JP5841226B1 - テレメトリデータ監視修復装置及び監視修復方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多重化されたテレメトリデータの選択並びにエラーの監視及び修復を行うテレメトリデータ監視修復装置及び監視修復方法を提供する。【解決手段】宇宙機に搭載されている周辺機器で取得された原始データが送信部２１から送信されるまでに経由した経由搭載機器に応じた複数の生データからなるテレメトリデータ及び経由搭載機器の動作状態を示すコンテキストに対して所定の信号処理を行い、送信部に出力する送信側信号処理ユニット４と、送信部からの信号を複数の生データとコンテキストとに復調分離し、複数の生データに対して比較処理を行うことで最も信頼性の高い生データを選択すると共に、コンテキストを解析して当該コンテキストの損傷情報を取得し、損傷情報に基づき選択された生データを修復する受信側信号処理ユニット６と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、テレメトリデータを監視・修復するテレメトリデータ監視修復装置及び監視修復方法に関する。

宇宙機等の遠隔地に存在する機器と地上等に存在する機器とは、電波により制御コマンドや観測データ等の情報（テレメトリデータ）の送受信を行っている。

ところが、宇宙空間にはα線、γ線等の種々の宇宙線が存在し、この宇宙線を被爆してハードウェアが故障等の損傷を起こす場合や、テレメトリデータがビットエラー等の損傷を起こす場合がある。そこで、ハードウェアに対する対策として、主にハードウェアの多重化が採用されている。

これに対し、ビットエラー等の損傷に関しては、例えば特開２００４−１６１２０７号公報において、衛星内の各機器から出力されるテレメトリ信号を多重化し、地上への送信を行うテレメトリ処理機能を備えたデータ処理装置が提案されている。

このデータ処理装置においては、周辺回路から出力されるＣＰＵへの入力データを複数のＣＰＵ入力データ用バッファに記憶し、データ要求に応じて読出が可能にしている。また、搭載Ｓ／Ｗ（Ｓｏｆｔ Ｗａｒｅ）の動作状態を示すＣＰＵ＿ハウスキーピングテレメトリとＣＰＵメモリダンプテレメトリ及び各ユーザ機器からのパケットテレメトリを多重化して地上局に出力するようにしている。

また、特開２０００−０６９０５４号公報においては、衛星搭載装置の動作状態を示すテレメトリデータの収集制御を行う際に、周期処理を行う時間帯と非周期処理を行う時間帯を独立にして、定期的・固定長のテレメトリ収集機能に加え、可変長・非周期のパケットを送受信する機能が提案されている。

特開２００４−１６１２０７号公報 特開２０００−０６９０５４号公報

上述したように各特許文献においては、テレメトリデータについてもハードウェアの損傷に対する冗長化思想を継承して、当該テレメトリデータを多重化して送受信する。

しかしながら、多重化された複数のテレメトリデータから信頼性の高いテレメトリデータを選択する手法や、選択されたテレメトリデータに含まれるエラーを監視・修復する方法については、提案されていない。

そこで、本発明の主目的は、多重化されたテレメトリデータの選択、及び、エラーの監視・修復を行うテレメトリデータ監視修復装置及び監視修復方法を提供することである。

上記課題を解決するため、宇宙機から送信部を介して地上局に伝送されたテレメトリデータに含まれるデータエラーを修復するテレメトリデータ監視修復装置にかかる発明は、宇宙機に搭載されている周辺機器で取得された原始データが送信部から送信されるまでに経由した経由搭載機器に応じた複数の生データからなるテレメトリデータ、及び、経由搭載機器の動作状態を示すコンテキストに対して所定の信号処理を行い、送信部に出力する送信側信号処理ユニットと、送信部からの信号を複数の生データとコンテキストとに復調分離し、複数の生データに対して比較処理を行うことで最も信頼性の高い生データを選択すると共に、コンテキストを解析して当該コンテキストの損傷情報を取得し、該コンテキストの損傷情報に基づき選択された生データを修復する受信側信号処理ユニットと、を備えることを特徴とする。

