本发明属于航天电子技术领域，尤其涉及一种多速率多通道下行遥测数据合路分路处理系统及方法。
背景技术：
目前的卫星下行遥测应用需求越来越复杂，不仅存在多个遥测下行数据源合路的需求，还存在多个应答机不同数据内容分路的需求。在此基础上，还需要各个应答机的下行速率在轨可切换，并保证下行遥测的数据按照应答机要求的不间断时序下行，以上需求完全超出了传统合路器处理能力，因此，现有的合路器的处理能力达不到以上需求。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种多速率多通道下行遥测数据合路分路处理系统及方法，解决了多通道下行遥测数据合路分路及独立切换速率的问题。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：根据本发明的一个方面，提供了一种多速率多通道下行遥测数据合路分路处理系统，包括：异步调度单元与同步调度单元；其中，所述异步调度单元包括若干个分路模块，每个分路模块包括接收缓冲模块、一级分路模块、对地缓存模块和中继缓存模块；其中，所述接收缓冲模块接收由卫星内部各计算机输送的各类下行遥测数据，并将各类下行遥测数据传输给所述一级分路模块；所述一级分路模块将各类下行遥测数据根据下传信道进行分路处理，分别送到对地缓存模块和中继缓存模块；所述同步调度单元用于将对地缓存模块和中继缓存模块中的各类下行遥测数据进行合路及分路。
上述多速率多通道下行遥测数据合路分路处理系统中，所述同步调度单元包括合路分路同步调度状态机、调度脉冲及分频时钟产生器、时间管理器、对地乒乓缓冲器和对中继乒乓缓冲器；其中，时间管理器接收一定的时间信号和频率信号，根据一定的时间信号和频率信号生成卫星时间，将卫星时间传输给所述合路分路同步调度状态机；调度脉冲及分频时钟产生器根据速率切换指令输出分频时钟和调度脉冲，并将分频时钟和调度脉冲传输给合路分路同步调度状态机，同时将分频时钟和调度脉冲传输给对地乒乓缓冲器和对中继乒乓缓冲器；合路分路同步调度状态机根据调度脉冲确定调度时刻，在调度时刻，合路分路同步调度状态机将卫星时间放到下行数据帧格式的插入域中；并且合路分路同步调度状态机在相应调度时刻根据调度脉冲的类型查询异步调度单元的对地缓存模块或中继缓存模块中是否存有数据；当无数据时，合路分路同步调度状态机自动生成空闲帧，当前生成的空闲帧按照当前调度脉冲的类型输出到对地乒乓缓冲器或对中继乒乓缓冲器；当有数据时，合路分路同步调度状态机将对地缓存模块或中继缓存模块的数据搬运相对应的对地乒乓缓冲器或对中继乒乓缓冲器；对地乒乓缓冲器根据调度脉冲进行乒乓切换，当乒乓脉冲到来时，切换乒乓缓存的读写关系；根据分频时钟读取乒乓缓存中的下行数据，转换为串行数据输出，其下行输出数据速率由分频时钟决定；对中继乒乓缓冲器根据调度脉冲进行乒乓切换，当乒乓脉冲到来时，切换乒乓缓存的读写关系；根据分频时钟读取乒乓缓存中的下行数据，转换为串行数据输出，其下行输出数据速率由分频时钟决定。
上述多速率多通道下行遥测数据合路分路处理系统中，所述接收缓冲模块接收由卫星内部各计算机输送的各类下行遥测数据包括：所述接收缓冲模块根据自己的数据缓存状态，根据判断依据判断是否接收来自由卫星内部各计算机输送的各类下行遥测数据。
上述多速率多通道下行遥测数据合路分路处理系统中，所述判断依据为：当通道发送数据请求信号为低电平时，即为申请传输数据，接收缓冲模块判断本缓存状态为空时，则驱动应答信号为低电平，允许数据传输并完成一帧数据接收；接收缓冲模块判断本缓存状态为满时，则不允许传输，应答信号保持高电平，直到该缓存中数据成功送出。
