一種面向衛星的電子控制系統及方法

2023-05-24 19:17:51 1

專利名稱：一種面向衛星的電子控制系統及方法
技術領域：
本發明涉及飛行器設計領域，特別涉及一種面向衛星的電子控制系統及方法。
背景技術：
圖1為現有的面向衛星的電子控制系統的結構示意圖。現結合圖1，對現有的面向衛星的電子控制系統進行說明，具體如下現有的面向衛星的電子控制系統裝設於衛星上，包含姿軌控子系統、數據存儲子系統、有效載荷子系統、主控計算機、測控通信子系統、熱控子系統、推進子系統、電源與配電子系統及衛星平臺總線，各個子系統通過衛星平臺總線連接主控計算機。其中，每一個子系統都包含有一個用以通過衛星平臺總線與主控計算機交互的總線遠置終端(RTU)；姿軌控子系統的姿軌控模塊用以對衛星進行定軌和定姿；數據存儲子系統用以保存各載荷通過主控計算機輸出的數據；有效載荷子系統包含η個與主控計算機點對點連接的載荷，比如CCD、固放、微波雷達、發射機等，每一個載荷將檢測獲得的數據通過主控計算機保存至數據存儲子系統；主控計算機是衛星平臺總線的控制器，將平臺總線上傳輸的低速指令輸出至與該指令對應的設備地址，比如，輸出至姿軌控子系統、推進子系統、有效載荷子系統或熱控子系統；測控通信子系統通過天線接收或發送數據和指令，將接收到的天地鏈路傳輸中的低速指令，通過RTU輸出至衛星平臺總線上，將來自主控計算機或有效載荷子系統的高速有效載荷的下行數據，通過高速接口傳輸至無線射頻模塊，並通過天線形成的射頻通道，傳輸至地面；推進子系統的推進模塊用以根據RTU接收到的數據和指令，調整衛星的軌道或姿態；熱控子系統的熱控模塊用以根據RTU接收到的數據和指令，對衛星的溫度進行控制；電源與配電子系統根據各子系統的供電需求，經過電壓轉換為相應功率和伏值的電壓，輸出至各子系統。現有的面向衛星的電子控制系統中，由於衛星平臺總線的帶寬限制，只能傳輸低速指令，無法用以傳輸高速載荷數據或超高速載荷數據，只能採用η個載荷與主控計算機點對點的直連方式，以完成高速載荷數據或超高速有效載荷數據通過主控計算機和測控通信子系統，以無線射頻的方式接收或發送，不僅增加了主控計算機的負擔，而且降低了整個系統的工作效率；由於現有的測控通信子系統的傳輸波段是一定的，在以無線射頻的方式接收或發送數據時，只能選取特定的波段，可擴展性較差。

發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種面向衛星的電子控制系統，該系統能夠提高工作效率和可擴展性。本發明的目的在於提供一種面向衛星的電子控制方法，該方法能夠提高工作效率和可擴展性。為達到上述目的，本發明的技術方案具體是這樣實現的一種面向衛星的電子控制系統，包含姿軌控模塊、推進模塊和熱控模塊，該系統還包含有效載荷數據傳輸子系統，將地面或中繼衛星發送的控制指令輸出至控制總線， 將地面或中繼衛星發送的數據輸出至數據總線；根據主控計算機通過控制總線輸出的模式切換指令、及載荷數據攜帶的CCSDS地址，將數據總線上傳輸的第二載荷數據、和/或有效載荷數據處理子系統輸出的第一載荷數據，通過選擇的無線射頻的波段發送至地面；所述第一載荷數據為數據傳輸率為mbps以上的載荷數據；所述第二載荷數據為數據傳輸率為 IOOMbps 500Mbps的載荷數據；有效載荷數據處理子系統，根據從控制總線上接收到的數據處理指令，按照CCSDS 協議，對從數據總線上接收到的第二載荷數據、和/或第一有效載荷模塊輸出的第一載荷數據進行壓縮和打包處理，將數據處理指令中攜帶的地址映射成CCSDS地址，將CCSDS地址加入包頭生成CCSDS數據包，發送包含第二載荷數據的CCSDS數據包至數據總線，和/或發送包含第一載荷數據的CCSDS數據包至有效載荷數據傳輸子系統；第一有效載荷模塊，根據從控制總線上接收到的工作指令，採集獲得第一載荷數據，並將第一載荷數據輸出至有效載荷數據處理子系統；多個第二有效載荷模塊，任一第二有效載荷模塊根據從數據總線上接收到的來自高性能運算模塊的工作指令，採集獲得第二載荷數據，並將第二載荷數據輸出至數據總線.
