一种基于星载导航卫星接收系统单粒子事件的处理方法与流程

本发明属于航天测控领域，尤其涉及一种基于星载导航卫星接收系统单粒子事件的处理方法。

背景技术

卫星或航天器在空间中运行时，会受到带电粒子辐射的影响，高能带电粒子与卫星上的电子元器件及功能材料发生相互作用，产生各种辐射效应，从而对卫星产生不良影响。对于地球轨道卫星，主要遭遇的空间粒子辐射源包括地球辐射带、太阳宇宙线、银河宇宙线等。卫星轨道上空间带电粒子的成分、能量和通量具有多样性，而卫星所用电子元器件和结构机构在原材料、工艺、功能性能、工作状态等多方面也具有多样性，因此复杂的空间带电粒子与复杂的电子元器件及结构机构发生复杂多样的相互作用，形成了各种各样的辐射效应。比较常见的辐射效应包括单粒子效应、电离总剂量效应、位移效应、表面充放电效应、内带电效应。其中单粒子效应是单个高能粒子穿过电子器件时造成器件状态非正常变化的一种辐射效应，发生后可能会直接或间接的使航天器管理或控制系统发生错误甚至故障，严重时可能会使设备或整星损伤失效。根据效应机理的不同，可分为单粒子翻转(seu)、单粒子锁定(sel)、单粒子烧毁(seb)、单粒子栅击穿(segr)等多种类型。

导航卫星是由美国组建的全球定位系统，可以向有适当接收设备的全球范围内的用户提供精确、连续的三维位置和速度信息，同时也向用户提供全球广播世界协调时(utc)。为了获取更准确位置、速度和时间的信息，卫星(一般是中低轨卫星)常常会装载导航卫星接收系统，用以接收导航卫星卫星的信号，并通过信号处理解算出所需要的信息。但是若导航卫星接收系统发生单粒子事件，则或者影响其正常工作无法为整星提供位置、速度和时间信息，或者可能使设备发生损坏无法工作。

目前对星载导航卫星接收系统受单粒子事件影响的监视和处置，主要是通过对经地面测控站接收的导航卫星接收系统的遥测进行统计分析，判读是否出现长时间的非定位状态或是否有异常的遥测信息，例如遥测数值不更新，或位置、时间等遥测的数值超出正常范围等现象，来推断是否可能受到单粒子事件的影响，然后再通过上注指令来对异常现象进行处置。这种方法由于受限于有限的遥测数据，以及地面分析处理后再找合适的测控弧段上行注入指令操作，不能及时快速的使导航卫星接收系统恢复到正常状态，影响卫星的正常使用，甚至对导航卫星接收系统或整星造成损伤。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种基于星载导航卫星接收系统单粒子事件的处理方法，能够使星载导航卫星接收系统在最快时间内恢复到正常状态，时效性和安全性更好，对地面支持的依赖程度更低。

一种基于星载导航卫星接收系统单粒子事件的处理方法，包括以下步骤：

响应于第一设定响应事件，导航卫星接收系统触发中断继而进行复位，并将第一设定响应事件上报星务计算机；其中，所述第一设定响应事件包括导航卫星接收系统中一半以上的多备份数据不一致、导航卫星信号解算程序运行时间超过设定时长或连接于导航卫星接收系统供电通路上的限流电阻的电压值超过设定阈值；其中，多备份数据至少为三份；

响应于第二设定响应事件，星务计算机控制导航卫星接收系统断电再加电；其中，所述第二设定响应事件包括导航卫星接收系统与星务计算机的总线通信断开超过设定时长、导航卫星接收系统的遥测数据在设定时长中均未发生变化、导航卫星接收系统处于非定位状态的时间超过设定时长或者星务计算机在设定时长内接收到同一个第一设定响应事件的数量超过设定次数。