上述多速率多通道下行遥测数据合路分路处理系统中，所述一级分路模块将各类下行遥测数据根据下传信道进行分路处理，分别送到对地缓存模块和中继缓存模块包括：所述接收缓冲模块接收到一帧数据后，判别是地面帧或者中继帧；如果是地面帧，则查询对地缓存模块是否空，空则把地面帧搬运进去，不空则等待并不停查询；如果是中继帧，则查询中继缓存模块是否空，空则把中继帧搬运进去，不空则等待并不停查询。
上述多速率多通道下行遥测数据合路分路处理系统中，时间管理器接收1PPS和1MHz信号，根据1PPS和1MHz信号生成卫星时间，将卫星时间传输给所述合路分路同步调度状态机。
上述多速率多通道下行遥测数据合路分路处理系统中，在合路分路同步调度状态机在相应调度时刻根据调度脉冲的类型查询异步调度单元的对地缓存模块或中继缓存模块中是否存有数据中，按照指定输入通道的优先级查询。
上述多速率多通道下行遥测数据合路分路处理系统中，在同步调度合路模块中，只有在调度脉冲到来时才查询一次对地缓存模块或中继缓存模块中是否存有数据。
上述多速率多通道下行遥测数据合路分路处理系统中，调度脉冲的类型包括对地调度脉冲和对中继调度脉冲。
上述多速率多通道下行遥测数据合路分路处理系统中，假如当前来的是对地调度脉冲，则按照指定通道的优先级查询各通道相对应的对地缓存模块中是否存有数据，将优先级高和符合的数据调度入对地乒乓缓冲器，同时设置当前维护时间码；假如当前来的是对中继调度脉冲，则按照指定通道的优先级查询各通道相对应的中继缓存模块中是否存有数据，将优先级高和符合的数据调度入对中继乒乓缓冲器，同时设置当前维护时间码。
根据本发明的另一方面，还提供了一种多速率多通道下行遥测数据合路分路处理方法，所述方法包括以下步骤：
接收缓冲模块接收由卫星内部各计算机输送的各类下行遥测数据，并将各类下行遥测数据传输给一级分路模块；
一级分路模块将各类下行遥测数据根据下传信道进行分路处理，分别送到对地缓存模块和中继缓存模块；
同步调度单元用于将对地缓存模块和中继缓存模块中的各类下行遥测数据进行合路及分路。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
本发明设计了一种多速率多通道下行遥测数据合路分路处理系统，实现多遥测数据源合路并分路到多数据目的端，同时支持各个下行通道速率的在轨独立切换，解决了多通道下行遥测数据合路分路及独立切换速率的问题。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的多速率多通道下行遥测数据合路分路处理系统的结构框图；
图2(a)是本发明实施例提供的对地64Kbps的调度脉冲输出图；
图2(b)是本发明实施例提供的对中继4kbps的调度脉冲输出图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明实施例提供的多速率多通道下行遥测数据合路分路处理系统的结构框图。如图1所示，该多速率多通道下行遥测数据合路分路处理系统包括：异步调度单元与同步调度单元；其中，
异步调度单元包括若干个分路模块，每个分路模块包括接收缓冲模块、一级分路模块、对地缓存模块和中继缓存模块；其中，接收缓冲模块接收由卫星内部各计算机输送的各类下行遥测数据，并将各类下行遥测数据传输给所述一级分路模块；一级分路模块将各类下行遥测数据根据下传信道进行分路处理，分别送到对地缓存模块和中继缓存模块；
