一种星载SAR在轨工作程控系统及方法与流程

一种星载sar在轨工作程控系统及方法
技术领域
1.本发明属于合成孔径雷达技术领域，涉及一种星载sar在轨工作程控设计方法。


背景技术：

2.为了保证sar在轨工作的自主性、可靠性以及任务发布并执行的灵活性，需要设计一种在轨工作的程控方法。
3.目前，对于星载sar在轨工作的程控，有一些基本的设计方法，这些方法只基于单个程控流程的从一而终，定时启动某个程控任务后，定时结束该任务，无法通过遥测回采机制自主判断该程控任务是否需要中断，并且在故障或者任务需求变更后无法完成程控流程表的在轨修改或者只能在程控空闲状态中完成修改。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种星载sar在轨工作程控系统，包括星地通信模块、在轨校时模块、程控模块、程控流修改模块以及保护模块,其中：所述星地通信模块通过综合电子管理单元遥控遥测接口实现与星地应答机进行通信；所述在轨校时模块为在星地通信模块的基础上，建立了在轨校时模块，为在轨工作程控执行提供精确的时间信息；所述程控模块用于在轨工作的程控流程执行，提高sar在轨工作程控的可靠性、准确性；所述程控流修改模块用于在轨工作过程中发生故障或者任务变动需要对程控流行进行修改，通过注数指令实现程控流程表的修改；所述保护模块中建立程控保护及容错机制，用于保证在轨工作程控的顺利执行，以及快速响应指令误码。
5.优选地，所述星地通信模块包括高速应答机、综合电子管理单元，其中：所述高速应答机用于建立星地通信通道，保证地面指令快速准确的上传到星上；所述综合电子管理单元用于判读、解析、转发高速应答机传输的工作指令；所述工作指令由监控定时器通过星地通信模块接收；所述监控定时器集成在轨校时模块、程控模块、程控流修改模块以及保护模块，统一星地时间，保证分系统收、发工作的同步，同时执行地面对分系统的遥控和遥测任务，控制分系统的加电和成像时序，检测分系统工作状态。
6.优选地，所述在轨校时模块包括：通过总线地址获取综合电子管理单元广播的gps时间和gnss时间，sar根据设计进行校时，用于保证在轨工作时和卫星平台统一时间及精确地执行程控任务。
7.优选地，所述程控模块的在轨工作的程控流程包括测试程控流程、成像程控流程、待机程控流程、紧急关机程控流程四大在轨工作程控流程。
8.优选地，所述程控模块包括：将设计的成像程控流程表、测试程控流程表、待机流程表和紧急关机程控流程表存入eeprom，在轨工作时根据地面上注的指令，解析指令、并选择执行相应的程控流程表并启动在轨程控任务。
9.优选地，所述程控流修改模块包括：卫星在轨运行过程中由于发生故障、能源危机或者任务需求更改，需要对原有的程控流程进行修改时，通过地面上注指令打开程控流程
修改flag，使该程控流程表失去有效保护性，接收地面上注的注数修改程控流程表。
10.优选地，所述保护模块包括：在轨工作时，一旦程控任务开始执行，除能源危机指令和待机指令能打断当前程控任务外，其它指令均不予受理，同时在程控执行过程中可根据回采遥测判断sar系统各单机的运行情况，自主判断是否继续执行当前程控流程。
11.本发明还提供了一种应用于星载sar在轨工作程控系统的方法，所述方法包括应用所述系统执行主任务、背景任务、异常处理任务以及总线中断处理任务；其中，所述主任务的执行方法包括：
12.(1)时统信号的实现与维护：使用系统广播的时间对硬件定时器进行授时，实现对时统信号的校时；同时根据gps秒脉冲信号对计时器进行锁定，读取gps秒脉冲锁定时统信号，并将时统信号打包发送给其它单机；
13.(2)载荷程序控制：通过注数对预置的工作表指令参数进行修改，然后选择某一工作表进行称控运行，运行过程中根据指令执行判断决定是否执行当前工作表，待当前工作表执行完成后，退出工作表运行模式，恢复到空闲模式；
