缓存读取所述遥测缓存和/或所述载荷缓存的数据帧信号；
再次确认调度脉冲有效时，将合路缓存中的所述数据帧信号转换为对应的应答机数据格式的数据帧信号。
进一步地，所述调度指令由所述复接合路器产生时，所述复接合路器根据调度指令产生调度脉冲为：
所述复接合路器根据用户设置的下行速率R产生分频时钟，并对所述分频时钟计数，当计数值等于数据帧的长度时，产生一个调度脉冲。
进一步地，所述调度指令由所述复接合路器产生时，所述复接合路器对所述调度脉冲进行时隙划分为：
将所述下行速率R划分为L个速率区间：(0，R1)、[R1，R2)…[Ri-1，Ri)…[RL-1，RL)，其中，i和L均为正整数，且i小于或者等于L；
当下行速率R∈(0，R1)时，不划分时隙；当下行速率R∈[Ri-1，Ri)时，将下行信道按照每两个所述调度脉冲的时间间隔作为一个时隙的方式划分为Ni个时隙，其中，Ni为大于等于2的正整数。
进一步地，所述调度指令由所述应答机产生时，所述复接合路器根据调度指令产生调度脉冲为：
所述应答机发送服务请求作为所述调度指令，当所述服务请求为I类服务请求时，产生一个调度脉冲；当所述服务请求为II类服务请求时，产生Mj个调度脉冲，其中，Mj为大于等于2的正整数，j表示第j种II类服务请求。
进一步地，所述调度指令由所述应答机产生时，所述复接合路器对所述调度脉冲进行时隙划分为：
当所述服务请求为I类服务请求时，不划分时隙；当所述服务请求为II类服务请求时，划分为Mj个时隙，其中，每两个所述调度脉冲的时间间隔作为一个时隙。
进一步地，所述复接合路器根据划分的时隙产生遥测请求信号为：
当不划分时隙时，每个调度脉冲产生一个遥测请求信号；当划分为多个时隙时，第1个时隙内的起点产生一个遥测请求信号。
进一步地，所述遥测缓存、所述载荷缓存及所述合路缓存采用乒乓设计，以实现同时进行读取或者写入操作。
一种遥测信道调度系统，包括：
调度脉冲生成模块，用于根据调度指令产生调度脉冲，其中，所述调度指令由复接合路器或者应答机产生；
时隙划分模块，用于对所述调度脉冲进行时隙划分；
遥测请求生成模块，用于根据划分的时隙产生遥测请求信号，并将所述遥测请求信号发送至遥测组帧装置；
缓存读取模块，用于接收所述遥测组帧装置发送的遥测帧信号，完成数据缓存读取操作，得到数据帧信号；
输出模块，用于将所述数据帧信号输出至所述应答机。
进一步地，所述缓存读取模块进一步包括：
遥测缓存单元，用于接收所述遥测组帧装置发送的遥测帧信号；
载荷缓存单元，用于存储数据帧信号；
合路缓存单元，用于读取所述遥测缓存和/或所述载荷缓存的数据帧信号。
有益效果：
(1)本发明提供了一种遥测信道调度方法，复接合路器根据调度指令产生调度脉冲并对调度脉冲进行时隙划分，其中，调度指令由复接合路器或者应答机产生，为下行遥测信道提供了多种工作模式，能够实现多种下行速率下遥测信道自适应调度。
(2)在进行时隙划分时，首先将下行速率划分为多个区间，之后根据下行速率具体取值决定时隙划分的方式，实现了根据下行速率和下行模式即调度指令来源调整信道传输遥测帧和载荷帧的比例，提高了遥测信道的利用效率。
(3)遥测缓存、载荷缓存及合路缓存均采用乒乓设计，同时进行读取或者写入操作，保证了调度指令两种来源模式下的相应缓存的复用和不同进程的隔离，且写乒读乓的两级缓存读写不发生冲突，实现了数据帧信号的流水化处理。
附图说明
图1为本发明在被动模式且接收到II类服务请求时应答机的数据帧示意图；
图2为本发明在被动模式且接收到I类服务请求时应答机的数据帧示意图；
图3为本发明在主动模式且不划分时隙时应答机的数据帧示意图；
图4为本发明在主动模式且划分时隙时应答机的数据帧示意图；
图5为本发明的遥测信道调度方法的实施框图。
具体实施方式