また、宇宙機から送信部を介して地上局に伝送されたテレメトリデータに含まれるデータエラーを修復するテレメトリデータ監視修復方法にかかる発明は、宇宙機に搭載されている周辺機器で取得された原始データが送信部から送信されるまでに経由した経由搭載機器に応じた複数の生データからなるテレメトリデータ、及び、経由搭載機器の動作状態を示すコンテキストに対して所定の信号処理を行い、送信部に出力する送信側信号処理を行い、送信部からの信号を複数の生データとコンテキストとに復調分離し、複数の生データに対して比較処理を行うことで最も信頼性の高い生データを選択すると共に、コンテキストを解析して当該コンテキストの損傷情報を取得し、該コンテキストの損傷情報に基づき選択された生データを修復する受信側信号処理を行う、ことを特徴とする。

本発明によればコンテキストを解析して損傷情報を取得するので、選択されたテレメトリデータのエラーの監視・修復が可能になる。

本発明にかかるテレメトリデータ監視修復装置を含む衛星システムのブロック図である。

データの転送、修復手順を説明する図である。

送信側信号処理ユニットのブロック図である。

受信側信号処理ユニットのブロック図である。

本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明にかかるテレメトリデータ監視修復装置２を含む衛星システム１０のブロック図である。

この衛星システム１０は、宇宙機に設けられた宇宙機側機器と、地上局に設けられた地上局側機器とにより構成される。そして、テレメトリデータ監視修復装置２は、宇宙機に搭載される送信側信号処理ユニット４と、地上局に設置される受信側信号処理ユニット６とにより構成される。

宇宙機側機器は、周辺機器ユニット１１、フォルトトレランスユニット１４、本体演算制御部１６、衛星バスＩＦ１７、コンテキスト収集部１８、外部バス１９、衛星バス２０、送信部２１、及び、送信側信号処理ユニット４を含む。また、地上局側機器は、受信部２２、受信側信号処理ユニット６を含む。

周辺機器ユニット１１は、各種の観測や姿勢制御等を行う複数の周辺機器１２（１２ａ〜１２ｎ）、及び、該周辺機器１２のインターフェースをなす周辺機器ＩＦ１３からなる。

本体演算制御部１６は、コンピュータ等により構成されて、周辺機器１２にコマンドを出力すると共に、該周辺機器１２からのデータを取得する。

以下、周辺機器１２が出力したデータを原始データと記載する。そして、この原始データが本体演算制御部１６、フォルトトレランスユニット１４、衛星バスＩＦ１７等の機器を経由して送信側信号処理ユニット４に入力するときのデータを生データと記載する。

このとき、生データは原始データに対して、何らかの信号処理が行われていることを意味するものではない。即ち、種々の経路を経て伝送された原始データを生データという。

例えば、本体演算制御部１６は、原始データに対して信号処理を行わずに記憶し、出力要求のコマンドに応じて記憶している原始データを出力することがある。この場合、本体演算制御部１６は信号処理を行わないので、生データは原始データと同じはずである。しかし、原始データを記憶している最中に、放射線の影響を受けてビットエラーを起こすことがある。また、経路中の機器で信号処理されていることもある。このように原始データから変化している可能性を含むデータとして生データを定義し、経路に存在する本体演算制御部１６やフォルトトレランスユニット１４等の機器を総称して経由搭載機器と記載する。

周辺機器ＩＦ１３は外部バス１９に接続されているので、生データは外部バス１９、フォルトトレランスユニット１４を介して本体演算制御部１６に入力する。

フォルトトレランスユニット１４は、故障検出隔離機能を備えた複数台（図１では３台）のＲＴＵ（Ｒｅｍｏｔｅ Ｔｅｌｅｍｅｔｒｙ Ｕｎｉｔ）モジュール１５（１５ａ〜１５ｃ）をディジーチェーン方式により冗長接続して構成されている。