14.(3)遥控注数处理：对通过总线接收的遥控注数数据包进行解包，如解包错误，则记录相关错误信息，并丢弃该数据包，如数据包解包正确，如果为本机执行的注数，则实现数据注入，同时记录相关遥测信息；数据包解包正确，如果为需要转发的遥控数据，则直接转发给相应的单机；
15.(4)在轨可编程：通过遥控中断，接收地面注入的补丁包，对软件补丁包进行校验，并将校验结果和接收到的软件补丁包下传地面，地面判读遥测无误，则遥控修改编程区地址表，运行软件补丁程序，对编程区地址表进行维护；
16.所述背景任务的执行方法包括：对计算机资源配置初始化、计算机输入输出硬件接口初始化操作完成上电复位复位；同时内存sram存储器初始化；对看门狗复位及故障中断信号引起的复位，进行以下操作：
17.记录故障复位信息；
18.对计算机资源配置初始化、1553b总线及串行通讯控制芯片进行初始化；
19.重要变量三取二处理，清除部分临时变量，设置“反弹墙”。
20.优选地，所述异常处理任务的执行方法包括：
21.监控定时器通过对堆栈及内存进行非法访问时将流程引入异常处理，计录相关故障标志；定义相应的故障中断服务程序，当程序运行过程中，发生相应的异常时，将流程引至异常处理程序中，处于可控状态；通过硬件看门狗定时器的设定，将陷入死循环的流程激活；正常流程中则定期对wdt清零，已防止定时器溢出，引发看门狗动作；这三种措施监测非法访问、流程错乱、死循环三种故障；监测到故障之后进行故障错误进行隔离，尽早的防止故障扩散，对系统造成更大危害；记录故障信息，定位故障；恢复故障现场等处理方法处理故障，保证正常运行；
22.所述总线中断处理任务的执行方法包括：
23.分别对应主任务中断、1553b总线通讯及同步信号中断，对其进行相应的绑定设置及屏蔽字设置，以保证这些外部中断能正常响应。
24.优选地，所述主任务的执行方法中的步骤2的程控模块的工作流程包括：
25.星载sar在轨工作时，根据广播时间进行系统校时，校时完成之后等待地面指令，
接收到地面指令，判断地面指令本身是否有错，如有错误，直接进入容错机制，进入待机流程，然后解析指令的任务是修改流程表还是执行程控流程，如是修改程控流程表，则打开流程表修改开关，然后根据地面上注的程控流程表修改对应的程控流程表：如是执行程控，则选择读取epprom中对应的程控流程表，根据指令中设置的启动时间启动程控流程，将该表中的指令代码自己执行或者转发给其它单机，同时，在执行该程控的过程中需不断采集sar系统相关遥测信息，判断sar系统运行是否正常，自主决定是继续执行当前程控流程还是进入待机流程和紧急关机流程。
26.本发明与现有技术相比，优点在于：
27.(1)采用本发明方法，根据星上授时，在完成校时之后可以灵活的根据地面指令选则何时开始程控任务，当前程控任务执行多长时间，并且在程控任务进行中为防止误指令中断当前程控任务，在有效保护程控的同时，还能响应高级别的地面指令，本发明方法，可以让星载sar在轨工作程控既有被“领导”权，也有自主权，因为除了响应高级别的地面指令外，本发明方法还可以根据遥测回采判断sar系统运行状态，自主决定是否中断当前程控流程。
28.(2)本发明方法将星载sar在轨工作程控分为可变和不可变两部分，既能有效隔离程控流程修改带来问题，还能将程控流程的修改加入程控流程表中，这样，星载sar在轨工作中，即使在对程控流程表进行修改，星载sar在轨工作程控也会继续执行，仅仅隔离有问题的环节，并且星上程序本身又支持对自身的修改。该方法改变了星载sar在轨工作程控的更新模式，加强了星载sar在轨工作的维修能力、提高了星载sar在轨工作的可控性和安全性，同时提高了星载sar系统的灵活性。
附图说明
29.图1为本发明的星地通信网络拓扑图；
30.图2为本发明的星载sar在轨工作程控方法流程图；
31.图3为本发明的星载sar在轨工作程控执行流程图。
具体实施方式