本发明提供了一种遥测信道调度方法及系统，由复接合路器或者应答机产生调度指令，复接合路器再根据产生调度脉冲并对调度脉冲进行时隙划分，之后根据划分的时隙产生遥测请求信号，并将遥测请求信号发送至遥测组帧装置，遥测组帧装置发送遥测帧信号至复接合路器。复接合路器完成数据缓存读取操作，得到数据帧信号，输出至应答机，通过上述过程，为下行遥测信道提供了多种工作模式，实现了多种下行速率下遥测信道自适应调度，提高了遥测信道的利用效率。
本发明的遥测信道调度方法及系统，解决了多种工作模式，多种下行速率条件下的多数据源信道调度问题。本发明可根据下行速率和下行模式调整信道传输遥测帧和载荷帧的比例，提高遥测信道的利用效率。同时，本发明中遥测缓存、载荷缓存、合路调度、合路缓存四个模块为共用模块，节省硬件资源开销，适用于航天器等资源受限的系统。
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种遥测信道调度方法，包括：
步骤一、复接合路器根据调度指令产生调度脉冲并对调度脉冲进行时隙划分，其中，调度指令由复接合路器或者应答机产生。
本发明支持主动调度模式和被动调度模式。在主动调度模式下，数据帧的合路和下行由本地(复接合路器)自主控制；在被动调度模式下，数据帧的合路和下行由外部应答机控制。
在一具体实施例中，在主动调度模式下，调度指令由复接合路器产生时，复接合路器根据调度指令产生调度脉冲为：
复接合路器根据用户设置的下行速率R产生分频时钟，并对分频时钟计数，当计数值等于数据帧的长度时，产生一个调度脉冲。其中，分频时钟频率等于R。具体地，当计数值等于数据帧长K时，产生一个调度脉冲，其中，K为正整数。
复接合路器对调度脉冲进行时隙划分为：
将下行速率R划分为L个速率区间：(0，R1)、[R1，R2)…[Ri-1，Ri)…[RL-1，RL)，其中，i和L均为正整数，且i小于或者等于L，其中，L为正整数。
其中，本领域的技术人员应该知道，这里划分区间不限制为平均划分区间，具体如何划分需要根据下行速率R取值确定。
当下行速率R∈(0，R1)时，不划分时隙；当下行速率R∈[Ri-1，Ri)时，将下行信道按照每两个调度脉冲的时间间隔作为一个时隙的方式划分为Ni个时隙，其中，Ni为大于等于2的正整数。其中，Ni可取多个数值，在轨可注入。
在被动调度模式下，调度指令由应答机产生时，复接合路器根据调度指令产生调度脉冲为：
应答机发送服务请求作为调度指令，当服务请求为I类服务请求时，产生一个调度脉冲；当服务请求为II类服务请求时，产生Mj个调度脉冲，其中，Mj为大于等于2的正整数，j表示第j种II类服务请求。其中，Mj可取多个数值，在轨可注入。
其中，本领域的技术人员应该知道，具体的服务请求类别是已知的或者是用户提前设定好地，这里不做限制。
复接合路器对调度脉冲进行时隙划分为：
当服务请求为I类服务请求时，不划分时隙；当服务请求为II类服务请求时，划分为Mj个时隙，其中，每两个调度脉冲的时间间隔作为一个时隙。
图1为本发明在被动模式且接收到II类服务请求时应答机的数据帧示意图，如图1所示，在被动模式下，接收到II类服务请求，划分时隙数等于M时，输出至应答机数据帧中遥测帧与载荷帧的比例为1:M-1。其中，M为正整数。
图2为本发明在被动模式且接收到I类服务请求时应答机的数据帧示意图，如图2所示，在被动模式下，接收到I类服务请求时，输出至应答机数据帧全部为遥测帧。
步骤二、复接合路器根据划分的时隙产生遥测请求信号，并将遥测请求信号发送至遥测组帧装置。
可以不区分调度模式，根据实际时隙划分的结果产生遥测请求信号，当不划分时隙时，每个调度脉冲产生一个遥测请求信号；当划分为多个时隙时，第1个时隙内的起点产生一个遥测请求信号。
具体地，在主动调度模式下，当不划分时隙时，每个调度脉冲产生一个Req；当划分为Ni个时隙时，第1个时隙内的起点产生一个Req。
图3为本发明在主动模式且不划分时隙时应答机的数据帧示意图，如图3所示，在主动模式下，不划分时隙时，输出至应答机数据帧全部为遥测帧。
