专利名称：实现微小卫星数据发送功能冗余的系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种微小卫星通信系统，特别涉及一种实现微小卫星数据发送功能冗 余的系统及方法。
背景技术：
卫星属于复杂的系统工程，一般由能源、计算机、测控、通信、姿控、结构、温控等分 系统组成，有极高的可靠性要求，为了避免单机故障导致的单点失效风险，卫星上的各设备 一般都有硬件备份。由于研制周期短、集成度高、费用低、设计灵活等特点，自上世纪80年代以来，国 际上微小卫星的发展十分迅速，已有20多个国家和地区开展了微小卫星的研究和工程实 践(参见王晓海.微小卫星技术的发展现状及趋势.前沿技术2006. 0644-46)。我国在 微小卫星技术领域的研究起步较晚，航天发展“十一五”规划将“积极开展微小型卫星研制 及技术试验”作为一项重要的发展方向，自2000年1月清华大学首次成功发射“清华一号” 小卫星至今，我国已发射了多颗微小卫星。微小卫星由于具有质量轻、体积小、功耗低、研制周期短等诸多优点，日益 受到国际航天界的重视(参见林来兴.小卫星技术的发展和应用前景.中国航天 2006.1143-47)。虽然资源有限，微小卫星同样有极高的可靠性要求。如果照搬大卫星的做 法，配置硬件备份，虽能提高可靠性，但也大大增加了卫星的质量、体积、功耗，这可能是微 小卫星总体所不能承受的，因此微小卫星上某些设备没有配置硬件备份，甚至一些重要的 功能设备(如发射机等，这里的发射机机泛指将信号按一定频率发射出去的设备，可以分 为用来下发卫星状态信息的遥测发射机，用来下发图片信息的数传发射机，用来下发用户 各种业务数据的其它发射机等等)也不能配置硬件备份。此前，卫星(包括微小卫星)上 的发射机一般仅用来发送特定类型的数据，如遥测发射机仅用来发送遥测数据。这种情况 下，对于未配置发射机硬件备份的微小卫星(这种配置很常见)来说，一旦某发射机发生故 障，就会导致相应数据发送功能丧失，存在严重的单点失效隐患，如遥测发射机故障会导致 遥测数据发送功能丧失，数传发射机故障会导致图片数据发送功能丧失等等。如何避免单 点失效，提高微小卫星数据下发的可靠性已成为本领域技术人员亟需解决的技术问题，迫 切需要在不增加星上硬件资源的前提下拓展新的思路。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种实现微小卫星数据发送功能冗余的系统及方法， 以提高微小卫星的可靠性。为达上述目的及其他目的，本发明的实现微小卫星数据发送功能冗余的系统，包 括设置在地面控制台且用于发送模式切换指令的模式指令发送模块、第一发射机、第二发 射机、用于接收模式指令发送模块发送的模式切换指令，并根据指令启动模式设置模块设 置微小卫星发送模式的模式指令处理模块、用于设置数据发送模式的模式设置模块；用于根据模式设置模块设置的当前发送模式启动数据发送处理模块对相应待发送的数据进行 处理的模式切换模块，其中，处理后的数据都具有类型标识，发送模式包括第一类型数据 由第一发射机发送且第二类型数据由第二发射机发射的模式1、仅第二类型数据由第一发 射机发送的模式2、仅第一类型数据由第一发射机发送的模式3、仅第一类型数据由第二发 射机发送的模式4、及仅第二类型数据由第二发射机发送的模式5。此外，所述实现微小卫星数据发送功能冗余的系统还包括判断所述微小卫星是否 处于通信弧段内，并根据判断结果来控制所述模式切换模块是否启动所述数据发送处理模 块。本发明的实现微小卫星数据发送功能冗余的方法，包括步骤1)设置不同类型数 据的5种发送模式，即第一类型数据由第一发射机发送且第二类型数据由第二发射机发射 的模式1、仅第二类型数据由第一发射机发送的模式2、仅第一类型数据由第一发射机发送 的模式3、仅第一类型数据由第二发射机发送的模式4、及仅第二类型数据由第二发射机发 送的模式5 ;2)地面控制台发送模式切换指令；3)微小卫星上的模式切换指令处理模块接 收所述模式切换指令，并根据所接收的模式切换指令，启动所述模式设置模块以设置所述 微小卫星的发送模式；4)模式切换模块根据所述模式设置模块设置的当前发送模式，启动 数据发送处理模块对相应待发送的数据进行处理，其中，处理后的数据都具有类型标识；5) 所述数据发送处理模块将处理后的数据送至相应的发射机发送。