32.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
33.本发明提供了一种星载sar在轨工作程控系统，包括星地通信模块、在轨校时模块、程控模块、程控流修改模块以及保护模块,其中：
34.所述星地通信模块通过综合电子管理单元遥控遥测接口实现与星地应答机进行通信；
35.所述在轨校时模块为在星地通信模块的基础上，建立了在轨校时模块，为在轨工作程控执行提供精确的时间信息；
36.所述程控模块用于在轨工作的程控流程执行，提高sar在轨工作程控的可靠性、准确性；
37.所述程控流修改模块用于在轨工作过程中发生故障或者任务变动需要对程控流行进行修改，通过注数指令实现程控流程表的修改；
38.所述保护模块中建立程控保护及容错机制，用于保证在轨工作程控的顺利执行，以及快速响应指令误码。
39.根据本发明的一个实施例，所述星地通信模块包括高速应答机、综合电子管理单元，其中：所述高速应答机用于建立星地通信通道，保证地面指令快速准确的上传到星上；所述综合电子管理单元用于判读、解析、转发高速应答机传输的工作指令；所述工作指令由监控定时器通过星地通信模块接收；所述监控定时器集成在轨校时模块、程控模块、程控流修改模块以及保护模块，统一星地时间，保证分系统收、发工作的同步，同时执行地面对分系统的遥控和遥测任务，控制分系统的加电和成像时序，检测分系统工作状态。
40.根据本发明的一个实施例，所述在轨校时模块包括：通过总线地址获取综合电子管理单元广播的gps时间和gnss时间，sar根据设计进行校时，用于保证在轨工作时和卫星平台统一时间及精确地执行程控任务。
41.根据本发明的一个实施例，所述程控模块的在轨工作的程控流程包括测试程控流程、成像程控流程、待机程控流程、紧急关机程控流程四大在轨工作程控流程。
42.根据本发明的一个实施例，所述程控模块包括：将设计的成像程控流程表、测试程控流程表、待机流程表和紧急关机程控流程表存入eeprom，在轨工作时根据地面上注的指令，解析指令、并选择执行相应的程控流程表并启动在轨程控任务。
43.根据本发明的一个实施例，所述程控流修改模块包括：卫星在轨运行过程中由于发生故障、能源危机或者任务需求更改，需要对原有的程控流程进行修改时，通过地面上注指令打开程控流程修改flag，使该程控流程表失去有效保护性，接收地面上注的注数修改程控流程表。
44.根据本发明的一个实施例，所述保护模块包括：在轨工作时，一旦程控任务开始执行，除能源危机指令和待机指令能打断当前程控任务外，其它指令均不予受理，同时在程控执行过程中可根据回采遥测判断sar系统各单机的运行情况，自主判断是否继续执行当前程控流程。
45.本发明还提供了一种应用于星载sar在轨工作程控系统的方法，其特征在于，所述方法包括应用所述系统执行主任务、背景任务、异常处理任务以及总线中断处理任务；其中，所述主任务的执行方法包括：
46.(1)时统信号的实现与维护：
47.系统软件使用系统广播的时间对硬件定时器进行授时，实现对时统信号的校时。同时硬件根据gps秒脉冲信号对计时器进行锁定，软件每0.5秒读取gps秒脉冲锁定时统信号，并每2秒钟将时统信号打包发送给其它单机；
48.(2)载荷程序控制：
49.系统软件软件通过注数可以对预置的工作表指令参数进行修改，然后选择某一工作表进行称控运行，运行过程中可根据指令执行判断决定是否执行当前工作表(在运行过程中如想强制退，可通过接收注数指令退出)，待当前工作表执行完成后，软件退出工作表运行模式，恢复到空闲模式。
50.(3)遥控注数处理：
51.对通过总线接收的遥控注数数据包进行解包，如解包错误，则记录相关错误信息，并丢弃该数据包，如数据包解包正确，如果为本机执行的注数，则实现数据注入，同时记录
相关遥测信息；数据包解包正确，如果为需要转发的遥控数据，则直接转发给相应的单机。
52.(4)在轨可编程：