同步调度单元包括合路分路同步调度状态机、调度脉冲及分频时钟产生器、时间管理器、对地乒乓缓冲器和对中继乒乓缓冲器；其中，
时间管理器接收一定的时间信号和频率信号，根据一定的时间信号和频率信号生成卫星时间，将卫星时间传输给所述合路分路同步调度状态机；具体实施时，时间管理器接收1PPS和1MHz信号，根据1PPS和1MHz信号生成卫星时间，将卫星时间传输给所述合路分路同步调度状态机。
调度脉冲及分频时钟产生器根据速率切换指令输出分频时钟和调度脉冲，并将分频时钟和调度脉冲传输给合路分路同步调度状态机，同时将分频时钟和调度脉冲传输给对地乒乓缓冲器和对中继乒乓缓冲器。
合路分路同步调度状态机根据调度脉冲确定调度时刻，在调度时刻，合路分路同步调度状态机将卫星时间放到下行数据帧格式的插入域中，消除异步调度区传输延时不确定带来的星时下行延时不确定性；
并且合路分路同步调度状态机在相应调度时刻根据调度脉冲的类型查询异步调度单元的对地缓存模块或中继缓存模块中是否存有数据；当无数据时，合路分路同步调度状态机自动生成空闲帧，当前生成的空闲帧按照当前调度脉冲的类型输出到对地乒乓缓冲器或对中继乒乓缓冲器；当有数据时，合路分路同步调度状态机将对地缓存模块或中继缓存模块的数据搬运相对应的对地乒乓缓冲器或对中继乒乓缓冲器。
对地乒乓缓冲器根据调度脉冲进行乒乓切换，当乒乓脉冲到来时，切换乒乓缓存的读写关系；根据分频时钟读取乒乓缓存中的下行数据，转换为串行数据输出，其下行输出数据速率由分频时钟决定。
对中继乒乓缓冲器根据调度脉冲进行乒乓切换，当乒乓脉冲到来时，切换乒乓缓存的读写关系；根据分频时钟读取乒乓缓存中的下行数据，转换为串行数据输出，其下行输出数据速率由分频时钟决定。其中，调度脉冲的类型包括对地调度脉冲和对中继调度脉冲。
接收缓冲模块接收由卫星内部各计算机输送的各类下行遥测数据包括：所述接收缓冲模块根据自己的数据缓存状态，根据判断依据判断是否接收来自由卫星内部各计算机输送的各类下行遥测数据。其中，判断依据为：当通道发送数据请求信号为低电平时，即为申请传输数据，接收缓冲模块判断本缓存状态为空时，则驱动应答信号为低电平，允许数据传输并完成一帧数据接收；接收缓冲模块判断本缓存状态为满时，则不允许传输，应答信号保持高电平，直到该缓存中数据成功送出。
在同步调度合路模块中，只有在调度脉冲到来时才查询一次对地缓存模块或中继缓存模块中是否存有数据。假如当前来的是对地调度脉冲，则按照指定通道的优先级查询各通道相对应的对地缓存模块中是否存有数据，将优先级高和符合的数据调度入对地乒乓缓冲器，同时设置当前维护时间码，从此以后可以保证延时固定(延时与速率设置相关，不同但是固定)，按照同步调度往后流水处理；假如当前来的是对中继调度脉冲，则按照指定通道的优先级查询各通道相对应的中继缓存模块中是否存有数据，将优先级高和符合的数据调度入对中继乒乓缓冲器，同时设置当前维护时间码，从此以后可以保证延时固定(延时与速率设置相关，不同但是固定)，按照同步调度往后流水处理。
具体实施时，如图1中所示，多速率多通道下行遥测数据合路分路处理系统分为异步调度单元与同步调度单元，异步调度单元接收多个输入通道的数据，每个通道数据包括多类数据，各类数据采用标识数据表示指定下传输出通道。
如图1中所示，在该异步调度单元，为适应外部各个接口的随机传输特性，使用异步调度策略，针对各个输入通道数据独立设计了接收缓冲模块及一级分路器，用于将各通道输入的多类数据按照指定的目的下行端口分路到各自数据缓冲区；对于每个输入通道设置三个帧缓存：接收帧缓存、地帧缓存和中继帧缓存。接收帧缓存、地帧缓存和中继帧缓存分别可以缓存一帧传输数据。