进一步地，所述导航卫星接收系统供电通路上设置有电压测量电路模块；

所述电压测量电路模块测量所述限流电阻的电压值后，导航卫星接收系统判断所述电压值是否超过所述设定阈值。

进一步地，所述导航卫星接收系统中设置有看门狗程序模块；

所述看门狗程序模块用于检测导航卫星信号解算程序运行时间是否超过设定时长。

进一步地，所述导航卫星接收系统中设置有多备份数据判断程序模块；

所述多备份数据判断程序模块用于判断各个多备份数据的数值差异是否在设定范围内。

进一步地，所述星务计算机还用于监测自身与导航卫星接收系统的总线通信，并判断星务计算机与导航卫星接收系统的总线通信断开是否超过设定时长；

接收导航卫星接收系统的遥测数据，判断所述遥测数据在设定时长中是否发生变化；

监测导航卫星接收系统的定位状态与非定位状态，判断导航卫星接收系统处于非定位状态的时间是否超过设定时长；

统计设定时长内接收到的各个第一设定响应事件的数量。

进一步地，所述多备份数据包括导航星历或天文常数。

进一步地，所述导航卫星接收系统为gps接收系统、北斗导航系统、glonass卫星导航系统或galileo卫星导航系统。

有益效果：

本发明提供一种基于星载导航卫星接收系统单粒子事件的处理方法，通过持续对多备份数据、导航卫星信号解算程序运行状态、限流电阻电压状态进行监视，来实现星载导航卫星接收系统自主对受单粒子事件影响后的状态恢复；同时，本发明还通过对导航卫星接收系统上报的第一设定响应事件、与导航卫星接收系统通信状态、导航卫星接收系统遥测数据状态、导航卫星接收系统非定位状态进行监视，从而对整个导航卫星接收系统的断电/加电进行控制，来实现导航卫星接收系统对受单粒子事件影响后的状态恢复；

由此可见，本发明的处理方法从导航卫星接收系统本身和星务计算机两个层级，自主的对单粒子事件影响进行统计分析，形成软件复位与整个系统断电/加电的两级复位，保证导航卫星接收系统的正常和安全运行，使导航卫星接收系统在最快时间内恢复到正常状态，时效性和安全性更好，而且不必依赖地面监视和处置，对地面支持的依赖程度更低。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于星载gps接收系统单粒子事件的处理方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一

从单粒子事件对导航卫星接收系统自身造成的影响来看，主要结果可能会使导航卫星接收系统中的重要数据打翻、把导航卫星信号解算程序打乱致使死锁、致使某些晶体管短路造成电流增大进而损坏；从单粒子事件对导航卫星接收系统造成的对外输出接口影响来看，主要结果可能会使导航卫星接收系统与星务计算机的通信异常、导航卫星接收系统传递给星务计算机的遥测数据不变化、导航卫星接收系统长时间处于非定位状态、导航卫星接收系统频繁的上报同一个错误等。为此，本实施例提供一种基于星载导航卫星接收系统单粒子事件的处理方法，包括以下步骤：

响应于第一设定响应事件，导航卫星接收系统触发中断从而进行复位，并将第一设定响应事件上报星务计算机；其中，所述第一设定响应事件包括导航卫星接收系统中一半以上的多备份数据不一致、导航卫星信号解算程序运行时间超过设定时长或连接于导航卫星接收系统供电通路上的限流电阻的电压值超过设定阈值；其中，多备份数据至少为三份。

需要说明的是，所述多备份数据包括导航星历或天文常数。

可选地，所述导航卫星接收系统为gps接收系统、北斗导航系统、俄罗斯的glonass卫星导航系统或欧盟的galileo卫星导航系统。

可选的，所述导航卫星接收系统供电通路上设置有电压测量电路模块、看门狗程序模块以及多备份数据判断程序模块。其中，电压测量电路模块测量所述限流电阻的电压值后，导航卫星接收系统判断所述电压值是否超过设定阈值。看门狗程序模块用于检测导航卫星信号解算程序运行时间是否超过设定时长。多备份数据判断程序模块用于判断各个多备份数据的数值差异是否在设定范围内。

需要说明的是，导航卫星信号解算程序为导航卫星接收系统中，将接受到的导航卫星信号进行解算，从而获取卫星或航天器的定位信息、定轨信息、时间信息以及其它原始测量信息等的算法程序。

需要说明的是，导航卫星接收系统上的多备份数据的存储形式通常为二进制、十六进制或者三十二进制等，不管采用何种存储方式，多备份数据均对应一个数值，则判断两个多备份数据是否一致时，可以通过两个多备份数据的数值差异是否在设定范围来确定。

例如，导航卫星接收系统中ram或rom等内存的多备份数据为三份时，若发现其中两份一致，即两份的数值差异在设定范围内，另一份不一致，则将不一致的那份多备份数据改写为与另外两份多备份数据的数值一致，然后将对应的第一设定响应事件上报星务计算机，其中导航卫星接收系统经总线将第一设定响应事件传递给星务计算机；若发现三份数据均不一致，则将对应的第一设定响应事件上星务计算机，并对导航卫星接收系统的程序自主复位。需要说明的是，可以为一份多备份数据不一致和三份多备份数据均不一致的第一设定响应事件赋予不同的错误状态标识，如一份多备份数据不一致的错误状态标识为05h，三份多备份数据均不一致的错误状态标识为a0h，则星务计算机通过识别错误状态标识，除了知道该第一设定响应事件为导航卫星接收系统中一半以上的多备份数据不一致外，还能够知道导航卫星接收系统中具体是有多少份多备份数据不一致。

响应于第二设定响应事件，星务计算机控制导航卫星接收系统断电再加电；其中，所述第二设定响应事件包括导航卫星接收系统与星务计算机的总线通信断开超过设定时长、导航卫星接收系统的遥测数据在设定时长中均未发生变化、导航卫星接收系统处于非定位状态的时间超过设定时长或者星务计算机在设定时长内接收到同一个第一设定响应事件的数量超过设定次数。