一入 ，高性能運算模塊，從控制總線上獲取與多個第二有效載荷模塊對應的工作指令， 通過數據總線輸出工作指令至多個第二有效載荷模塊；主控計算機，從控制總線上讀取控制指令，解析控制指令獲得設備地址及工作指令，根據設備地址，生成數據處理指令及模式切換指令；按照設備地址，輸出工作指令至熱控模塊、推進模塊和姿軌控模塊，控制熱控模塊、推進模塊和姿軌控模塊的工作，通過控制總線輸出工作指令至第一有效載荷模塊、和/或高性能運算模塊，通過控制總線輸出數據處理指令至有效載荷數據處理子系統，通過控制總線輸出模式切換指令至有效載荷數據傳輸子系統。較佳地，該系統進一步包括應答機，從控制總線上接收來自地面的啟動或關閉指令，並輸出啟動或關閉控制指令至主控計算機；所述主控計算機進一步根據啟動或關閉指令，直接控制姿軌控模塊、熱控模塊及推進模塊的開啟或關閉，通過控制總線，控制與控制總線連接的有效載荷數據傳輸子系統、 有效載荷數據處理子系統、第一有效載荷模塊、及高性能運算模塊的開啟或關閉，通過高性能運算模塊和數據總線，控制多個第二有效載荷模塊的開啟或關閉。較佳地，所述應答機進一步應將從控制總線上接收的來自地面的故障檢測指令， 輸出至主控計算機，將主控計算機輸出的第一故障檢測結果通過無線射頻下發給地面；所述第一故障檢測結果是未修復設備時發生故障的設備及其地址；所述主控計算機進一步根據接收到的故障檢測指令及CCSDS協議，對姿軌控模塊、熱控模塊和推進模塊進行故障檢測，通過控制總線，輸出設備地址及故障檢測消息至高性能運算模塊，將高性能運算模塊反饋的第一故障檢測結果及其自身檢測獲得的第一故障檢測結果發送給應答機；
所述高性能運算模塊進一步根據故障檢測消息，通過數據總線，對有效載荷數據傳輸子系統、有效載荷數據處理子系統、第一有效載荷模塊、多個第二有效載荷模塊進行故障檢測，輸出第一故障檢測結果至主控計算機。較佳地，所述應答機進一步將從控制總線上接收的來自地面的故障修復指令，輸出至主控計算機，將主控計算機輸出的第二故障檢測結果通過無線射頻下發給地面；所述第二故障檢測結果是對發生故障的設備修復後仍存在故障的設備及其設備地址；主控計算機進一步根據接收到的故障修復指令及CCSDS協議，對與其直接連接的待修復的模塊進行故障修復，通過控制總線，輸出待修復的設備地址及故障修復消息至高性能運算模塊，將高性能運算模塊反饋的第二故障檢測結果及其自身檢測獲得的第二故障檢測結果發送給應答機；所述高性能運算模塊進一步根據故障修復消息及其攜帶的待修復的設備地址，通過數據總線對待修復的設備進行故障修復，根據從數據總線接收到的未修復的故障設備及其設備地址，生成第二故障檢測結果，通過控制總線反饋給主控計算機。上述系統中，所述有效載荷數據處理子系統包含路由單元，將從第一有效載荷模塊接收到的第一載荷數據、和/或從數據總線接收到的第二載荷數據中分離出圖像數據和程序數據，將圖像數據輸出至壓縮單元，將程序數據輸出至數據處理單元；所述路由單元根據從控制總線上接收到的數據處理指令及CCSDS協議，從存儲單元讀取與處理指令對應的數據並打包，並從存儲單元中查找與數據處理指令攜帶的地址對應的CCSDS地址，將CCSDS地址及CCSDS標識符添加至CCSDS數據包頭中，生成CCSDS數據包，將攜帶第一載荷數據的CCSDS數據包發送至有效載荷數據傳輸子系統，將攜帶第二載荷數據的CCSDS數據包發送至數據總線；壓縮單元，用以對接收到的圖像數據進行壓縮，將壓縮後的數據輸出至存儲單元保存；數據處理單元，用以對接收到的程序數據進行壓縮，將壓縮後的數據輸出至存儲單元保存；存儲單元，用以保存壓縮後的圖像數據、壓縮後的程序數據和CCSDS地址映射表； 所述CCSDS地址映射表中的地址為接收載荷數據的設備地址，所述CCSDS地址映射表中的 CCSDS地址為衛星內部、衛星和衛星之間、及衛星和地面間採用的通信鏈路的地址。上述系統中，所述有效載荷數據處理子系統包含路由單元，將從第一有效載荷模塊接收到的第一載荷數據、和/或從數據總線接收到的第二載荷數據中分離出圖像數據和程序數據，將圖像數據輸出至壓縮單元，將程序數據輸出至數據處理單元；所述路由單元根據從控制總線上接收到的數據處理指令及CCSDS協議，從存儲單元讀取與處理指令對應的數據並打包，並從存儲單元中查找與數據處理指令攜帶的地址對應的CCSDS地址，將CCSDS地址及CCSDS標識符添加至CCSDS數據包頭中，生成CCSDS數據包，將攜帶第一載荷數據的CCSDS數據包發送至有效載荷數據傳輸子系統，將攜帶第二載荷數據的CCSDS數據包發送至數據總線；壓縮單元，用以對接收到的圖像數據進行壓縮，將壓縮後的數據輸出至存儲單元保存；數據處理單元，用以對接收到的程序數據進行壓縮，將壓縮後的數據輸出至存儲單元保存；存儲單元，用以保存壓縮後的圖像數據、壓縮後的程序數據和CCSDS地址映射表； 所述CCSDS地址映射表中的地址為接收載荷數據的設備地址，所述CCSDS地址映射表中的 CCSDS地址為衛星內部、衛星和衛星之間、及衛星和地面間採用的通信鏈路的地址；第一故障檢測模塊，根據來自數據總線的故障檢測消息，對壓縮單元、數據處理單元、存儲單元和路由單元進行故障檢測，通過數據總線反饋第一故障檢測結果至高性能運算模塊；所述第一故障檢測模塊根據來自數據總線的故障修復消息，對壓縮單元、數據處理單元、存儲單元和路由單元中發生故障的設備進行故障修復，將未修復的故障及故障單元的設備地址作為第二故障檢測結果，通過數據總線輸出至高性能運算模塊。上述系統中，所述有效載荷數據傳輸子系統包含雷射通信終端，根據控制總線上接收的模式切換指令，將從有效載荷數據處理子系統上接收到的CCSDS數據包下行輸出至地面；S/L波段數傳終端，根據控制總線上接收的模式切換指令，將從數據總線206上接收到的CCSDS數據包下行輸出至地面；X波段數傳終端，根據控制總線上接收的模式切換指令，將從數據總線上接收到的 CCSDS數據包下行輸出至地面；Ka波段中繼星通信終端，根據控制總線上接收的模式切換指令，將從有效載荷數據處理子系統中接收到的CCSDS數據包下行輸出至地面或中繼衛星；Ka波段對地數傳終端，根據控制總線上接收的模式切換指令，將從有效載荷數據處理子系統中接收到的CCSDS數據包下行輸出至地面或中繼衛星。