一种卫星处理类载荷在轨功能重构方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种卫星处理类载荷在轨功能重构方法，可广泛应用于各类卫星处理 类载荷的在轨功能重构设计与实现，属于卫星通信系统设计技术领域。
【背景技术】
[0002] 对于卫星通信系统而言，具备系统在轨功能重构能力一方面可以通过在轨重构改 变系统的原有功能，使系统具备新能力，及时响应适应市场及用户应用需求变化；另一方 面，可以针对设计和实现方面的缺陷与不足，不断提高完善系统，使得系统具备在轨可修 复、可改进能力。
[0003] 传统功能重构方法较少关注系统级的功能重构，往往只针对特定设备/部件；重 构文件数据通过星地专用传输通道传输，传输过程多采用改进的ARQ协议等加以控制，不 支持跨星路由转发，不支持乱序传输、断点续传；设计的功能重构方法一般需要专用的重构 控制设备，星上处理时只涉及到设备内器件间的重构数据传输，未设计通用的设备/部件 间重构数据传输控制协议；重构数据加载、状态监控一般通过专用传输通道结合定制协议 实现。
【发明内容】
[0004] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种卫星处理类载荷在 轨功能重构方法，本发明能够同时支持单星与多星的乱序传输和断点续传，有效保证了数 据的完整性与正确性，同时本发明支持设备间及设备内部件间的数据传输控制以及利用星 上处理设备已有的测控数据传输通道与协议实现重构数据加载、状态监控与异常处理。
[0005] 本发明的技术解决方案：
[0006] -种卫星处理类载荷在轨功能重构方法包括步骤如下：
[0007] (1)地面端与卫星端进行数据传输：
[0008] (Ia)地面端将重构源数据文件组成数据帧发送至卫星；
[0009] (Ib)卫星解析接收到的地面端发送的数据帧，并对帧数据进行CRC校验以及计算 数据帧偏移量，将接收数据写入对应存储区地址，写入结束后发送卫星成功接收响应到地 面端；
[0010] (Ic)地面端计算整个源数据文件的MD5摘要值，并将计算结果置入传输结束确认 帧发送至卫星用于完成最终的确认过程；
[0011] (Id)卫星接收到地面发送端的传输结束确认帧后，计算接收到数据的MD5摘要值 并与步骤（Ic)发送的地面计算结果进行比对，比对无误后发送成功响应到地面端；
[0012] (2)卫星系统设备/部件间进行重构数据传输与数据注入：
[0013] (2a)判断重构数据注入对象是否为目标卫星系统重构主控设备，若是则计算注入 数据整体MD5摘要值并同地面计算结果比对，若比对结果一致则发送数据加注成功状态指 示至地面端，否则恢复处理状态并发送数据加注失败状态指示至地面端；若重构数据注入 对象不是目标卫星系统重构主控设备，则将重构数据并按卫星设备/部件间重构数据传输 帧格式组帧，根据不同的注入对象分别通过设备内通信接口、设备间通信接口依次发送重 构数据传输帧至目标设备/部件；
[0014] (2b)目标设备/部件接收到重构数据传输帧后，首先判别该帧的注入对象是否为 自身，若是则发送重构数据帧成功处理响应到目标卫星系统重构主控设备若不是，则发送 失败处理响应到卫星系统重构主控设备；
[0015] (2b)目标卫星系统重构主控设备等待接收目标设备/部件的重构数据帧处理响 应，若等待超时则尝试再次发送，若尝试多次均未收到应答且已超出最大重传次数，则不再 发送，同时发送数据加注失败状态指示至地面端；若收到目标设备/部件的重构数据帧成 功处理响应，则继续发送下一帧数据；
[0016] (2c)当所有注入数据传输完成后，目标卫星系统重构主控设备计算注入数据整体 32位异或和校验值并发送至目标设备/部件；
[0017] (2d)目标设备/部件计算注入数据整体32位异或和校验值并同目标卫星系统重 构主控设备计算结果比对，同时发送处理响应至目标卫星系统重构主控设备；
[0018] (2e)目标卫星系统重构主控设备根据目标设备/部件处理响应，生成并发送数据 加注状态指示至地面端；