全てのＲＴＵモジュール１５は同一構成であり、自機が故障しているか否かを判断する故障検出機能を備えている。そして、１つのＲＴＵモジュール１５のみが、データを本体演算制御部１６に入出力できる出力権を持っている。例えば、周辺機器１２ａからの原始データは、外部バス１９を介して全てのＲＴＵモジュール１５に入力する。このとき、出力権をＲＴＵモジュール１５ａが持っていると、ＲＴＵモジュール１５ａは受信した原始データを本体演算制御部１６に出力できるが、ＲＴＵモジュール１５ｂ、１５ｃは出力できない。

一方、ＲＴＵモジュール１５が放射線を被爆しても正常に動作している保証はない。そこで、各ＲＴＵモジュール１５は、内蔵している故障検出隔離機能によって、自機が正常に動作しているか否かを常時監視し、故障と判断した場合には、その旨の通知（故障通知）を他のＲＴＵモジュール１５に出力する。他のＲＴＵモジュール１５は、この故障通知が出力権を持つＲＴＵモジュールから出力されていると判断すると、予め設定されたルールに従い出力権を受け継ぐようになっている。従って、自律的に正常なＲＴＵモジュールが選択されるため、信頼性の維持が可能になる。

しかしながら、放射線損傷が一過性の場合やハードウェアの故障に至らない場合（例えばデータのビットエラー）も起きる。このような場合には、上述した冗長構成によっては信頼性を維持できない。

そこで、コンテキスト収集部１８はコンテキストを収集し、衛星バス２０、及び、衛星バスＩＦ１７を介して送信側信号処理ユニット４に出力するようにしている。このコンテキストは、ハウスキーピングテレメトリ等の公知のテレメトリである。このコンテキストは、テレメトリデータのエラー等を修復する際に用いられる情報で、宇宙機から地上局に生データからなるテレメトリデータを送信する際に、同時に送信される。

以下、図２〜図４を参照して、データの転送、修復手順を説明する。なお、図２は、データの転送、修復手順を説明する図である。また、図３は送信側信号処理ユニット４のブロック図で、送信側信号処理ユニット４は、送信データ取得部４ａ及びパケット化部４ｂを備える。さらに、図４は、受信側信号処理ユニット６のブロック図で、受信側信号処理ユニット６は、復調部６ａ、比較部６ｂ、修復部６ｃを備える。

ステップＳ１，２： 送信データ取得部４ａは、衛星バスＩＦ１７を介してテレメトリデータ及びコンテキストを取得する。このときのテレメトリデータは、１つの原始データが経路するパスに応じて生成された複数の生データからなる。

ステップＳ３，Ｓ４： パケット化部４ｂは、テレメトリデータ及びコンテキストに対してパケット化処理を行う。このとき複数の生データは、１つの時系列データとしてパケット化される。そして、コンテキストのパケットと共に送信部２１から送信（テレメトリ送信）される。パケット方式については特に限定しないが、ＣＣＳＤＳ（ｃｏｎｓｕｌｔａｔｉｖｅ ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｆｏｒ ｓｐａｃｅ ｄａｔａ ｓｙｓｔｅｍｓ）等のプロトコルに従った方式が可能である。

ステップＳ５，Ｓ６： 地上局における受信側信号処理ユニット６の復調部６ａは、受信部２２により受信された信号からテレメトリデータ及びコンテキストのパケットを取得して、復調する。そして、復調されたテレメトリデータは比較部６ｂに、コンテキストは修復部６ｃに分離して出力される。

ステップＳ７： テレメトリデータは、１つの原始データに対する複数の生データからなるので、比較部６ｂは各生データを総当たりで比較し、最も一致率の高い生データを真の生データ（損傷が最も少ない生データ）とする。

例えば、入力した３つの生データがＡ、Ｂ、Ｃである場合には、生データＡと生データＢとの一致度、生データＢと生データＣとの一致度、生データＣと生データＡとの一致度が求められる。

具体例としては、２つの生データの一致度を（一致したビット数）／（生データの全ビット数）で定義する。以下、生データＡと生データＢとの一致度を一致度Ａ＿Ｂのように記載する。