一種面向衛星的電子控制方法，該方法包括A、主控計算機通過控制總線，控制第一有效載荷模塊輸出第一載荷數據至有效載荷數據處理子系統，控制多個第二有效載荷模塊輸出第二載荷數據至數據總線；B、主控計算機通過控制總線，控制有效載荷數據處理子系統對第一載荷數據和/ 或第二載荷數據進行打包，並將生成的CCSDS數據包發送至數據總線或有效載荷數據傳輸子系統；C、主控計算機通過控制總線，控制有效載荷數據傳輸子系統將從數據總線和/或有效載荷數據處理子系統接收到的CCSDS數據包，下行發送至地面或中繼星。較佳地，所述步驟A之前進一步包括A』、主控計算機根據應答機轉發的開啟或關閉指令，控制姿軌控模塊、熱控模塊和推進模塊的開啟或關閉，通過控制總線和數據總線，控制有效載荷數據傳輸子系統、有效載荷數據處理子系統、第一有效載荷模塊、多個第二有效載荷模塊和高性能運算模塊開啟或關閉。較佳地，所述步驟C之後進一步包括D、主控計算機根據應答機發送的故障檢測指令，對姿軌控模塊、熱控模塊和推進模塊進行故障檢測，通過與控制總線連接的高性能運算模塊，對有效載荷數據傳輸子系統、
9有效載荷數據處理子系統、第一有效載荷模塊和多個第二有效載荷模塊進行故障檢測，並通過應答機下傳第一故障檢測結果至地面；所述第一故障檢測結果是未修復設備時發生故障的設備及其地址。較佳地，所述步驟D之後進一步包括E、主控計算機根據應答機發送的故障修復指令，通過其自身和/或與控制總線連接的高性能運算模塊，對發生故障的設備進行故障修復，並通過應答機下傳第二故障檢測結果至地面；所述第二故障檢測結果是對發生故障的設備修復後仍存在故障的設備及其設備地址。上述方法中，所述步驟A包括Al、有效載荷數據傳輸子系統將通過無線射頻接收到的來自地面或中繼衛星的控制指令，輸出至控制總線；A2、主控計算機從控制總線上讀取控制指令，解析控制指令獲得設備地址及工作指令；A3、主控計算機按照設備地址，通過控制總線輸出工作指令至第一有效載荷模塊、 和/或高性能運算模塊；A4、高性能運算模塊將控制總線上的工作指令轉發至多個第二有效載荷模塊；A5、第一有效載荷模塊根據工作指令，採集獲得第一載荷數據並輸出至有效載荷數據處理子系統，和/或第二有效載荷模塊根據工作指令，採集獲得第二載荷數據並輸出至數據總線。上述方法中，所述步驟B包括Bi、主控計算機根據設備地址及控制指令，生成數據處理指令；B2、主控計算機通過控制總線，輸出數據處理指令至有效載荷數據處理子系統；
B3、有效載荷數據處理子系統根據數據處理指令，將數據處理指令中攜帶的地址映射成CCSDS地址，對從第一有效載荷模塊接收到的第一載荷數據、和/或從數據總線接收到的第二載荷數據進行壓縮和打包，將CCSDS地址加入包頭生成CCSDS數據包；B4、主控計算機將包含第一載荷數據的CCSDS數據包發送至有效載荷數據傳輸子系統，和/或將包含第二載荷數據的CCSDS數據包發送至數據總線。上述方法中，所述步驟C包括Cl、主控計算機根據設備地址及控制指令，生成模式切換指令，通過控制總線輸出模式切換指令至有效載荷數據傳輸子系統；C2、有效載荷數據傳輸子系統根據模式切換指令選擇波段，將從數據總線和/或有效載荷數據處理子系統接收到的CCSDS數據包，下行發送至地面或中繼衛星。由上述的技術方案可見，本發明提供了一種面向衛星的電子控制系統及方法，有效載荷數據傳輸子系統根據主控計算機通過控制總線輸出的模式切換指令、及載荷數據攜帶的CCSDS地址，將數據總線上傳輸的第二載荷數據、和/或有效載荷數據處理器系統輸出的第一載荷數據，通過無線射頻的一波段發送至地面；有效載荷數據處理子系統根據從控制總線上接收到的數據處理指令，按照CCSDS協議，對從數據總線上接收到的第二載荷數據、和/或第一有效載荷模塊輸出的第一載荷數據進行壓縮和打包處理，將數據處理指令
10中攜帶的地址映射成CCSDS地址，將CCSDS地址加入包頭生成CCSDS數據包，發送包含第二載荷數據的CCSDS數據包至數據總線，和/或發送包含第一載荷數據的CCSDS數據包至有效載荷數據傳輸子系統；主控計算機通過控制總線輸出工作指令至第一有效載荷模塊、和 /或高性能運算模塊，通過控制總線輸出數據處理指令至有效載荷數據處理子系統，通過控制總線輸出模式切換指令至有效載荷數據傳輸子系統。採用本發明的方法及系統，能夠提高工作效率和可擴展性。


圖1為現有的面向衛星的電子控制系統的結構示意圖。圖2為本發明面向衛星的電子控制系統的結構示意圖。圖3為本發明的系統中有效載荷數據處理子系統的結構示意圖。圖4為本發明的系統中有效載荷數據傳輸子系統的結構示意圖。圖5為本發明面向衛星的電子控制方法流程圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案、及優點更加清楚明白，以下參照附圖並舉實施例， 對本發明進一步詳細說明。圖2為本發明面向衛星的電子控制系統的結構示意圖。現結合圖2，對本發明面向衛星的電子控制系統進行說明，具體如下本發明面向衛星的電子控制系統裝設於衛星上，包含有效載荷數據傳輸子系統 201、有效載荷數據處理子系統202、第一有效載荷模塊203、第二有效載荷模塊204、高性能運算模塊205、數據總線206、控制總線207、主控計算機208、姿軌控模塊209、熱控模塊 210、推進模塊211和應答機212。