图4为本发明在主动模式且划分时隙时应答机的数据帧示意图，如图4所示，在主动模式下，划分时隙数等于N时，输出至应答机数据帧中遥测帧与载荷帧的比例为1:N-1。其中，N为正整数。
在被动调度模式下，当不划分时隙时，每个调度脉冲产生一个Req；当划分为Mj个时隙时，第1个时隙内的起点产生一个Req。
步骤三、复接合路器接收遥测组帧装置发送的遥测帧信号，完成数据缓存读取操作，得到数据帧信号。
在一具体实施例中，复接合路器完成数据缓存读取操作，得到数据帧信号，包括：
确认调度脉冲有效且遥测缓存及载荷缓存状态为非空状态时，合路缓存读取遥测缓存和/或载荷缓存的数据帧信号；
再次确认调度脉冲有效时，将合路缓存中的数据帧信号转换为对应的应答机数据格式的数据帧信号。
其中，本领域的技术人员应该知道，上述共需确认两次调度脉冲是否有效，及本发明的技术方案中，是根据调度脉冲是否有效决定合路缓存的读取，也是根据调度脉冲是否有效决定合路缓存的输出，但是不能判断一次调度脉冲是否有效就完成所有动作。
步骤四、复接合路器将数据帧信号输出至应答机。
其中，在输出至应答机之前，需要将数据帧信号转换成对应的应答机数据格式的数据帧信号。
在一具体实施例中，本发明的遥测缓存、载荷缓存及合路缓存采用乒乓设计，以实现同时进行读取或者写入操作。缓存大小等于2个数据帧长。当调度脉冲有效时，三类缓存同时写乒读乓。两级缓存的设计保证了两种调度模式的模块复用和隔离：缓存的读写操作均在调度脉冲的驱动下工作，保证了两级缓存读写不发生冲突，实现了数据帧的流水化处理。
根据本发明的另一实施例，还提供了一种遥测信道调度系统，包括：
调度脉冲生成模块，用于根据调度指令产生调度脉冲，其中，调度指令由复接合路器或者应答机产生；
时隙划分模块，用于对调度脉冲进行时隙划分；
遥测请求生成模块，用于根据划分的时隙产生遥测请求信号，并将遥测请求信号发送至遥测组帧装置；
缓存读取模块，用于接收遥测组帧装置发送的遥测帧信号，完成数据缓存读取操作，得到数据帧信号；
输出模块，用于将数据帧信号输出至应答机。
在一具体实施例中，缓存读取模块进一步包括：
遥测缓存单元，用于接收遥测组帧装置发送的遥测帧信号；
载荷缓存单元，用于存储数据帧信号；
合路缓存单元，用于读取遥测缓存和/或载荷缓存的数据帧信号。
其中，在上述两种调度模式下，遥测缓存、载荷缓存、合路调度、合路缓存四个模块为共用模块，可以节省硬件资源开销，适用于航天器等资源受限的系统。
其中，本领域的技术人员应该清楚，上述遥测信道调度系统的工作模式、时隙划分方式、遥测请求信号产生方式与方法等均与上述遥测信道调度方法中的相同，具体内容不再赘述。
为了使得本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体地场景实施例进行阐述。
场景实施例一
如图5所示，为本发明的遥测信道调度方法的实施框图，以图5为参照展开本场景实施例中的方案描述。本场景实施例的应用环境为：某深空探测器下行应答机包括UHF频段收发信机和X频段应答机。遥测帧和载荷帧经过统一的合路调度后，输出至UHF频段收发信机或X频段应答机，数据帧长8192比特。依据本发明所述方法设计复接合路器。
本发明场景实施例中设计的复接合路器设计了支持主动调度模式和被动调度模式：
1)当X频段应答机工作时，设计工作在主动调度模式，数据帧的复接和下行由本地自主控制；
2)当UHF频段收发信机工作时，设计工作在被动调度模式，数据帧的合路和下行由UHF频段收发信机控制。
在本场景实施例中，对主动调度模式和被动调度模式的流程步骤分开描述，以便于本领域的技术人员充分理解本发明的技术方案。
