一种空间载荷遥控数据的注入系统及方法与流程

本发明涉及空间载荷地面仿真测试领域，具体涉及一种空间载荷遥控数据的注入系统及方法。

背景技术

空间载荷在运行工作过程中接收卫星平台转发的遥控指令和数据，并执行相应的操作和任务，下传科学数据和遥测信息，从而完成地面对空间载荷的控制。在空间载荷自测试期间，卫星平台无法为空间载荷转发遥控信息，因此在空间载荷的研制及自测试过程中需要研制专门的设备，用于空间载荷的遥控数据注入测试。在空间载荷自主模拟飞行测试期间，所有遥控注入数据和命令均需要在无人干预的状态下准确的按照模拟飞行状态通过总线通信方式，严格按照模拟飞行时间要求注入遥控数据。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种空间载荷遥控数据的注入系统及方法，具有很好的可编程特性和延展性；对程序进行封装和模块化设计，具有良好的通用性和可维护性。

第一方面，本发明提供一种空间载荷遥控数据的注入方法，所述方法包括：

预先生成需要注入的遥控数据并按照模拟飞行的次序和相对时间进行组合，并利用软件读取后生成xml文件；

模拟飞行测试开始后，读取所述xml文件获取遥控数据，并将遥控数据和相对时间发送至fpga板卡，所述fpga板卡接收到所述遥控数据和所述相对时间时开启定时；

当达到定时时刻，所述遥控数据通过串行422接口发送至被测空间载荷，以完成空间载荷遥控数据的串行422总线定时自动注入。

可选地，所述串行422接口包括信号选通en、码同步信号clk、数据data。

可选地，所述串行422接口采用差分形式进行传输。

可选地，所述方法还包括：利用电平转换电路将所述fpga板卡的io引脚输出电压调整为所述空间载荷所需的工作电平。

第二方面，本发明提供一种空间载荷遥控数据的注入系统，所述系统包括上位机、串行数据发送单元以及电平转换电路，所述上位机用于预先生成需要注入的遥控数据并按照模拟飞行的次序和相对时间进行组合，并利用软件读取后生成xml文件，在模拟飞行测试开始后，读取所述xml文件获取遥控数据，并将遥控数据和相对时间发送至所述串行数据发送单元；

所述串行数据发送单元用于接收到所述遥控数据和所述相对时间时开启定时，当达到定时时刻，所述遥控数据通过串行422接口发送至被测空间载荷，以完成空间载荷遥控数据的串行422总线定时自动注入；

所述电平转换电路用于将所述串行数据发送单元的io引脚输出电压调整为所述空间载荷所需的工作电平。

可选地，还包括：

pxi总线，用于所述上位机和所述串行数据发送单元之间通信、遥控数据、相对时间以及遥控注入状态的通信和交互，遥控注入数据按照指定路径内依次读取二进制流文件填充数据域内容，利用软件配置注入的遥控数据和注入相对时间的数据序列，依据模拟飞行程序要求自动生成xml数据文件。

可选地，所述上位机采用pxi机箱，所述串行数据发送单元采用fpga板卡，所述pxi机箱采用美国ni公司的pxi机箱及控制器，机箱型号pxie-1082，控制器pxie-8135。

可选地，所述电平转换电路采用74lvc4245芯片。

可选地，所述fpga板卡的始终采用板载40mhz时钟。

可选地，所述io引脚输出电压为5.0伏。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明提供的空间载荷遥控数据的注入系统及方法，将要注入的遥控数据提前生成并按照模拟飞行的次序和相对时间进行组合，并利用软件读取后生成xml文件。模拟飞行测试开始后，计算机读取xml文件获取遥控注入信息，并将遥控注入数据、相对时间发送至fpga板卡，fpga进行高精度定时，定时时刻达到后，遥控注入数据通过串行422接口自动发送至被测空间载荷，从而完成空间载荷的遥控数据注入的串行422总线定时自动注入。

附图说明

图1是本发明提供的空间载荷遥控数据的注入方法一种实施例的流程图；

图2是本发明提供的空间载荷遥控数据的注入方法一种实施例的原理图；

图3是提供的空间载荷遥控数据的注入方法一种实施例的串行422总线接口信号时序图；

图4是提供的空间载荷遥控数据的注入方法一种实施例的xml文件基本配置内容示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

结合图1所示，本发明提供一种空间载荷遥控数据的注入方法，所述方法包括：

s101、预先生成需要注入的遥控数据并按照模拟飞行的次序和相对时间进行组合，并利用软件读取后生成xml文件。

s102、模拟飞行测试开始后，读取所述xml文件获取遥控数据，并将遥控数据和相对时间发送至fpga板卡，所述fpga板卡接收到所述遥控数据和所述相对时间时开启定时。

s103、当达到定时时刻，所述遥控数据通过串行422接口发送至被测空间载荷，以完成空间载荷遥控数据的串行422总线定时自动注入。

本实施例中，所述串行422接口包括信号选通en、码同步信号clk、数据二进制流a，所述串行422接口采用差分形式进行传输。

由于fpga板卡的io引脚输出电平为3.3v，对于要求采用5vttl电平的空间载荷，需要进行电平转换，将3.3v电平转为5v电平，且转换过程不能使信号的上升沿或者下降沿的时间发生恶化，所述方法还包括：

利用电平转换电路将所述fpga板卡的io引脚输出电压调整为所述空间载荷所需的工作电平。

充分利用fpga丰富的io接口资源和高精度定时性能，实现串行422总线接口模拟，并且进行高精度定时。计算机和fpga之间通过pxi总线进行通信，用于遥控数据、相对时间以及遥控注入状态的通信和交互。遥控注入数据需要事先按照指定路径内依次读取二进制流文件填充数据域内容，利用软件配置注入数据和注入相对时间的数据序列，依据模飞程序要求自动生成xml数据文件。