其中，有效載荷數據傳輸子系統201連接數據總線206和控制總線207 ；有效載荷數據處理子系統連接數據總線206、控制總線207和有效載荷數據傳輸子系統201 ；第一有效載荷模塊203連接有效載荷數據處理子系統202和控制總線207 ；第二有效載荷模塊204 連接數據總線206 ；主控計算機208分別連接姿軌控模塊209、熱控模塊210、推進模塊211、 應答機212和控制總線207 ；應答機212連接控制總線207。有效載荷數據傳輸子系統201將地面或中繼衛星發送的控制指令輸出至控制總線207，將地面或中繼衛星發送的數據輸出至數據總線206 ；根據主控計算機208通過控制總線207輸出的模式切換指令、及載荷數據攜帶的CCSDS地址，將數據總線206上傳輸的第二載荷數據、和/或有效載荷數據處理子系統202輸出的第一載荷數據，通過無線射頻的一波段發送至地面。有效載荷數據處理子系統202根據從控制總線207上接收到的數據處理指令，按照空間數據系統諮詢委員會(Consultative Committee for Space Data System, CCSDS) 協議，對從數據總線206上接收到的第二載荷數據、和/或第一有效載荷模塊203輸出的第一載荷數據進行壓縮和打包處理，將數據處理指令中攜帶的地址映射成CCSDS地址，將 CCSDS地址加入包頭生成CCSDS數據包，發送包含第二載荷數據的CCSDS數據包至數據總線206，和/或發送包含第一載荷數據的CCSDS數據包至有效載荷數據傳輸子系統201。其中，數據處理指令中攜帶的地址為接收載荷數據的設備的地址；CCSDS地址為衛星內部、衛星和衛星之間、及衛星和地面間採用的通信鏈路的地址。第一有效載荷模塊203根據從控制總線207上接收到的工作指令，採集獲得第一載荷數據，並將第一載荷數據輸出至有效載荷數據處理子系統202。本發明提及的第一載荷數據為超高速載荷數據，其數據傳輸率為l(ibps以上。多個第二有效載荷模塊204中的任一第二有效載荷模塊204根據從數據總線206 上接收到的來自高性能運算模塊205的工作指令，採集獲得第二載荷數據，並將第二載荷數據輸出至數據總線206。本發明提及的第二載荷數據為高速載荷數據，其數據傳輸率為 IOOMbps 500Mbps ο高性能運算模塊205從控制總線207上獲取與多個第二有效載荷模塊204對應的工作指令，通過數據總線206輸出工作指令至多個第二有效載荷模塊204。主控計算機208從控制總線207上讀取控制指令，解析控制指令獲得設備地址及工作指令，根據設備地址，生成數據處理指令及模式切換指令；按照設備地址，通過控制總線207輸出工作指令至第一有效載荷模塊203、和/或高性能運算模塊205，通過控制總線 207輸出數據處理指令至有效載荷數據處理子系統202，通過控制總線207輸出模式切換指令至有效載荷數據傳輸子系統201。其中，主控計算機208根據設備地址，確定受控的為第一有效載荷模塊203，則生成對於第一載荷數據的數據處理指令及對於第一載荷數據的模式切換指令，確定受控的為第二有效載荷模塊204，則生成對於第二載荷數據的數據處理指令及對於第二載荷數據的模式切換指令，該對於第二載荷數據的數據處理指令及對於第二載荷數據的模式切換指令通過高性能運算模塊205轉發。主控計算機208根據應答機212輸出的啟動或關閉指令，通過控制總線207，控制與控制總線207連接的有效載荷數據傳輸子系統201、有效載荷數據處理子系統202、第一有效載荷模塊203、及高性能運算模塊205的開啟或關閉，通過高性能運算模塊205和數據總線206，控制多個第二有效載荷模塊204的開啟或關閉，直接控制與其連接的姿軌控模塊 209、熱控模塊210和推進模塊211的開啟和關閉。應答機212從控制總線207上接收來自地面的啟動或關閉指令，並輸出啟動或關閉控制指令至主控計算機208。姿軌控模塊209根據主控計算機208輸出的工作指令，對衛星進行姿態、軌道的確定和控制。本發明的姿軌控模塊209與現有的姿軌控子系統不同的是本發明的姿軌控模塊 209無需通過RTU從衛星平臺總線獲取指令，可通過主控計算208獲得相應的工作指令。熱控模塊210根據主控計算機208輸出的工作指令，對衛星的溫度進行控制。本發明的熱控模塊210與現有的熱控子系統不同的是本發明的熱控模塊210無需通過RTU從衛星平臺總線獲取指令，可通過主控計算208獲得相應的工作指令。推進模塊211根據主控計算機208輸出的工作指令，調整衛星的軌道和姿態。本發明的推進模塊211與現有的推進子系統不同的是本發明的推進模塊211無需通過RTU從衛星平臺總線獲取指令，可通過主控計算機208獲得相應的工作指令。為了提高本發明面向衛星的電子控制系統的可靠性，應答機212進一步將從控制總線207上接收的來自地面的故障檢測指令，輸出至主控計算機208，將主控計算機208輸出的第一故障檢測結果通過無線射頻下發給地面。其中，第一故障檢測結果是未修復設備時發生故障的設備及其地址。主控計算機208進一步根據接收到的故障檢測指令及CCSDS協議，對姿軌控模塊 209、熱控模塊210和推進模塊211進行故障檢測，通過控制總線207，輸出設備地址及故障檢測消息至高性能運算模塊205，將高性能運算模塊205反饋的第一故障檢測結果及其自身檢測獲得的第一故障檢測結果發送給應答機212。高性能運算模塊205進一步根據故障檢測消息，通過數據總線206，對有效載荷數據傳輸子系統201、有效載荷數據處理子系統202、第一有效載荷模塊203、多個第二有效載荷模塊204進行故障檢測，輸出第一故障檢測結果至主控計算機208。為了對發生故障的設備進行有效地修復，應答機212進一步將從控制總線207上接收的來自地面的故障修復指令，輸出至主控計算機208，將主控計算機208輸出的第二故障檢測結果通過無線射頻下發給地面。其中，第二故障檢測結果是對發生故障的設備修復後仍存在故障的設備及其設備地址。