此外，所述实现微小卫星数据发送功能冗余的方法还可包括判断所述微小卫星是 否处于通信弧段内，并根据判断结果来控制所述模式切换模块是否启动所述数据发送处理 模块的步骤。综上所述，本发明的实现微小卫星数据发送功能冗余的系统及方法通过设置不同 工作模式，可使第一数据能通过第二发射机发送，而第二数据能通过第一发射机发送，由此 实现了两类数据发送功能的冗余，避免了某台发射机故障导致某类数据发送功能丧失的单 点失效隐患，提高了微小卫星数据发送功能的可靠性。
图1为本发明的实现微小卫星数据发送功能冗余的系统基本结构示意图。
具体实施例方式请参阅图1，本发明实现微小卫星数据发送功能冗余的系统至少包括微小卫星 及对所述微小卫星进行控制的地面控制台，其中，所述地面控制台至少设置有模式指令发 送模块，所述微小卫星上至少设置有模式设置模块、模式指令处理模块、模式切换模块、数 据发送处理模块、第一发射机(即发射机1)、第二发射机(即发射机1)等。所述模式指令发送模块用于设置不同类型数据的发送模式，其包括5种发送模 式，即第一类型数据(即数据1)由第一发射机发送且第二类型数据(即数据2)由第二发 射机发射的模式1、仅第二类型数据由第一发射机发送的模式2、仅第一类型数据由第一发 射机发送的模式3、仅第一类型数据由第二发射机发送的模式4、及仅第二类型数据由第二 发射机发送的模式5，请参见表1 表1工作模式
所述模式指令发送模块设置在地面，用于发送模式切换指令，例如，其发送从模式 1切换至模式3的切换指令。所述模式指令处理模块设置在微小卫星上，用于接收所述模式指令发送模块所发 送的模式切换指令，并根据所接收的模式切换指令，启动所述模式设置模块以设置所述微 小卫星的发送模式，例如接收到从模式1切换至模式3的切换指令，则所述模式设置模块设 置所述微小卫星的发送模式为模式3。所述判断模块判断所述微小卫星当前是否处于通信弧段内，并根据判断结果来控 制所述模式切换模块是否启动所述数据发送处理模块，若是，则使所述模式切换模块不启 动所述数据发送处理模块，否则使所述模式切换模块不启动所述数据发送处理模块。所述模式切换模块用于根据所述模式设置模块设置的当前发送模式启动所述数 据发送处理模块对相应待发送的数据进行处理，其中，处理后的数据都具有类型标识(即 帧格式)。请参见表2 表2数据处理
本发明的实现微小卫星数据发送功能冗余的方法至少包括以下步骤第一步设置不同类型数据的5种发送模式，即第一类型数据由第一发射机发送 且第二类型数据由第二发射机发射的模式1、仅第二类型数据由第一发射机发送的模式2、 仅第一类型数据由第一发射机发送的模式3、仅第一类型数据由第二发射机发送的模式4、 及仅第二类型数据由第二发射机发送的模式5，如表1所示。第二步地面控制台发送模式切换指令，例如发送从模式2切换至模式3的切换指。第三步微小卫星上的模式切换指令处理模块接收所述模式切换指令，并根据所 接收的模式切换指令，启动所述模式设置模块以设置所述微小卫星的当前发送模式为模式 3。第四步判断模块判断所述微小卫星是否处于通信弧段内，若是，进入第五步，否 则不启动所述数据发送处理模块。第五步模式切换模块根据所述模式设置模块设置的当前发送模式为模式3，启 动数据发送处理模块对对数据1进行采集、编码、组帧等处理，数据格式为帧格式1。请参见 表2，在各种模式下，数据发送处理模块对数据1和数据2分别进行相应处理。第六步所述数据发送处理模块将处理后的数据送至相应的发射机予以发送，例 如在模式3下，由发射机1下发数据1，而在模式2下，发射机1下发数据2等，具体参见表 1。综上所述，本发明的实现微小卫星数据发送功能冗余的系统及方法通过采用不同 工作模式的控制，可使第一发射机发生故障时，改由第二发射机发送不同类型数据，也可当 第二发射机发生故障时，改由第一发射机发送不同类型数据，由此可有效解决当某一发射 机发生故障时导致相应数据无法发送的问题，进而可提高微小卫星的通信可靠性；而且本 发明采用程序来控制同一下行通道发送不同类型的数据，也无需增加额外的硬件设备。