生データ間での一致度Ａ＿Ｂ、Ｂ＿Ｃ、Ｃ＿Ａを求め、最も大きい値の生データを選択する。ここで各一致度を比較して、一致度Ａ＿Ｂが最も大きい値であったとする。しかし、このままでは生データＡと生データＢとのどちらが高信頼性を持つか解らない。そこで、残りの一致度Ｂ＿Ｃと一致度Ｃ＿Ａとの大小比較を行う。この結果、Ｂ＿Ｃ≧Ｃ＿Ａの場合は、生データＢが生データＡより信頼性が高いと判断する。逆に、Ｂ＿Ｃ＜Ｃ＿Ａの場合は、ＡがＢより信頼性が高いと判断する。無論、かかる比較処理は例示であり、他の方法を排除するものではない。また、上記説明における比較は、ビット毎の比較を行う場合について説明したが、パケット長のように所定のデータ長毎に比較しても良い。

ステップＳ８： このようにして複数の生データのなかから最も信頼性の高い生データを選択することができた。しかし、選択された生データは、他の生データより信頼性は高いが、ビットエラーを含まないことを保証するものではない。即ち、生データＡには２ビット分のエラー、生データＢには５ビット分のエラー、生データＣには７ビット分のエラーが含まれているような場合には、上述した比較処理により生データＡを選択することができるが、２ビット分のエラーは残ってしまう。

そこで、本実施形態では、２ビット分のエラーを正しいデータに修復する。かかる修復は修復部６ｃで行われる。修復部６ｃには、コンテキストが入力している。コンテキストは、ＲＴＵモジュール１５等の動作状況やデータログ等のハードウェアの動作状態やプログラムの処理状態（これらを総称して動作状態と記載する）を示す情報である。以下、ハードウェアの動作状態やプログラムの処理状態を総称して動作状態と記載する。

そして、これらの情報は、設計時に起きうる事態を想定して事前登録された動作や処理の不具合要因を示す現象群を元に作成されている。従って、かかる設計時に想定した現象群を把握している地上局では、コンテキストの内容が損傷していても、厳密に修復できる。

損傷したコンテキストは、生データにエラーを起こした経由搭載機器により生成された（当該経由搭載機器のコンテキスト）ものである。そこで、修復部６ｃは、コンテキストの損傷を解析し、損傷の発生時刻や継続時間等の損傷情報を取得する。この損傷情報に基づき、修復部６ｃは、選択された生データのエラーを修復する。

これにより、生データの修復が可能になり、信頼性を向上させることができる。

なお、上述した比較処理では、一致度の高い生データを選択したが、本発明は、上述した構成に限定されるものではない。例えば、各生データＡ〜Ｃから順番にｎビットずつ（ｎ≧１）取り出して（この取出データと記載する）、相互に比較する。そして、生データＡと生データＢとの取出データは一致するが、生データＣの取出データと一致しない場合には、生データＡ又はＢの取出データを正規データとする。このような手順を全ビットに対して行って、正規データ群からなる新しいデータを選択された生データとする。即ち、この新しいデータは、比較により正しいと判断された正規データで再構築されたデータとなるので、上述した各比較処理で最も信頼性の高いデータとなる。

２ テレメトリデータ監視修復装置
４ 送信側信号処理ユニット
４ａ 送信データ取得部
４ｂ パケット化部
６ 受信側信号処理ユニット
６ａ 復調部
６ｂ 比較部
６ｃ 修復部
１０ 衛星システム
１１ 周辺機器ユニット
１２ 周辺機器
１３ 周辺機器ＩＦ
１４ フォルトトレランスユニット
１５ ＲＴＵモジュール
１６ 本体演算制御部
１７ 衛星バスＩＦ
１８ コンテキスト収集部
１９ 外部バス
２０ 衛星バス
２１ 送信部
２２ 受信部

Claims (8)