主控計算機208進一步根據接收到的故障修復指令及CCSDS協議，對與其直接連接的待修復的模塊進行故障修復，通過控制總線207，輸出待修復的設備地址及故障修復消息至高性能運算模塊205，將高性能運算模塊205反饋的第二故障檢測結果及其自身檢測獲得的第二故障檢測結果發送給應答212。高性能運算模塊205進一步根據故障修復消息及其攜帶的待修復的設備地址，通過數據總線206對待修復的設備進行故障修復，根據從數據總線206接收到的未修復的故障設備及其設備地址，生成第二故障檢測結果，通過控制總線207反饋給主控計算機208。圖3為本發明的系統中有效載荷數據處理子系統的結構示意圖。現結合圖3，對本發明的系統中有效載荷數據處理子系統進行說明，具體如下本發明的有效載荷數據處理子系統202包含壓縮單元2021、數據處理單元2022、 存儲單元2023及路由單元20M。路由單元20M分別連接有效載荷數據傳輸子系統201、第一有效載荷模塊203、數據總線206和控制總線207，將從第一有效載荷模塊203接收到的第一載荷數據、和/或從數據總線206接收到的第二載荷數據中分離出圖像數據和程序數據，將圖像數據輸出至壓縮單元2021，將程序數據輸出至數據處理單元2022。路由單元20M根據從控制總線207上接收到的數據處理指令及CCSDS協議，從存儲單元2023讀取與處理指令對應的數據並打包，並從存儲單元2023中查找與數據處理指令攜帶的地址對應的CCSDS地址，將CCSDS地址及CCSDS標識符添加至CCSDS數據包頭中， 生成CCSDS數據包，將攜帶第一載荷數據的CCSDS數據包發送至有效載荷數據傳輸子系統 201，將攜帶第二載荷數據的CCSDS數據包發送至數據總線206。其中，CCSDS標識符用以表示裝設本發明的系統的衛星所使用的虛擬信道。壓縮單元2021用以對接收到的圖像數據進行壓縮，將壓縮後的數據輸出至存儲單元2023保存。數據處理單元2023用以對接收到的程序數據進行壓縮，將壓縮後的數據輸出至存儲單元2023保存。存儲單元2023用以保存壓縮後的圖像數據、壓縮後的程序數據和CCSDS地址映射表。其中，CCSDS地址映射表中的地址為接收載荷數據的設備地址，CCSDS地址映射表中的CCSDS地址為衛星內部、衛星和衛星之間、及衛星和地面間採用的通信鏈路的地址。為了實現故障檢測，本發明的有效載荷數據處理子系統202還進一步包含第一故障檢修模塊2025。第一故障檢測模塊2025根據來自數據總線206的故障檢測消息，對壓縮單元2021、數據處理單元2022、存儲單元2023和路由單元20 進行故障檢測，通過數據總線206反饋第一故障檢測結果至高性能運算模塊205 ；第一故障檢測模塊2025根據來自數據總線206的故障修復消息，對壓縮單元2021、數據處理單元2022、存儲單元2023和路由單元20M中發生故障的設備進行故障修復，將未修復的故障及故障單元的設備地址作為第二故障檢測結果，通過數據總線206輸出至高性能運算模塊205。圖4為本發明的系統中有效載荷數據傳輸子系統的結構示意圖。現結合圖4，對本發明的系統中有效載荷數據傳輸子系統進行說明，具體如下本發明的有效載荷數據傳輸子系統201包含雷射通信終端2011、S/L波段數傳終端2012、X波段數傳終端2013、Ka波段中繼星通信終端2014和Ka波段對地數傳終端2015。S/L波段數傳終端2012和X波段數傳終端2013根據控制總線207上接收的模式切換指令，將從數據總線206上接收到的CCSDS數據包下行輸出至地面。雷射通信終端2011、Ka波段中繼星通信終端2014和Ka波段對地數傳終端2015 根據控制總線207上接收的模式切換指令，將從有效載荷數據處理子系統202中接收到的 CCSDS數據包下行輸出至地面或中繼衛星。為了實現故障檢測，本發明的有效載荷數據傳輸子系統201還進一步包含第二故障檢修單元2016。第二故障檢修單元2016根據故障檢測消息，對雷射通信終端2011、S/L 波段數傳終端2012、X波段數傳終端2013、Ka波段中繼星通信終端2014和Ka波段對地數傳終端2015進行故障檢測，並在上述單元出現故障時進行修復，根據修復結果，將未修復的故障及故障單元的設備地址輸出至數據總線206。本發明的上述系統中，與數據總線206、控制總線207連接的設備及與地面進行無線通信的設備，在根據CCSDS協議進行數據和/或指令的傳輸時，需要根據CCSDS協議中現有的幀構造方法，生成CCSDS數據幀，在此不再對具體的幀構造方法進行贅述。圖5為本發明面向衛星的電子控制方法流程圖。現結合圖5，對本發明面向衛星的電子控制方法進行說明，具體如下步驟501 主控計算機通過控制總線，控制第一有效載荷模塊輸出第一載荷數據至有效載荷數據處理子系統，控制多個第二有效載荷模塊輸出第二載荷數據至數據總線；該步驟包括步驟5011，有效載荷數據傳輸子系統201將通過無線射頻接收到的來自地面或中繼衛星的控制指令，輸出至控制總線207 ；步驟5012，主控計算機208從控制總線207上讀取控制指令，解析控制指令獲得設備地址及工作指令；步驟5013，主控計算機 208按照設備地址，通過控制總線207輸出工作指令至第一有效載荷模塊203、和/或高性能運算模塊205 ；步驟5014，高性能運算模塊205將控制總線207上的工作指令轉發至多個第二有效載荷模塊204 ；步驟5015，第一有效載荷模塊203根據工作指令，採集獲得第一載荷數據並輸出至有效載荷數據處理子系統202，和/或第二有效載荷模塊204根據工作指令，採集獲得第二載荷數據並輸出至數據總線206。