一种基于网络通信的空间站航天技术试验信息管理系统的制作方法

本发明涉及一种基于网络通信的空间站航天技术试验信息管理系统，属于空间站工程航天技术试验技术领域。

背景技术：

空间站航天技术试验是指在空间站平台利用平台以及空间环境资源开展航天新技术试验。针对各新型试验载荷大容量、高速率数据通信传输需求，以及降低试验系统总线资源消耗目的，传统总线通信技术无法满足空间站航天技术试验在轨试验通信需求，需要设计一种新型通信方案。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于网络通信的空间站航天技术试验信息管理系统，能够应对空间站各试验载荷大容量、高速率下行需求，有效提高空间站网络通信效率。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种基于网络通信的空间站航天技术试验信息管理系统，包括货运飞船、货运飞船地面系统、天基系统和地面系统；其中，货运飞船包括载荷管理单元和网络交换机；货运飞船地面系统包括总控设备和测控设备；天基系统包括A设备和各个B设备；地面系统包括地面飞控支持系统，以及A设备自检装置和各个B设备自检装置；天基系统中，各个B设备分别经采集信号线或网络通信方式与A设备相通信；地面系统中，A设备自检装置和各个B设备自检装置分别经网络通信方式与地面飞控支持系统相通信；天基系统中的A设备经总线通信方式与货运飞船中载荷管理单元相通信，同时A设备经网络通信方式与货运飞船中网络交换机相通信；货运飞船地面系统中的总控设备和测控设备分别经网络通信方式与地面系统中的地面飞控支持系统相通信；货运飞船中的载荷管理单元与货运飞船地面系统中的总控设备相通信；货运飞船中的网络交换机与货运飞船地面系统中的测控设备相通信。

作为本发明的一种优选技术方案：所述空间站航天技术试验信息管理系统针对各数据的传输，均采用两个相互独立的数据传输通道：测控数据通道和业务数据通道；其中，测控数据通道主要用于传输控制指令、遥测数据、上注程序，以及来自上级货船/A设备的广播信息；业务数据通道主要用于传输A设备/B设备在试验过程中所产生或传递的试验数据、设备状态数据。

作为本发明的一种优选技术方案：所述A设备和各个B设备分别均自行设计缓存区，其中，B设备缓存区大小应至少能够存储2个最小试验周期的完整数据；A设备的缓存区依照每个B设备5GB大小分配给B设备，在试验过程中B设备以先入先出的方式优先使用A设备的缓存区，一旦达到预分配的存储门限值，A设备将发送“数据传输禁止”指令，使得不再接收B设备的数据，并通过遥测数据报告地面，此时B设备需自行缓存数据。

作为本发明的一种优选技术方案：所述A设备和各个B设备均支持断点续传。

作为本发明的一种优选技术方案：所述天基系统中，各个B设备分别经RS422采集信号线或网络通信方式与A设备相通信。

作为本发明的一种优选技术方案：所述总线通信方式为1553B总线通信方式。

作为本发明的一种优选技术方案：所述网络交换机为以太网交换机，所述网络通信方式为以太网通信方式。

本发明所述一种基于网络通信的空间站航天技术试验信息管理系统，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明所设计基于网络通信的空间站航天技术试验信息管理系统，针对空间站各试验载荷大容量、高速率下行需求，实现利用以太网进行遥测、指令、广播和程序等各类数据进行通信传输的信息方案及通信协议，为以太网通信技术在航天器上的首次应用，具有广阔的推广应用前景。

附图说明

图1是本发明基于网络通信的空间站航天技术试验信息管理系统的架构图；

图2是本发明中天基系统的系统组成及网络、RT终端配置；

图3是本发明中测控数据通道的通信层次关系示意；

图4是本发明中测控数据通道上下行封包/拆包示意；

图5是本发明中业务数据通道的通信层次关系示意；

图6是本发明中业务数据通道的下行封包/拆包示意。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明设计一种基于网络通信的空间站航天技术试验信息管理系统，包括货运飞船、货运飞船地面系统、天基系统和地面系统；其中，货运飞船包括载荷管理单元和以太网交换机；货运飞船地面系统包括总控设备和测控设备；天基系统包括A设备和各个B设备，具体天基系统组成如图2所示；地面系统包括地面飞控支持系统，以及A设备自检装置和各个B设备自检装置；天基系统中，各个B设备分别经RS422采集信号线或以太网通信方式与A设备相通信；地面系统中，A设备自检装置和各个B设备自检装置分别经以太网通信方式与地面飞控支持系统相通信；天基系统中的A设备经1553B总线通信方式与货运飞船中载荷管理单元相通信，同时A设备经以太网通信方式与货运飞船中网络交换机相通信；货运飞船地面系统中的总控设备和测控设备分别经以太网通信方式与地面系统中的地面飞控支持系统相通信；货运飞船中的载荷管理单元与货运飞船地面系统中的总控设备相通信；货运飞船中的网络交换机与货运飞船地面系统中的测控设备相通信。