1. 宇宙機から送信部を介して地上局に伝送されたテレメトリデータに含まれるデータエラーを修復するテレメトリデータ監視修復装置であって、
   前記宇宙機に搭載されている周辺機器で取得された原始データが前記送信部から送信されるまでに経由した経由搭載機器に応じた複数の生データからなる前記テレメトリデータ、及び、前記経由搭載機器の動作状態を示すコンテキストに対して所定の信号処理を行い、前記送信部に出力する送信側信号処理ユニットと、
   前記送信部からの信号を複数の前記生データと前記コンテキストとに復調分離し、複数の前記生データに対して比較処理を行うことで最も信頼性の高い前記生データを選択すると共に、前記コンテキストを解析して当該コンテキストの損傷情報を取得し、該コンテキストの損傷情報に基づき選択された前記生データを修復する受信側信号処理ユニットと、を備えることを特徴とするテレメトリデータ監視修復装置。
2. 請求項１に記載のテレメトリデータ監視修復装置であって、
   前記送信側信号処理ユニットは、
   少なくとも前記テレメトリデータを構成する複数の前記生データと、前記コンテキストとを関連づけてパケットデータに変換するパケット化部を備え、
   前記受信側信号処理ユニットは、
   前記テレメトリデータを複数の前記生データと前記コンテキストとに復調分離する復調部と、
   複数の前記生データに対して総当たり比較を行うことで最も信頼性の高い前記生データを選択する比較部と、
   前記コンテキストを解析して当該コンテキストの損傷情報を取得し、取得された前記コンテキストの損傷情報に基づき前記比較部で選択された前記生データを修復する修復部と、
   を備えることを特徴とするテレメトリデータ監視修復装置。
3. 請求項２に記載のテレメトリデータ監視修復装置であって、
   前記比較部は、２つの前記生データを比較して一致度の高い前記生データを選択することを特徴とするテレメトリデータ監視修復装置。
4. 請求項２に記載のテレメトリデータ監視修復装置であって、
   前記比較部は、所定数のビット単位で比較対象とする全ての前記生データの比較を行い、一致度の高いビット単位のデータによりデータを再構築してなるデータを最も信頼性の高い生データとして出力することを特徴とするテレメトリデータ監視修復装置。
5. 宇宙機から送信部を介して地上局に伝送されたテレメトリデータに含まれるデータエラーを修復するテレメトリデータ監視修復方法であって、
   前記宇宙機に搭載されている周辺機器で取得された原始データが前記送信部から送信されるまでに経由した経由搭載機器に応じた複数の生データからなる前記テレメトリデータ、及び、前記経由搭載機器の動作状態を示すコンテキストに対して所定の信号処理を行い、前記送信部に出力する送信側信号処理を行い、
   前記送信部からの信号を複数の前記生データと前記コンテキストとに復調分離し、複数の前記生データに対して比較処理を行うことで最も信頼性の高い前記生データを選択すると共に、前記コンテキストを解析して当該コンテキストの損傷情報を取得し、該コンテキストの損傷情報に基づき選択された前記生データを修復する受信側信号処理を行う、
   ことを特徴とするテレメトリデータ監視修復方法。
6. 請求項５に記載のテレメトリデータ監視修復方法であって、
   前記送信側信号処理は、
   少なくとも前記テレメトリデータを構成する複数の前記生データと、前記コンテキストとを関連づけてパケットデータに変換するステップを含み、
   前記受信側信号処理は、
   前記テレメトリデータを複数の前記生データと前記コンテキストとに復調分離し、
   複数の前記生データに対して総当たり比較を行うことで最も信頼性の高い前記生データを選択し、
   前記コンテキストを解析して当該コンテキストの損傷情報を取得し、取得された前記コンテキストの損傷情報に基づき選択された前記生データを修復する、
   ことを特徴とするテレメトリデータ監視修復方法。
7. 請求項６に記載のテレメトリデータ監視修復方法であって、
   複数の前記生データを比較する際に、２つの前記生データを比較して一致度の高い前記生データを選択することを特徴とするテレメトリデータ監視修復方法。
8. 請求項６に記載のテレメトリデータ監視修復方法であって、
   複数の前記生データを比較する際に、所定数のビット単位で比較対象とする全ての前記生データの比較を行い、一致度の高いビット単位のデータによりデータを再構築してなるデータを最も信頼性の高い生データとして出力することを特徴とするテレメトリデータ監視修復方法。

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