此处设置三个帧缓存可以避免一个低速帧错过调度周期，堵住四线制输入接口，这期间高速帧只能插入填充帧，不利于下传带宽利用。该异步调度单元的四线制接口接收缓冲模块当接收缓存不满时，有请求则接收数据，无请求则等待四线制接口请求。当接收缓存满时，则不允许接收数据。
接收缓冲模块根据自己的数据缓存状态，判断是否接收来自本通道的数据。其判断依据为：当通道发送数据请求信号为低电平时，即为申请传输数据，接收缓存判断本缓存状态为空时，则驱动应答信号为低电平，允许数据传输并完成一帧数据接收。接收缓存判断本缓存状态为满时，则不允许传输，应答信号保持高电平，直到该缓存中数据成功分路到异步调度区的地缓存或中继缓存后，接收缓存变空，才允许接收本次请求传输数据。
接收缓冲模块接收到一帧数据后，判别是地面帧或者中继帧。如果是对地帧，则查询地缓存是否空，空则把地面帧搬运进去，不空则等待并不停查询；
如果是对中继帧，则查询中继缓存是否空，空则把中继帧搬运进去，不空则等待并不停查询。
异步调度单元的地缓存或中继缓存存储分路而来的数据帧，等待同步调度单元的合路分路同步调度状态机在调度脉冲时刻查询取数，该两缓存根据自己内部是否缓存数据给出标志信号，被取走后清空。
在同步调度单元，由调度脉冲及分频时钟产生器按照速率设置设计一个调度脉冲及分频时钟产生模块，产生等间隔的调度脉冲，具体实现方式为：
如图2(a)和图2(b)中所示，以较大的(比如对地)遥测通道的两倍下行速率计算帧调度周期。对地对中继通道调度脉冲交错。速率低的一路按照速率比调节调度脉冲的虚实，只有实的脉冲才调度。
在同步调度模块中，只有在调度脉冲到来时才查询一次各个缓存的有数情况，且需要按照调度脉冲的类型查询：假如当前来的是对地调度脉冲，则按照A>B>C通道的优先级查询各通道的对地缓存。假如当前来的是对中继调度脉冲，则按照A>B>C通道的优先级查询各通道的对中继缓存。将优先级较高的，目标符合的数据调度入同步调度区处理缓存，同时打入当前维护时间码，以此可以保证延时固定(延时与速率设置相关，不同但是固定)，按照同步调度往后流水处理。
假如调度脉冲到来时，查询当前调度周期所属的输出通道类型对应缓存，A、B、C输入通道缓存均无数据，则表示当前无数据下传，但是为了使得输出数据不间断，还需要再其中插入填充帧，此时同步调度状态机会自己组织一帧填充帧，填入到输出缓存中，同时打入当前维护时间码。
如图1中所示，后续处理则是采用乒乓调度策略，连续不断地按照调度周期切换读取两个乒乓缓存中的数据帧，保证输出数据的连续不断，并转串以后输出给对应传输通道应答机，分别是对地测控应答机和对中继测控应答机。
本实施例还提供了一种多速率多通道下行遥测数据合路分路处理方法，该方法包括以下步骤：
接收缓冲模块接收由卫星内部各计算机输送的各类下行遥测数据，并将各类下行遥测数据传输给一级分路模块；
一级分路模块将各类下行遥测数据根据下传信道进行分路处理，分别送到对地缓存模块和中继缓存模块；
同步调度单元用于将对地缓存模块和中继缓存模块中的各类下行遥测数据进行合路及分路。
本实施例设计了一种多速率多通道下行遥测数据合路分路处理系统，实现多遥测数据源合路并分路到多数据目的端，同时支持各个下行通道速率的在轨独立切换，解决了多通道下行遥测数据合路分路及独立切换速率的问题。
以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。