UHF频段收发信机每隔400ms向复接合路器发送服务请求，服务请求类型分为3种：1)当接收到服务请求0xAAAA时，复接合路器将1帧遥测帧传输给UHF频段收发信机；2)当接收到服务请求0xBBBB时，复接合路器将20帧复接数据帧传输给UHF频段收发信机，遥测帧与载荷帧比例为1:19；3)当接收到服务请求0xCCCC时，复接合路器将50帧复接数据帧传输给UHF频段收发信机，遥测帧与载荷帧比例为1:49。下行速率固定为2048kbps。
复接合路器传输至X频段应答机的数据帧为连续的，按照指令设置的下行速率向X频段应答机输出复接数据帧，下行速率范围为32bps～2048kbps：1)当下行速率小于4kbps时，遥测帧占据全部信道；2)当下行速率大于等于4kbps时，遥测帧与载荷帧比例为1:9。
在主动调度模式下，具体实现步骤如下：
步骤一、时钟分频模块根据指令设置的下行速率产生分频时钟；
步骤二、调度脉冲生成模块对步骤一产生的分频时钟进行计数，当计数值等于8192时，产生一个调度脉冲。
步骤三、时隙计算模块接收步骤二产生的调度脉冲并进行时隙划分：
1)当下行速率小于4096bps时，不划分时隙；
2)当下行速率大于等于4096kbps时，每两个调度脉冲的时间间隔作为一个时隙，划分为10个时隙；
步骤四、根据步骤三划分的时隙产生遥测请求信号Req：
1)当下行速率小于4096bps时，每个调度脉冲产生一个Req；
2)当下行速率大于等于4096kbps时，第1个时隙内的调度脉冲产生一个Req。
步骤五、CPU作为遥测组帧装置收到Req后，通过总线向遥测缓存发送一帧遥测。
步骤六、当调度脉冲有效时，合路模块查询遥测缓存及载荷缓存状态，当缓存为非空状态时，根据预先设计的优先级(遥测>载荷1>载荷2)将遥测缓存或载荷缓存内的数据搬至合路缓存。
步骤七、当调度脉冲有效时，格式转换模块读取合路缓存内的数据帧并转换为X频段应答机对应的数据格式输出。
在被动调度模式下，具体实现步骤如下：
步骤一、调度脉冲生成模块接收UHF频段收发信机发出的服务请求并根据服务请求的内容产生调度脉冲。
1)当接收到服务请求0xAAAA时，产生1个调度脉冲；
2)当接收到服务请求0xBBBB时，产生20个调度脉冲，脉冲间隔为8192/2048＝4ms；
3)当接收到服务请求0xCCCC时，产生50个调度脉冲，脉冲间隔为8192/2048＝4ms；
步骤二、时隙计算模块接收步骤二产生的调度脉冲并进行时隙划分：
1)当接收到服务请求0xAAAA时，不划分时隙；
2)当接收到服务请求0xBBBB时，每两个调度脉冲的时间间隔作为一个时隙，划分为20个时隙；
3)当接收到服务请求0xCCCC时，每两个调度脉冲的时间间隔作为一个时隙，划分为50个时隙。
步骤三、根据步骤二划分的时隙产生遥测请求信号Req：
1)当接收到服务请求0xAAAA时，每个调度脉冲产生一个Req；
2)当接收到服务请求0xBBBB时，第1个时隙内的调度脉冲产生一个Req。
3)当接收到服务请求0xCCCC时，第1个时隙内的调度脉冲产生一个Req。
步骤四、步骤五的处理与主动调度模式下步骤五、步骤六的处理相同。
步骤六、当调度脉冲有效时，格式转换模块读取合路缓存内的数据帧并转换为UHF频段收发信机对应的数据格式输出。
本场景实施例中，遥测缓存、载荷缓存及合路缓存均采用乒乓设计，缓存大小等于16384比特。当调度脉冲有效时，三类缓存同时写乒读乓。在两种调度模式下，遥测缓存、载荷缓存、合路调度、合路缓存四个模块为共用模块。
综上，本发明提供了一种遥测信道调度方法及系统，解决了多种工作模式，多种下行速率条件下的多数据源信道调度问题。工作模式、下行速率，数据帧下传比例在轨可独立切换。本发明中遥测缓存、载荷缓存、合路调度、合路缓存四个模块为共用模块，适用于航天器等资源受限的系统。
以上的具体实施例仅描述了本发明的设计原理，该描述中的部件形状，名称可以不同，不受限制。所以，本发明领域的技术人员可以对前述实施例记载的技术方案进行修改或等同替换；而这些修改和替换未脱离本发明创造宗旨和技术方案，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种遥测信道调度方法，其特征在于，包括：