本发明设计基于网络通信的空间站航天技术试验信息管理系统中，所述空间站航天技术试验信息管理系统针对各数据的传输，均采用两个相互独立的数据传输通道：测控数据通道和业务数据通道；其中，测控数据通道主要用于传输控制指令、遥测数据、上注程序，以及来自上级货船/A设备的广播信息；业务数据通道主要用于传输A设备/B设备在试验过程中所产生或传递的试验数据、设备状态数据。并且所述A设备和各个B设备分别均自行设计缓存区，其中，B设备缓存区大小应至少能够存储2个最小试验周期的完整数据；A设备的缓存区依照每个B设备5GB大小分配给B设备，在试验过程中B设备以先入先出的方式优先使用A设备的缓存区，一旦达到预分配的存储门限值，A设备将发送“数据传输禁止”指令，使得不再接收B设备的数据，并通过遥测数据报告地面，此时B设备需自行缓存数据。

规定数据可靠性设计，鉴于天地之间、货运飞船平台与TZ-1任务系统之间信息通道的不确定性，所述A设备和各个B设备均支持断点续传；此外，由于数据下行所采用的网络传输层协议(UDP)无确认、拥塞、乱序等可靠性保证机制，建议B设备进行业务数据包的设计时充分考虑信息的独立性，尽量降低包与包之间的信息关联度，便于最大限度的获取有效试验数据。

本专利所设计基于网络通信的空间站航天技术试验信息管理系统，在实际应用中，对于有多个子试验任务的B设备，至少需具备两种状态：等待状态和试验状态。等待状态是指设备加电后首先进入的无试验任务的状态；试验状态是指设备正在进行试验任务的工作状态。对于有多个试验子载荷的B设备，只要有一个子载荷在进行试验任务，即处于试验状态。B设备当前状态需通过1553B实时报告地面。

要求各信息设备(包括A和B设备)应对各自的工作过程和健康状态实时检测(必须包括实际下行总业务数据包数，含所有1553B遥测数据，且能在各自检设备中显示)，并周期性通过业务通道下传地面，自行实时解析。

关于时间分发的管理：A设备将周期性的收到货运飞船通过1553B总线广播的当前时间。A设备需以一定的周期对自身时钟进行校正，并且以10s为一个周期，通过广播消息将A设备的实时时间分发给B设备，B设备收到的最大时间偏差不得超过1s。

对于本发明基于网络通信的空间站航天技术试验信息管理系统中的信息互联性，A设备与B设备(B2除外)之间通过以太网进行信息互联，A设备与货运飞船(即货运飞船的载荷管理单元及以太网交换机)之间分别通过1553B和以太网进行信息互联，如图2所示。

货运飞船与A设备之间，通过1553B和以太网(UDP)进行信息互联，并分别分配RT地址和IP地址及UDP端口号：

货运飞船提供2路信息接口：

①1553B总线BC端；

②以太网接入网关，IP地址为172.22.8.1/20(仅做网关，不是UDP数据包的目的地址，目的地址应为GCSS的IP地址，默认为172.18.0.134，端口为55001，可由地面设定)。

A设备提供2路信息接口：

①1553B总线RT端，RT地址为4；

②以太网接入终端，IP地址为172.22.9.128/20，UDP端口号为5000。

A设备与BX(X＝1,3,4,5)设备之间，通过以太网(TCP)进行信息交互，并分别分配IP地址及TCP端口号(ANY代表任意端口号)：

A设备提供2路信息接口：

①测控接口，IP地址为10.0.0.100/24，TCP端口号为290；

②业务接口，IP地址为10.0.0.100/24，TCP端口号为310。

各BX设备分别提供2路信息接口：

①测控接口，IP地址为10.0.0.10X/24，TCP端口号为ANY；

②业务接口，IP地址为10.0.0.10X/24，TCP端口号为ANY。

数据传输机制

为保证数据的一致性，各设备间发送数据时，应依据高位字节在低地址、低位字节在高地址来排放字节数据的顺序；信息校验方式统一规定为按字节累加和，取低2字节为校验码。

测控数据通道的通信层次关系及数据包封包/拆包机制示意，分别如图3、图4所示。

业务数据通道的通信层次关系及数据包封包/拆包机制示意，分别如图5、图6所示。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变动。