步驟502 主控計算機通過控制總線，控制有效載荷數據處理子系統對第一載荷數據和/或第二載荷數據進行打包，並將生成的CCSDS數據包發送至數據總線或有效載荷數據傳輸子系統；該步驟包括步驟5021，主控計算機208根據設備地址及控制指令，生成數據處理指令；步驟5022，主控計算機208通過控制總線207，輸出數據處理指令至有效載荷數據處理子系統202 ；步驟5023，有效載荷數據處理子系統202根據數據處理指令，將數據處理指令中攜帶的地址映射成CCSDS地址，對從第一有效載荷模塊203接收到的第一載荷數據、和 /或從數據總線206接收到的第二載荷數據進行壓縮和打包，將CCSDS地址加入包頭生成 CCSDS數據包；步驟50 ,主控計算機208將包含第一載荷數據的CCSDS數據包發送至有效載荷數據傳輸子系統201，和/或將包含第二載荷數據的CCSDS數據包發送至數據總線 206。步驟503 主控計算機通過控制總線，控制有效載荷數據傳輸子系統將從數據總線和/或有效載荷數據處理子系統接收到的CCSDS數據包，下行發送至地面或中繼星；該步驟包括步驟5031，主控計算機208根據設備地址及控制指令，生成模式切換指令，通過控制總線207輸出模式切換指令至有效載荷數據傳輸子系統201 ；步驟5032，有效載荷數據傳輸子系統201根據模式切換指令選擇波段，將從數據總線206和/或有效載荷數據處理子系統202接收到的CCSDS數據包，下行發送至地面或中繼衛星。步驟504:結束。本發明上述方法實施例的步驟501之前進一步包括步驟500 主控計算機根據應答機轉發的開啟或關閉指令，通過控制總線和數據總線，控制有效載荷數據傳輸子系統、有效載荷數據處理子系統、第一有效載荷模塊、多個第二有效載荷模塊和高性能運算模塊開啟或關閉；該步驟包括步驟5001，應答機212將從控制總線207或無線射頻鏈路中接收到的開啟或關閉指令，發送至主控計算機208 ；步驟5002，主控計算機208根據開啟或關閉指令，通過控制總線207，控制有效載荷數據傳輸子系統201、有效載荷數據處理子系統202、 第一有效載荷模塊203和高性能運算模塊205開啟或關閉；步驟5003，主控計算機208根據開啟或關閉指令，通過數據總線206和高性能運算模塊205，控制多個第二有效載荷模塊 204開啟或關閉。為了提高系統的可靠性，本發明上述方法實施例的步驟503之後進一步包括步驟503』 主控計算機通過與控制總線連接的高性能運算模塊，對有效載荷數據傳輸子系統、有效載荷數據處理子系統、第一有效載荷模塊和多個第二有效載荷模塊進行故障檢測，並通過應答機下傳第一故障檢測結果至地面；該步驟包括步驟5031』，應答機212將從控制總線207或無線射頻鏈路接收到的故障檢測指令發送給主控計算機208 ；步驟5032』，主控計算機208根據故障檢測指令，通過控制總線207，輸出設備地址和故障檢測消息至高性能運算模塊205 ；步驟5033』，主控計算機208對姿軌控模塊209、熱控模塊210和推進模塊211進行故障檢測，高性能運算模塊 205根據故障檢測消息和設備地址，對連接數據總線206的有效載荷數據傳輸子系統201、 有效載荷數據處理子系統202、第一有效載荷模塊203和多個第二有效載荷模塊204進行故障檢測；步驟5034』，主控計算機208將其自身檢測獲得的第一故障檢測結果與通過控制總線207獲得的來自高性能運算模塊205的第一故障檢測結果，通過應答機212的無線射頻鏈路下行傳輸至地面。
步驟503』之後進一步包括步驟503」，主控計算機通過與控制總線連接的高性能運算模塊，對發生故障的設備進行故障修復，並通過應答機下傳第二故障檢測結果至地該步驟包括步驟5031」，應答機212將從控制總線207或無線射頻鏈路接收到的故障修復指令發送給主控計算機208 ；步驟5032」，主控計算機根據故障修復指令，通過控制總線207，輸出待修復的設備地址和故障修復消息至高性能運算模塊205 ；步驟5033」，主控計算機208根據待修復的設備地址對與其直接連接的設備進行故障修復，高性能運算模塊205根據故障修復消息和待修復的設備地址，對連接數據總線206的待修復的設備進行故障修復；步驟5034」，主控計算機208將其自身進行故障修復獲得的第二故障檢測結果與通過控制總線207獲得的來自高性能運算模塊205的第二故障檢測結果，通過應答機212 的無線射頻鏈路下行傳輸至地面。本發明的上述較佳實施例中，主控計算機不再用於轉發載荷輸出的超高速載荷數據和/或高速載荷數據，用於根據控制總線上的控制指令，控制姿軌控模塊、熱控模塊和推進模塊工作，不再對載荷輸出的數據進行處理，降低了主控計算機的負荷，提高了工作效率；另外，本發明的主控計算機可通過控制總線和數據總線，對連接數據總線的子系統和模塊進行故障檢測和修復，並將故障檢測結果通過應答機下傳給地面，提高了系統的可靠性， 並且相較於現有的衛星故障檢測的方法，提高了故障檢測的工作效率。綜上所述，以上為本發明的較佳實施例，並非用來限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
1權利要求
1.一種面向衛星的電子控制系統，包含姿軌控模塊、推進模塊和熱控模塊，其特徵在於，該系統還包含有效載荷數據傳輸子系統，將地面或中繼衛星發送的控制指令輸出至控制總線，將地面或中繼衛星發送的數據輸出至數據總線；根據主控計算機通過控制總線輸出的模式切換指令、及載荷數據攜帶的CCSDS地址，將數據總線上傳輸的第二載荷數據、和/或有效載荷數據處理子系統輸出的第一載荷數據，通過選擇的無線射頻的波段發送至地面；所述第一載荷數據為數據傳輸率為mbps以上的載荷數據；所述第二載荷數據為數據傳輸率為 IOOMbps 