53.在轨编程软件通过遥控中断，接收地面注入的软件补丁包，地面命令软件对软件补丁包进行校验，并将校验结果和接收到的软件补丁包下传地面，地面判读遥测无误，则遥控修改编程区地址表，命令星上软件运行软件补丁程序，软件定期对编程区地址表进行维护。
54.所述背景任务的执行方法包括：监控定时器软件对计算机tsc695f资源配置初始化、对计算机tsc695f资源配置初始化、计算机输入输出硬件接口初始化(包括串行fifo寄存器、1553b总线接口芯片)等操作完成上电复位复位。同时内存sram存储器初始化及相关软件标志初始化，对看门狗复位及故障中断信号引起的软件复位，软件进行以下操作：
55.记录故障复位信息；
56.对计算机tsc695f资源配置初始化、1553b总线及串行通讯控制芯片进行初始化；重要变量三取二处理，清除部分临时变量，设置“反弹墙。
57.根据本发明的一个实施例，所述异常处理任务的执行方法包括：
58.监控定时器软件通过
①
对堆栈及内存进行非法访问时将流程引入异常处理，软件需记录相关故障标志；
②
定义相应的故障(陷阱)等中断服务程序，当程序运行过程中，发生相应的异常时，将流程引至异常处理程序中，使软件处于可控状态；
③
通过硬件看门狗定时器的设定，将陷入死循环的流程激活；正常流程中则定期对wdt清零，已防止定时器溢出，引发看门狗动作。这三种措施监测
①
非法访问；
②
流程错乱；
③
死循环三种故障。监测到故障之后进行故障错误进行隔离，尽早的防止故障扩散，对系统造成更大危害；记录故障信息，定位故障；恢复故障现场等处理方法处理故障，保证软件正常运行。
59.所述总线中断处理任务的执行方法包括：处理器软件选用tsc695f定义的外部中断2、3、0分别对应主任务中断、1553b总线通讯及同步信号中断，需要对其进行相应的绑定设置及屏蔽字设置，以保证这些外部中断能正常响应。处理器软件应当从保证软件正常运行出发，选择适当的陷阱及故障进行初始化，做为故障监测及故障隔离使用。对于其它未用的中断及陷阱，软件也应当对其进行初始化管理。
60.表1中断分配表
[0061][0062]
根据本发明的一个实施例，所述主任务的执行方法中的步骤2的程控模块的工作流程包括：
[0063]
星载sar在轨工作时，根据广播时间进行系统校时，校时完成之后等待地面指令，
接收到地面指令，判断地面指令本身是否有错，如有错误，直接进入容错机制，进入待机流程，然后解析指令的任务是修改流程表还是执行程控流程，如是修改程控流程表，则打开流程表修改开关，然后根据地面上注的程控流程表修改对应的程控流程表：如是执行程控，则选择读取epprom中对应的程控流程表，根据指令中设置的启动时间启动程控流程，将该表中的指令代码自己执行或者转发给其它单机，同时，在执行该程控的过程中需不断采集sar系统相关遥测信息，判断sar系统运行是否正常，自主决定是继续执行当前程控流程还是进入待机流程和紧急关机流程。
[0064]
下面参照图1-3具体说明本发明的实施方案。
[0065]
如图1所示,为本发明方法所适用的卫星平台通信网络拓扑图,其中星上网络为宇航级设备常采用的星上网络1553b总线。星务主机、星载下位机的硬件采用宇航设备常采用的cpu,如80x86、arm7、x51系列等。图中的信息流程为:星地应答机接收到地面的上注指令后,传输给综合电子管理单元,综合电子管理单元通过判断是否是发送给自己的指令，如果是则自己执行，否则将该指令通过固定的通信格式转发给监控定时器。
[0066]
(1)遥控上行数据格式
[0067]
在上行数据中大于64字节的消息在总线传输时，填充为整64字节的数据发送，数据长度为194～256字节，总线上注数包统一补齐到256字节传输。
[0068]
表2
[0069][0070]
包主导头：
[0071]
■
版本号：3bit，位0-2，固定为000，表示源包格式；
[0072]
■
类型指示：1bit，位3，固定为1，表示遥控包，与遥测包相区分；
[0073]
