专利名称：小卫星电子载荷任务上注及处理方法
技术领域：
本发明属于卫星通信(遥感)领域，涉及一种卫星任务在轨注入方法。
背景技术：
现代小卫星以当代迅猛发展起来的微电子、微计算机、微机械、新材料和新工艺等 高新技术为依托，应用新的设计概念和科学处理方法，形成并具有了重量轻、体积小、研制 发射成本低、性能好、研制周期短、发射灵活、低轨运行等特点。具体来讲，它与传统大卫星 相比的优势如下(1)重量轻，体积小。(2)研制周期短，成本低。(3)发射灵活，启用速度 快，抗毁性强。(4)卫星技术性能高。但与大卫星相比小卫星也有一些劣势，比如小卫星的 轨道一般为低轨，过境时间短，从而对小卫星的遥控时间相对较短，为了让小卫星的有效载 荷在特定时间内完成某些任务，就需要在可控的轨道，提前把有效载荷的任务上注。特别是 对遥感类载荷，用户在特定时间内可能有特定的需求，因此有效载荷支持在轨任务上注是 必不可少的。所谓的有效载荷任务上注，就是把地面生成的有效载荷任务数据，通过地面遥控 设备编排成某种遥控格式，然后发送到小卫星星上测控设备，星上测控设备接收处理后，把 得到的数据发送给小卫星星务分系统，小卫星星务分系统根据数据通信协议把有效载荷任 务数据发送到相应有效载荷，有效载荷接收到任务数据后，可根据任务数据的内容执行相 应的任务。例如，遥感卫星可根据收到的任务内容执行对某一区域的重复观测等等。以往在执行小卫星电子有效载荷的上注任务时，由于载荷工作模式简单，上注的 数据量有限(不足一个数据帧)，只需要一次上注即可完成，而且小卫星上搭载的有效载荷 通常为相机、雷达等，只需要设定好设备硬件工作状态或者雷达产生何种脉冲即可，长时期 内状态不会改变，因此工作模式较为简单，在轨任务执行也比较容易，基本不存在上注方法 和在轨任务处理的问题。随着小卫星电子有效载荷技术的发展，小卫星上搭载的有效载荷的功能变得越来 越强大，任务模式也越来越多，应用也越来越灵活，例如遥感类卫星，工作模式可能包含对 信号的识别、测量、采样、测向、解调等多种模式的组合，每种模式又对应有效载荷硬件的不 同设置，由此带来的结果就是任务的数据量越来越大，因此对载荷任务的上注及处理提出 了较高的要求。如何更有效、可靠、灵活的对需要执行的任务进行上注及上注的任务如何更 有效进行处理，成为了一个比较关键的问题。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种操作简单、可靠性 高、灵活性好的小卫星电子载荷任务上注及处理方法。本发明的技术解决方案是小卫星电子载荷任务上注及处理方法，步骤如下(1)将各电子载荷任务分别拆分成多个数据帧，当卫星进入可控区域内时，将各数 据帧按照拆分时的顺序或者乱序经由地面站向卫星连续发送；
(2)当所有数据帧全部接收完毕后，卫星上接收数据帧的载荷下位机向星务主机 返回“接收完毕”遥测信号，星务主机经由卫星测控单元把“接收完毕”遥测信号发送至地 面站；(3)卫星上的载荷下位 机将接收到的各数据帧进行对应组合，恢复成各载荷任务， 并将各载荷任务按照预定的执行时间进行排序，形成任务执行排序表；(4)按照任务执行排序表，在规定的时间段内执行相应的载荷任务；若载荷下位 机的时间到达某载荷任务的执行时间，则开始执行任务执行排序表中相应的载荷任务，若 两个或多个载荷任务的执行时间相同或者执行时间有重叠，则在任务执行排序表中用最新 上注的载荷任务覆盖冲突的原有任务，若在规定的时间段内所执行的载荷任务未处理完 成，则立即停止执行未完成的载荷任务，若在规定的时间段内所执行的载荷任务已经执行 完毕，则从任务执行排序表中删除已经执行完毕的载荷任务；(5)载荷下位机发生中断需要关机时，保存最新更新的任务执行排序表。所述的数据帧格式为“引导码+遥控帧”，遥控帧的格式为“地址同步字+方式字+ 遥控注入数据域+数字签名序列+CRC”，遥控注入数据域的格式为“主导头+数据域+差错 控制域”，其中数据区域中的内容为地面生成的载荷任务数据包拆分成可上载的任务数据 帧内容，任务数据帧的格式为“数据种类+数据总帧数+当前帧序号+当前帧编号+当前帧 长度+任务包内容+校验位”。本发明与现有技术相比的优点在于本发明方法把一个复杂的载荷任务通过简单 的拆分格式分为几帧，以数据帧的形式进行数据传输，以方便上载，操作起来非常方便。在 数据拆分和传输过程中增加了累加效验和的比对，因而增加了上载内容的可靠性。使用本 发明方法，通过上载格式中几个字节内容的比对即可获得上载是否正确，可以避免因地面 操作的失误对星上设备造成的不良影响，发现地面少传数据或者不确定哪几帧未上载后， 只需要补发相应数据帧即可，操作简便、灵活性好。
图1为本发明方法的流程框图；图2为本发明方法中数据帧格式示意图。