如图2所示，为简化fpga开发难度，本发明可以采用商业化fpga板卡开发，fpga板卡u2采用pxi总线，直接安装在pxi机箱u1中，pxi机箱安装控制器，fpga与pxi机箱u1控制器采用先入先出队列(firstinputfirstoutput,fifo)进行数据通信，用于遥控数据和相对时间信息的传递。pxi机箱u1主要完成遥控注入数据以及相对时间信息的配置，并事先生成xml文件保存。模拟测试期间，读xml文件，获取遥控数据、相对时间，并设置模拟飞行的开始t0时间等，并对整个测试过程中进行管理和控制。fpga板卡u2通过对40mhz高精度晶振时钟进行计数，当计数时刻达到遥控注入数据相对时间后产生事件用于控制串口422总线接口输出遥控数据。

串行422总线接口主要由信号选通en、码同步信号clk、数据data组成。为提高信号传输可靠性，采用差分形式进行传输。其中正信号如图3所示。

由于fpga的io引脚输出电压为3.3v，而有些空间载荷的接口电平为5vttl电平，为此，在串口输出端增加一个电平转换电路u3，可以选择将3.3v电平转为5v电平。

结合图4所示，由于空间载荷的模拟飞行过程中存在各种类型的任务和工作模式，模拟飞行实验的遥控注入数据和相对时间必须事先配置生成，并存储在pxi机箱u1中。测试期间，通过选择xml文件即可载入测试数据，xml文件中基本配置信息可以包括：

空间载荷基本信息：如载荷标识码、版本号等；

模拟飞行状态信息：模拟飞行总时间、周期、实验重复次数等；

t0时间；

模拟飞行遥控注入数据序列1、相对时间δ1；

模拟飞行遥控注入数据序列2、相对时间δ2；

……；

模拟飞行遥控注入数据序列n、相对时间δn；

t0时间一般选择utc时间。对于长时间模拟飞行实验，则需要规划模拟飞行循环测试次数。

本发明提供的空间载荷遥控数据的注入方法，将要注入的遥控数据提前生成并按照模拟飞行的次序和相对时间进行组合，并利用软件读取后生成xml文件。模拟飞行测试开始后，计算机读取xml文件获取遥控注入信息，并将遥控注入数据、相对时间发送至fpga板卡，fpga进行高精度定时，定时时刻达到后，遥控注入数据通过串行422接口自动发送至被测空间载荷，从而完成空间载荷的遥控数据注入的串行422总线定时自动注入。

结合图2和3所示，本发明提供一种空间载荷遥控数据的注入系统，所述系统包括上位机、串行数据发送单元以及电平转换电路，所述上位机用于预先生成需要注入的遥控数据并按照模拟飞行的次序和相对时间进行组合，并利用软件读取后生成xml文件，在模拟飞行测试开始后，读取所述xml文件获取遥控数据，并将遥控数据和相对时间发送至所述串行数据发送单元；

所述串行数据发送单元用于接收到所述遥控数据和所述相对时间时开启定时，当达到定时时刻，所述遥控数据通过串行422接口发送至被测空间载荷，以完成空间载荷遥控数据的串行422总线定时自动注入；

所述电平转换电路u3用于将所述串行数据发送单元的io引脚输出电压调整为所述空间载荷所需的工作电平。

进一步地，本系统还包括pxi总线，用于所述上位机和所述串行数据发送单元之间通信、遥控数据、相对时间以及遥控注入状态的通信和交互，遥控注入数据按照指定路径内依次读取二进制流文件填充数据域内容，利用软件配置注入的遥控数据和注入相对时间的数据序列，依据模拟飞行程序要求自动生成xml数据文件。

具体地，所述上位机采用pxi机箱u1，所述串行数据发送单元采用fpga板卡u2，所述pxi机箱采用美国ni公司的pxi机箱及控制器，机箱型号pxie-1082，控制器pxie-8135，机箱型号pxie-1082带有18个混合pxi插槽，采用pxi总线作为背板总线，ni具有丰富的pxi板卡资源并且兼容其他公司的pxi总线产品，满足常规测试需要。采用美国ni公司的pxie-7854r可重复配置fpga板卡及其相关系列产品实现串行422总线接口功能以及高精度计时功能，但必须至少保证具有两个以上的fifo通信资源，用于与pxi机箱的信息交互。fpga具有丰富的io资源，可以直接在fpga内部实现差分信号设计，并通过控制io接口差分电平成对变化，实现差分信号输出功能。

由于fpga板卡的io引脚输出电平为3.3v，对于要求采用5vttl电平的空间载荷，需要进行电平转换，将3.3v电平转为5v电平，并转换过程不能使信号的上升沿或者下降沿的时间发生恶化。为此，本发明中通过电平转换电路u3实现3.3v到5v的电平转换，电平转换电路采用74lvc4245芯片实现，该芯片需要采用3.3v、5v供电。为充分进行集成和减少外部设备，本实施例中直接采用pxi机箱的pxi背板进行供电。

对于通过串行422总线接口进行模拟飞行实验期间的遥控数据自动定时注入具有重要的意义。基于fpga板块实现422电平的同步串行输出，选用板载40mhz时钟，时间精度高。由于fpga具有丰富的io接口资源，可按需求扩展至多路数据发送，具有很好的可编程特性和延展性；对程序进行封装和模块化设计，具有良好的通用性和可维护性。同理，提出的通过fpga板卡模拟串行422总线接口的方案同样可以用于其它类似串行422总线通信场景。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(rom，readonlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的一种空间载荷遥控数据的注入系统及方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。