[0019] (3)地面端通过遥控遥测信息实时控制监测重构数据加载控制与状态。
[0020] 步骤（Ia)地面端将重构源数据文件组成数据帧发送至卫星的具体实施如下：
[0021] (Ial)读取源数据文件，生成待发送数据帧队列及用于快速检索发送帧的检索表， 利用检索表可以快速定位并读取待发送帧；
[0022] (la2)确定发送周期：地面发送端发送训练帧，根据发送训练帧的情况调整发送 周期，发送周期的调整依据为：在每连续两帧发送周期间隔内均能顺利收到卫星接收端的 成功响应；
[0023] (la3)地面发送端按步骤（la2)确定的周期利用检索表从待发送数据帧队列中顺 序读取数据帧并进行发送；
[0024] (la4)判断发送过程是否正常，若地面发送端收到卫星接收端的成功接收响应，则 认为发送正常，从待发送帧检索表中删除卫星响应信息中接收帧号对应的检索表表项，并 进入步骤（la5)，否则认为发送异常，并返回步骤（la2)中继续调整发送周期；
[0025] (la5)判断待发送帧的检索表是否为空，若待发送帧检索表为空时，标志着整个源 数据文件均已发送完成，此时发送端计算整个源数据文件的MD5摘要值，并将计算结果置 入传输结束确认帧发送至卫星用于完成最终的确认过程，并进入步骤（la6);若待发送帧 检索表不为空时，则继续向卫星发送数据；
[0026] (la6)收到卫星的传输成功结束确认响应后，发送端结束整个传输过程。
[0027] 步骤（Ib)的具体实现方式如下：
[0028] (Ibl)解析卫星接收到的地面端发送的数据帧，判别IP报文且目的IP对应的目标 卫星系统重构主控设备，并判别是否为UDP报文且UDP端口号为重构业务端口，若是则唤醒 侦听进程进行步骤（lb2);
[0029] (lb2)从UDP报文中解析出重构上传数据帧，对帧数据进行CRC校验，校验无误后 根据写入区段标识确定写入区段，根据帧号及数据帧长度计算偏移量，将接收数据写入对 应存储区地址，写入结束后发送卫星成功接收响应到地面端；
[0030] (lb3)接收到地面发送端的传输结束确认帧后，计算写入区段中所有写入数据的 MD5摘要值并与地面计算结果进行比对，比对无误后发送成功响应到地面段，一次传输过程 结束。
[0031] 步骤（3)地面端通过遥控遥测信息实时控制监测重构数据加载控制与状态的具 体实施方式如下：
[0032] (3a)地面端通过发送遥控指令控制星上处理设备加载源文件；
[0033] (3b)地面端实时判别重构源数据文件上传、重构数据传输与注入、加载过程是否 顺利完成；
[0034] (3c)发现异常时，通过发送RS422遥控指令控制星上处理设备切换至先前版本， 待切换完成后再重新进行在轨功能重构工作。
[0035] 本发明相对于现有技术的有益效果：
[0036] (1)本发明的重构数据传输与注入方法，设备间或特定设备内不同器件间采用统 一的重构数据传输控制协议，设计充分考虑了星载设备的常见通信接口形式、器件存储能 力、电路形式等特点，简化帧格式设计，降低校验算法实现复杂度，便于FPGA实现，同时又 能保证传输数据的正确性、完整型。重构数据注入时，针对空间单粒子翻转问题，增加了汉 明纠错码设计，可以实现注入数据的一位自动纠错、两位检错功能。
[0037] (2)本发明提出的系统重构数据加载、状态监测与异常处理方法均通过星载处理 设备已有的RS422遥控、遥测通路实现，降低了实施难度，易于实现，大大降低了成本。
[0038] (3)本发明在发送数据之前首先通过训练帧的方式确定发送周期，星地传输链路 具有长时延的特点，为了获取较高的传输效率，可以在传输过程的起始阶段安排发送少量 的训练帧（允许重复发送，新帧内容直接覆盖旧帧，因而训练帧可直接采用某个实际的待 发送帧）用于调整发送周期以获得满意的性能；发送周期的设定判据可定义为：在每连续 两帧发送周期间隔内均能顺利收到卫星接收端的成功响应。
[0039] (4)本发明采用CRC算法保证单帧数据的正确性，同时利用MD5强校验算法可保证 数据有序性、完整性、正确性的特性，使协议摆脱ARQ类协议要求传输帧发送顺序严格有序 的设计约束，从而支持断点续传、乱