500Mbps的載荷數據；有效載荷數據處理子系統，根據從控制總線上接收到的數據處理指令，按照CCSDS協議，對從數據總線上接收到的第二載荷數據、和/或第一有效載荷模塊輸出的第一載荷數據進行壓縮和打包處理，將數據處理指令中攜帶的地址映射成CCSDS地址，將CCSDS地址加入包頭生成CCSDS數據包，發送包含第二載荷數據的CCSDS數據包至數據總線，和/或發送包含第一載荷數據的CCSDS數據包至有效載荷數據傳輸子系統；第一有效載荷模塊，根據從控制總線上接收到的工作指令，採集獲得第一載荷數據，並將第一載荷數據輸出至有效載荷數據處理子系統；多個第二有效載荷模塊，任一第二有效載荷模塊根據從數據總線上接收到的來自高性能運算模塊的工作指令，採集獲得第二載荷數據，並將第二載荷數據輸出至數據總線；高性能運算模塊，從控制總線上獲取與多個第二有效載荷模塊對應的工作指令，通過數據總線輸出工作指令至多個第二有效載荷模塊；主控計算機，從控制總線上讀取控制指令，解析控制指令獲得設備地址及工作指令，根據設備地址，生成數據處理指令及模式切換指令；按照設備地址，輸出工作指令至熱控模塊、推進模塊和姿軌控模塊，控制熱控模塊、推進模塊和姿軌控模塊的工作，通過控制總線輸出工作指令至第一有效載荷模塊、和/或高性能運算模塊，通過控制總線輸出數據處理指令至有效載荷數據處理子系統，通過控制總線輸出模式切換指令至有效載荷數據傳輸子系統。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，該系統進一步包括應答機，從控制總線上接收來自地面的啟動或關閉指令，並輸出啟動或關閉控制指令至主控計算機；所述主控計算機進一步根據啟動或關閉指令，直接控制姿軌控模塊、熱控模塊及推進模塊的開啟或關閉，通過控制總線，控制與控制總線連接的有效載荷數據傳輸子系統、有效載荷數據處理子系統、第一有效載荷模塊、及高性能運算模塊的開啟或關閉，通過高性能運算模塊和數據總線，控制多個第二有效載荷模塊的開啟或關閉。
3.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述應答機進一步應將從控制總線上接收的來自地面的故障檢測指令，輸出至主控計算機，將主控計算機輸出的第一故障檢測結果通過無線射頻下發給地面；所述第一故障檢測結果是未修復設備時發生故障的設備及其地址；所述主控計算機進一步根據接收到的故障檢測指令及CCSDS協議，對姿軌控模塊、熱控模塊和推進模塊進行故障檢測，通過控制總線，輸出設備地址及故障檢測消息至高性能運算模塊，將高性能運算模塊反饋的第一故障檢測結果及其自身檢測獲得的第一故障檢測結果發送給應答機；所述高性能運算模塊進一步根據故障檢測消息，通過數據總線，對有效載荷數據傳輸子系統、有效載荷數據處理子系統、第一有效載荷模塊、多個第二有效載荷模塊進行故障檢測，輸出第一故障檢測結果至主控計算機。
4.根據權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述應答機進一步將從控制總線上接收的來自地面的故障修復指令，輸出至主控計算機，將主控計算機輸出的第二故障檢測結果通過無線射頻下發給地面；所述第二故障檢測結果是對發生故障的設備修復後仍存在故障的設備及其設備地址；主控計算機進一步根據接收到的故障修復指令及CCSDS協議，對與其直接連接的待修復的模塊進行故障修復，通過控制總線，輸出待修復的設備地址及故障修復消息至高性能運算模塊，將高性能運算模塊反饋的第二故障檢測結果及其自身檢測獲得的第二故障檢測結果發送給應答機；所述高性能運算模塊進一步根據故障修復消息及其攜帶的待修復的設備地址，通過數據總線對待修復的設備進行故障修復，根據從數據總線接收到的未修復的故障設備及其設備地址，生成第二故障檢測結果，通過控制總線反饋給主控計算機。
5.根據權利要求1或2所述的系統，其特徵在於，所述有效載荷數據處理子系統包含路由單元，將從第一有效載荷模塊接收到的第一載荷數據、和/或從數據總線接收到的第二載荷數據中分離出圖像數據和程序數據，將圖像數據輸出至壓縮單元，將程序數據輸出至數據處理單元；所述路由單元根據從控制總線上接收到的數據處理指令及CCSDS協議，從存儲單元讀取與處理指令對應的數據並打包，並從存儲單元中查找與數據處理指令攜帶的地址對應的 CCSDS地址，將CCSDS地址及CCSDS標識符添加至CCSDS數據包頭中，生成CCSDS數據包，將攜帶第一載荷數據的CCSDS數據包發送至有效載荷數據傳輸子系統，將攜帶第二載荷數據的CCSDS數據包發送至數據總線；壓縮單元，用以對接收到的圖像數據進行壓縮，將壓縮後的數據輸出至存儲單元保存；數據處理單元，用以對接收到的程序數據進行壓縮，將壓縮後的數據輸出至存儲單元保存；存儲單元，用以保存壓縮後的圖像數據、壓縮後的程序數據和CCSDS地址映射表；所述 CCSDS地址映射表中的地址為接收載荷數據的設備地址，所述CCSDS地址映射表中的CCSDS 地址為衛星內部、衛星和衛星之間、及衛星和地面間採用的通信鏈路的地址。
6.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述有效載荷數據處理子系統包含路由單元，將從第一有效載荷模塊接收到的第一載荷數據、和/或從數據總線接收到的第二載荷數據中分離出圖像數據和程序數據，將圖像數據輸出至壓縮單元，將程序數據輸出至數據處理單元；所述路由單元根據從控制總線上接收到的數據處理指令及CCSDS協議，從存儲單元讀取與處理指令對應的數據並打包，並從存儲單元中查找與數據處理指令攜帶的地址對應的 CCSDS地址，將CCSDS地址及CCSDS標識符添加至CCSDS數據包頭中，生成CCSDS數據包，將攜帶第一載荷數據的CCSDS數據包發送至有效載荷數據傳輸子系統，將攜帶第二載荷數據的CCSDS數據包發送至數據總線；壓縮單元，用以對接收到的圖像數據進行壓縮，將壓縮後的數據輸出至存儲單元保存；數據處理單元，用以對接收到的程序數據進行壓縮，將壓縮後的數據輸出至存儲單元保存；存儲單元，用以保存壓縮後的圖像數據、壓縮後的程序數據和CCSDS地址映射表；所述 CCSDS地址映射表中的地址為接收載荷數據的設備地址，所述CCSDS地址映射表中的CCSDS 地址為衛星內部、衛星和衛星之間、及衛星和地面間採用的通信鏈路的地址；第一故障檢測模塊，根據來自數據總線的故障檢測消息，對壓縮單元、數據處理單元、 存儲單元和路由單元進行故障檢測，通過數據總線反饋第一故障檢測結果至高性能運算模塊；所述第一故障檢測模塊根據來自數據總線的故障修復消息，對壓縮單元、數據處理單元、存儲單元和路由單元中發生故障的設備進行故障修復，將未修復的故障及故障單元的設備地址作為第二故障檢測結果，通過數據總線輸出至高性能運算模塊。