复接合路器根据调度指令产生调度脉冲并对所述调度脉冲进行时隙划分，其中，所述调度指令由所述复接合路器或者应答机产生；
所述复接合路器根据划分的时隙产生遥测请求信号，并将所述遥测请求信号发送至遥测组帧装置；
所述复接合路器接收所述遥测组帧装置发送的遥测帧信号，完成数据缓存读取操作，得到数据帧信号；
所述复接合路器将所述数据帧信号输出至所述应答机。
2.如权利要求1所述的遥测信道调度方法，其特征在于，所述复接合路器完成数据缓存读取操作，得到数据帧信号，包括：
确认调度脉冲有效且遥测缓存及载荷缓存状态为非空状态时，合路缓存读取所述遥测缓存和/或所述载荷缓存的数据帧信号；
再次确认调度脉冲有效时，将合路缓存中的所述数据帧信号转换为对应的应答机数据格式的数据帧信号。
3.如权利要求1所述的遥测信道调度方法，其特征在于，所述调度指令由所述复接合路器产生时，所述复接合路器根据调度指令产生调度脉冲为：
所述复接合路器根据用户设置的下行速率R产生分频时钟，并对所述分频时钟计数，当计数值等于数据帧的长度时，产生一个调度脉冲。
4.如权利要求3所述的遥测信道调度方法，其特征在于，所述调度指令由所述复接合路器产生时，所述复接合路器对所述调度脉冲进行时隙划分为：
将所述下行速率R划分为L个速率区间：(0，R1)、[R1，R2)…[Ri-1，Ri)…[RL-1，RL)，其中，i和L均为正整数，且i小于或者等于L；
当下行速率R∈(0，R1)时，不划分时隙；当下行速率R∈[Ri-1，Ri)时，将下行信道按照每两个所述调度脉冲的时间间隔作为一个时隙的方式划分为Ni个时隙，其中，Ni为大于等于2的正整数。
5.如权利要求1所述的遥测信道调度方法，其特征在于，所述调度指令由所述应答机产生时，所述复接合路器根据调度指令产生调度脉冲为：
所述应答机发送服务请求作为所述调度指令，当所述服务请求为I类服务请求时，产生一个调度脉冲；当所述服务请求为II类服务请求时，产生Mj个调度脉冲，其中，Mj为大于等于2的正整数，j表示第j种II类服务请求。
6.如权利要求5所述的遥测信道调度方法，其特征在于，所述调度指令由所述应答机产生时，所述复接合路器对所述调度脉冲进行时隙划分为：
当所述服务请求为I类服务请求时，不划分时隙；当所述服务请求为II类服务请求时，划分为Mj个时隙，其中，每两个所述调度脉冲的时间间隔作为一个时隙。
7.如权利要求1所述的遥测信道调度方法，其特征在于，所述复接合路器根据划分的时隙产生遥测请求信号为：
当不划分时隙时，每个调度脉冲产生一个遥测请求信号；当划分为多个时隙时，第1个时隙内的起点产生一个遥测请求信号。
8.如权利要求2所述的遥测信道调度方法，其特征在于，所述遥测缓存、所述载荷缓存及所述合路缓存采用乒乓设计，以实现同时进行读取或者写入操作。
9.一种遥测信道调度系统，其特征在于，包括：
调度脉冲生成模块，用于根据调度指令产生调度脉冲，其中，所述调度指令由复接合路器或者应答机产生；
时隙划分模块，用于对所述调度脉冲进行时隙划分；
遥测请求生成模块，用于根据划分的时隙产生遥测请求信号，并将所述遥测请求信号发送至遥测组帧装置；
缓存读取模块，用于接收所述遥测组帧装置发送的遥测帧信号，完成数据缓存读取操作，得到数据帧信号；
输出模块，用于将所述数据帧信号输出至所述应答机。
10.如权利要求9所述的遥测信道调度系统，其特征在于，所述缓存读取模块进一步包括：
遥测缓存单元，用于接收所述遥测组帧装置发送的遥测帧信号；
载荷缓存单元，用于存储数据帧信号；
合路缓存单元，用于读取所述遥测缓存和/或所述载荷缓存的数据帧信号。
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