■
副导头标志：1bit，位4，0：表示无副导头，1：表示有副导头，这里省略副导头，故只为“0”；
[0074]
■
应用过程识别符：11bit，位5-15，用于区分遥控包注入数管计算机或其它rt的去向标识及数据类型标识。
[0075]
■
序列标志(2bit)：00－中间包，01－首包，10－末包，11－独立包，固定为11b；
[0076]
■
包名称或包序列计数(14bit)：表示遥控包在相关包序列中的序号。
[0077]
■
包长：遥控包的长度，等于从功能识别的第一位到包的最后一位之间的字节数减1。
[0078]
■
数据域：
[0079]
■
功能识别：16bit用于遥控应用数据的分类。
[0080]
表3功能识别码
[0081]
功能识别码应用数据0000h间接指令(子地址5)0003h模式控制命令(子地址1)0004h总线短注数(子地址21)0005h～0009h保留000ah～ffffh数据注入(子地址2)
[0082]
注：小于64字节的rt总线指令和注数用功能识别0x0004，193～256字节的rt注数包用功能识别0x000a～0xffff。
[0083]
■
遥控应用数据：偶数个字节。
[0084]
■
和校验：对遥控数据域(含“功能识别”和“应用数据”)进行按字异或和校验。
[0085]
(2)遥测下行数据格式
[0086]
遥测类消息为单个包或多包拼接，其发送周期由rt通过服务请求来保证，bc保证0.5s内响应其请求。
[0087]
表4
[0088][0089][0090]
包主导头
[0091]
■
版本号：3bits，位0-2，固定为000，表示源包格式
[0092]
■
类型指示：1bit，位3，固定为0，表示遥测包，与遥控包相区分
[0093]
■
副导头标志：1bit，位4，有副导头为1，应用数据前2个字节表示副导头，无副导头为0。
[0094]
■
应用过程识别符(apid)：11bits，位5-15，用于识别航天器上产生源包的数据源。同一主信道中的各应用过程有不同的应用过程识别符。“全1”形式的应用过程识别符(即11111111111)用于表示“空闲包”。
[0095]
■
分组标志(2bits)：00－中间包，01－首包，10－末包，11－独立包；
[0096]
■
包序列计数，位18至位31，此域为一顺序计数器，对标有特有的应用过程识别符的应用过程所产生的每个包进行计数。此二进制计数应连续进行，其模为16384，空闲包不要求计数。
[0097]
■
包数据长度：数据域长度(字节数)－1；
[0098]
■
包副导头：可选；
[0099]
■
遥测应用数据：偶数个字节。
[0100]
■
包数据域：
[0101]
偶数字节。填充包的数据域内容为“aa”。
[0102]
如图2所示，为星载sar在轨工作程控方法流程图。
[0103]
如图3所示，为星载sar在轨工作程控运行流程图。星载sar在轨工作时，根据整星平台的授时进行校时，校时完成之后等待地面指令，接收到地面指令，判断地面指令本身是否有错，如有错误，直接进入容错机制，进入待机流程，然后解析指令的任务是修改流程表还是执行程控流程，如是修改程控流程表，则打开流程表修改开关，然后根据地面上注的程控流程表修改对应的程控流程表(成像程控流程、测试程控流程、待机流程、紧急关机流程)：如是执行程控，则读取epprom中对应的程控流程表，根据指令内容开始执行程控流程(成像程控流程、测试程控流程、待机流程、紧急关机流程只能执行一种，不能同时执行)，逐步读取该表中的指令代码自己响应或者转发给其它单机响应，同时，在执行该程控的过程中需不断采集sar系统相关遥测信息，判断sar系统运行是否正常，自主决定是继续执行当前程控流程还是进入待机流程和紧急关机流程。
[0104]
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。