进一步地，星务计算机除了控制导航卫星接收系统断电再加电，还用于监测自身与导航卫星接收系统的总线通信，并判断星务计算机与导航卫星接收系统的总线通信断开是否超过设定时长；接收导航卫星接收系统的遥测数据，判断所述遥测数据在设定时长中是否发生变化；监测导航卫星接收系统的定位状态与非定位状态，判断导航卫星接收系统处于非定位状态的时间是否超过设定时长；统计设定时长内接收到的各个第一设定响应事件的数量。也就是说，由星务计算机判断是否发生第二设定响应事件。

由此可见，本发明在导航卫星接收系统的供电通路上增加了电压测量电路模块，从硬件上实现对限流电阻的电压值的监测，使导航卫星接收系统具备能够定量去监测和分析限流电阻的电压值；由于导航卫星接收系统在轨时只要出现数据错误，最大的可能就是受单粒子事件的影响，则本发明增加看门狗程序模块和多备份数据判断程序模块，从软件上实现对多备份数据和导航卫星信号解算程序的监测；同时，本发明将发生的第一设定响应事件上报给星务计算机，星务计算机再对第一设定响应事件的类型进行归类与次数的统计，则本发明的星务计算机具备统计和量化分析第一设定响应事件的能力，以此实现导航卫星接收系统对受单粒子事件影响后的状态恢复。

实施例二

下面基于以上实施例并结合附图，以gps接收系统为例，对本发明的一种基于星载导航卫星接收系统单粒子事件的处理方法进行详细说明。

参见图1，该图为本申请提供的一种基于星载gps接收系统单粒子事件的处理方法的流程图。一种基于星载gps接收系统单粒子事件的处理方法，具体如下：

s1：星务计算机加电正常工作；

s2：gps接收系统加电；

s3：gps接收系统初始化后正常工作；

s4：gps接收系统对重要数据，例如初始化程序重要参数、导航星历、天文常数等，进行三备份操作；

s5：监视多备份数据是否一致，若有一份和其它两份不一致，则用另外两份的数据将不一致数据修改恢复，并同时上报该类错误信息；若三份数据均不一致，则将gps接收系统进行复位，并同时上报该类错误信息，即gps接收系统中一半以上的多备份数据不一致的第一设定响应事件；若三备份数据一致，则继续；

s6：看门狗程序模块监视gps信号解算程序的状态，若gps信号解算程序出现超时运行，即在正常程序运行周期内未清狗的情况下，则将gps接收系统进行复位，并同时上报该类错误信息，即gps信号解算程序运行超过设定时长的第一设定响应事件；若未出现超时运行，则继续；

s7：获取限流电阻的电压状态，若电压超过设定阈值，则将gps接收系统进行复位，并同时上报该类错误信息，即限流电阻的电压值超过设定阈值的第一设定响应事件；若正常，则继续；

s8：gps接收系统正常工作，持续对多备份数据、看门狗状态、限流电阻电压状态进行监视和处置；

s9：星务计算机持续接收gps接收系统上报的错误信息，并分类管理，若发现短时间内(例如3分钟)出现大于1次的同类错误信息，即发生在设定时长内接收到同一个第一设定响应事件的数量超过设定次数的第二设定响应事件，则由星务计算机控制gps接收系统断电，正常断电后再将gps接收系统加电，然后gps接收系统恢复正常状态；若正常，则继续；

s10：星务计算机持续监视与gps接收系统的通信状态，若发现持续通信状态异常，例如断开超过3分钟，即发生gps接收系统与星务计算机的总线通信断开超过设定时长的第二设定响应事件，则由星务计算机控制gps接收系统断电，正常断电后再将gps接收系统加电，然后gps接收系统恢复正常状态；若正常，则继续；

s11：星务计算机持续监视gps接收系统遥测状态，若发现持续遥测状态异常，例如3分钟内tic遥测数据均不发生变化，即出现gps接收系统的遥测数据在设定时长中均未发生变化的第二设定响应事件，则由星务计算机控制gps接收系统断电，正常断电后再将gps接收系统加电，然后gps接收系统恢复正常状态；若正常，则继续；

s12：星务计算机持续监视gps接收系统定位状态，若发现持续出现非定位情况，例如60分钟内gps接收系统均未进行定位，即发生gps接收系统处于非定位状态超过设定时长的第二设定响应事件，则由星务计算机控制gps接收系统断电，正常断电后再将gps接收系统加电，然后gps接收系统恢复正常状态；若正常，则继续；

s13：星务计算机正常工作，持续对gps接收系统上报的错误信息、与gps接收系统通信状态、gps接收系统的遥测数据状态、gps接收系统定位状态、非定位状态进行监视和处置。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当然可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。