本发明提出并成功应用的功能冗余一体化的设计方法，从微小卫星的特点出发， 节省了宝贵的资源，解决了功能冗余的问题，提高了可靠性，为微小卫星的冗余设计提供了 一个新的思路，可推广应用到常规卫星等多个空间技术领域，有很强的工程应用价值和广 泛的推广意义。以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。不脱离本发明精神和范围的 任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
一种实现微小卫星数据发送功能冗余的系统，其包括第一发射机、第二发射机、以及数据发送处理模块，其特征在于还包括模式指令发送模块，设置在地面控制台，用于发送模式切换指令；模式设置模块，用于设置不同类型数据的发送模式，其设置有5种发送模式，即第一类型数据由第一发射机发送且第二类型数据由第二发射机发射的模式1、仅第二类型数据由第一发射机发送的模式2、仅第一类型数据由第一发射机发送的模式3、仅第一类型数据由第二发射机发送的模式4、及仅第二类型数据由第二发射机发送的模式5；模式指令处理模块，用于接收所述模式指令发送模块所发送的模式切换指令，并根据所接收的模式切换指令，启动所述模式设置模块以设置所述微小卫星的当前发送模式；模式切换模块，用于根据所述模式设置模块设置的当前发送模式启动所述数据发送处理模块对相应待发送的数据进行处理，其中，处理后的数据都具有类型标识。
2.如权利要求1所述的实现微小卫星数据发送功能冗余的系统，其特征在于还包括判 断所述微小卫星是否处于通信弧段内，并根据判断结果来控制所述模式切换模块是否启动 所述数据发送处理模块。
3.一种实现微小卫星数据发送功能冗余的方法，其特征在于包括步骤1)设置不同类型数据的5种发送模式，即第一类型数据由第一发射机发送且第二类型 数据由第二发射机发射的模式1、仅第二类型数据由第一发射机发送的模式2、仅第一类型 数据由第一发射机发送的模式3、仅第一类型数据由第二发射机发送的模式4、及仅第二类 型数据由第二发射机发送的模式5 ； 地面控制台发送模式切换指令；微小卫星上的模式切换指令处理模块接收所述模式切换指令，并根据所接收的模式切 换指令，启动所述模式设置模块以设置所述微小卫星的当前发送模式；模式切换模块根据所述模式设置模块设置的当前发送模式，启动数据发送处理模块对 相应待发送的数据进行处理，其中，处理后的数据都具有类型标识； 所述数据发送处理模块将处理后的数据送至相应的发射机发送。
4.如权利要求1所述的实现微小卫星数据发送功能冗余的方法，其特征在于还包括判 断所述微小卫星是否处于通信弧段内，并根据判断结果来控制所述模式切换模块是否启动 所述数据发送处理模块的步骤。
全文摘要
本发明的实现微小卫星数据发送功能冗余的系统及方法，首先设置不同类型数据的5种发送模式，即第一类型数据由第一发射机发送且第二类型数据由第二发射机发射的模式1、仅第二类型数据由第一发射机发送的模式2、仅第一类型数据由第一发射机发送的模式3、仅第一类型数据由第二发射机发送的模式4、及仅第二类型数据由第二发射机发送的模式5，模式切换模块根据模式切换指令切换至相应的发送模式，数据发送处理模块将处理后的数据由相应的发射机发送，支持当一发射机发生故障时，可由另一发射机发送本该由一发射机发送的数据，从而在未配置硬件备份设备的情况下，实现了两类数据发送功能的冗余，提高了微小卫星数据发送功能的可靠性。
文档编号H04B7/185GK101867436SQ20091004929
公开日2010年10月20日 申请日期2009年4月14日 优先权日2009年4月14日
发明者何涛, 周依林, 曹金, 白雪柏 申请人:上海微小卫星工程中心