7.根據權利要求1、2、3或4所述的系統，其特徵在於，所述有效載荷數據傳輸子系統包含雷射通信終端，根據控制總線上接收的模式切換指令，將從有效載荷數據處理子系統上接收到的CCSDS數據包下行輸出至地面；S/L波段數傳終端，根據控制總線上接收的模式切換指令，將從數據總線206上接收到的CCSDS數據包下行輸出至地面；X波段數傳終端，根據控制總線上接收的模式切換指令，將從數據總線上接收到的 CCSDS數據包下行輸出至地面；Ka波段中繼星通信終端，根據控制總線上接收的模式切換指令，將從有效載荷數據處理子系統中接收到的CCSDS數據包下行輸出至地面或中繼衛星；Ka波段對地數傳終端，根據控制總線上接收的模式切換指令，將從有效載荷數據處理子系統中接收到的CCSDS數據包下行輸出至地面或中繼衛星。
8.一種面向衛星的電子控制方法，其特徵在於，該方法包括A、主控計算機通過控制總線，控制第一有效載荷模塊輸出第一載荷數據至有效載荷數據處理子系統，控制多個第二有效載荷模塊輸出第二載荷數據至數據總線；B、主控計算機通過控制總線，控制有效載荷數據處理子系統對第一載荷數據和/或第二載荷數據進行打包，並將生成的CCSDS數據包發送至數據總線或有效載荷數據傳輸子系統；C、主控計算機通過控制總線，控制有效載荷數據傳輸子系統將從數據總線和/或有效載荷數據處理子系統接收到的CCSDS數據包，下行發送至地面或中繼星。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述步驟A之前進一步包括A』、主控計算機根據應答機轉發的開啟或關閉指令，控制姿軌控模塊、熱控模塊和推進模塊的開啟或關閉，通過控制總線和數據總線，控制有效載荷數據傳輸子系統、有效載荷數據處理子系統、第一有效載荷模塊、多個第二有效載荷模塊和高性能運算模塊開啟或關閉。
10.根據權利要求8或9所述的方法，其特徵在於，所述步驟C之後進一步包括D、主控計算機根據應答機發送的故障檢測指令，對姿軌控模塊、熱控模塊和推進模塊進行故障檢測，通過與控制總線連接的高性能運算模塊，對有效載荷數據傳輸子系統、有效載荷數據處理子系統、第一有效載荷模塊和多個第二有效載荷模塊進行故障檢測，並通過應答機下傳第一故障檢測結果至地面；所述第一故障檢測結果是未修復設備時發生故障的設備及其地址。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述步驟D之後進一步包括E、主控計算機根據應答機發送的故障修復指令，通過其自身和/或與控制總線連接的高性能運算模塊，對發生故障的設備進行故障修復，並通過應答機下傳第二故障檢測結果至地面；所述第二故障檢測結果是對發生故障的設備修復後仍存在故障的設備及其設備地址。
12.根據權利要求8或9所述的方法，其特徵在於，所述步驟A包括Al、有效載荷數據傳輸子系統將通過無線射頻接收到的來自地面或中繼衛星的控制指令，輸出至控制總線；A2、主控計算機從控制總線上讀取控制指令，解析控制指令獲得設備地址及工作指令；A3、主控計算機按照設備地址，通過控制總線輸出工作指令至第一有效載荷模塊、和/ 或高性能運算模塊；A4、高性能運算模塊將控制總線上的工作指令轉發至多個第二有效載荷模塊；A5、第一有效載荷模塊根據工作指令，採集獲得第一載荷數據並輸出至有效載荷數據處理子系統，和/或第二有效載荷模塊根據工作指令，採集獲得第二載荷數據並輸出至數據總線。
13.根據權利要求8或9所述的方法，其特徵在於，所述步驟B包括Bi、主控計算機根據設備地址及控制指令，生成數據處理指令；B2、主控計算機通過控制總線，輸出數據處理指令至有效載荷數據處理子系統；B3、有效載荷數據處理子系統根據數據處理指令，將數據處理指令中攜帶的地址映射成CCSDS地址，對從第一有效載荷模塊接收到的第一載荷數據、和/或從數據總線接收到的第二載荷數據進行壓縮和打包，將CCSDS地址加入包頭生成CCSDS數據包；B4、主控計算機將包含第一載荷數據的CCSDS數據包發送至有效載荷數據傳輸子系統，和/或將包含第二載荷數據的CCSDS數據包發送至數據總線。
14.根據權利要求8或9所述的方法，其特徵在於，所述步驟C包括Cl、主控計算機根據設備地址及控制指令，生成模式切換指令，通過控制總線輸出模式切換指令至有效載荷數據傳輸子系統；C2、有效載荷數據傳輸子系統根據模式切換指令選擇波段，將從數據總線和/或有效載荷數據處理子系統接收到的CCSDS數據包，下行發送至地面或中繼衛星。
全文摘要
本發明提供了一種面向衛星的電子控制系統及方法，有效載荷數據傳輸子系統根據模式切換指令及載荷數據攜帶的CCSDS地址，將接收到的第二載荷數據和/或第一載荷數據，通過選擇的無線射頻的波段發送至地面；有效載荷數據處理子系統根據數據處理指令，按照CCSDS協議，對從數據總線上接收到的第二載荷數據和/或第一載荷數據進行壓縮和打包處理，發送包含第二載荷數據的CCSDS數據包至數據總線，和/或發送包含第一載荷數據的CCSDS數據包至有效載荷數據傳輸子系統；主控計算機生成數據處理指令及模式切換指令，通過控制總線輸出數據處理指令及模式切換指令。採用本發明的方法及系統，能夠提高工作效率和可擴展性。
文檔編號G05D1/08GK102393746SQ20111028102
公開日2012年3月28日 申請日期2011年9月20日 優先權日2011年9月20日
發明者吳長青, 張善從, 李軼, 王主鳳 申請人:北京國科環宇空間技術有限公司