具体实施例方式对于多任务载荷(如遥感类电子载荷)，一次的任务可能数据量比较大，根据现行 的星务遥控数据注入格式要求，数据域中的长度只有9字节，57字节，121字节，249字节四 种长度。目前电子有效载荷所能生成的最大一帧数据可能只有249个字节，而比较复杂的 电子载荷任务数据量已远远大于此。对于超过一帧最大字节数的任务，就存在任务上注机 制与处理的问题。如图1所示，为本发明载荷任务上注及处理方法的流程框图。用户根据需求提出 需要执行的任务计划，由地面站生成任务包数据，地面判断生成任务数据包是否超过了一 次上载的数据量，如果超过则把任务数据包分成可上载的数据帧长度，然后再生成上载的 数据帧格式(图2中地面上行遥控数据格式)。把地面生成的可上载数据帧发送至卫星遥 控单元时，可以通过顺序、乱序、或者漏帧补发的方式。其中顺序发送，是指按分帧序号，依次上注；打乱帧序发送，是可以随意序号上注，只要完成所有帧序号内容上注，就可以执行， 包括重复上注帧序号；漏帧补发是在一次上注完成后，由于时间或疏忽造成某些帧没有上 注，可以在下一次上注任务时补充发送漏帧，完成后也可以执行。这样，多种上载方式的存 在可以避免由于发送错误造成的发送无效操作星上遥控单元对接收到的任务数据帧进行处理，得到星务主机可以接收的数据帧 格式然后把数据帧送给星务主机(图2中星上星务接收数据格式所示)，星务主机收到数据 帧后，将其处理成地面原始的载荷数据帧格式并发送给载荷下位机(图2中星上载和接受 数据格式所示)，载荷下位机收到任务帧数据后，提取出任务总数，确定应该存在的帧序号， 然后判断此帧数据校验和是否正确，如果不正确为无效数据，丢弃处理。如果正确，继续判 断此帧序号是否为已经存在的帧序号，如果是则说明为地面重复上载，此时需要覆盖原来 存在的数据帧，如果不是则说明此上载数据帧有效，然后继续判断是否为最后一个数据帧， 此时应分情况进行处理1、如果是最后一个数据帧，则检查最后一帧所属的任务数据包校验和是否正确， 如果不正确则需要判断该任务包含的所有帧序号是否齐全，如果所有帧序号不齐全说明地 面还没有上载完成，需要继续上载所缺少的数据帧；如果所有帧序号齐全，说明任务上载 不成功，需要地面重新上载；如果任务数据包校验和正确，则任务上载完成继续进行任务处 理工作，提取新上载任务的时间与存储器中原有的任务时间列表比对，如果有冲突则用新 上载任务替换原有任务，如果不冲突，把新上载任务按时间填充到原有任务执行排序表当 中；2、如果检查不是最后一个数据帧，则需要判断该数据帧所属任务包含的所有帧序 号是否已经齐全，如果所有帧序号不齐全，说明地面上载还没有完成，需要继续上载所缺少 的数据帧，如果所有帧序号齐全，那么通过找到最后一帧帧序号判断任务数据校验和是否 正确，如果任务数据包校验和不正确，则说明任务上载不成功，需要地面重新上载，如果任 务数据校验和正确，继续进行任务处理工作，即提取新上载任务时间与存储器中原有的任 务执行排序表比对，如果有冲突则用新上载任务替换原有任务，如果不冲突，把新上载任务 按时间填充到原有任务执行排序表当中。任务上注和处理的过程都可通过返回地面的遥测判断。地面每次上载一帧数据， 如果此帧数据正确有效，则可以通过表4中地面上注帧反馈遥测量看到已上载成功的帧序 号。通过表3遥测确定任务包总帧后，再实时监控表4中遥测，可以发现上载的任务包数据 帧是否完整，如果不完整可补充上注。当所有数据帧上载完成后，任务是否上注成功可通 过表3中“上载任务包校验状态、通道未执行的任务块数据量和通道未执行任务包大小”判 断，如果成功，上载任务数据包校验状态为正确，通道未执行的任务块数据量和通道未执行 任务数据包大小和地面上注内容的一样。如果上载任务数据包校验状态不正确，或者任务 块数据量和通道未执行任务数据包大小和地面上注内容的一样与地面上注内容不一致，那 么需要地面重新上载。当上载完成后，就进行任务的管理，若新上载的任务与原有任务有冲 突，则遥测“通道未执行总的任务块数量”不等于新上载的任务数与原任务数相加之和，同 理“通道未执行总的任务块大小”不等于新上载的任务包大小与原任务包大小相加之和。本发明中采用的数据帧格式如图2所示，所述的数据帧格式为“引导码+遥控帧”， 引导码为0、1交替序列，长度一般不短于128bit，用于获取比特同步。遥控帧的格式为“地址同步字+方式字+遥控注入数据域+数字签名序列+CRC”，其中地址同步字是用以识别 航天器和同步遥控译码器的16bit字，方式字是用来区分开关指令帧和注入数据帧两种格 式，还可以区分这两种帧内不同地址、不同内容等，方式字长8bit，不同方式字之间码距至 少等于3。数字签名序列为用户设定的一个标签，CRC为校验码，用于对方式字所对应长度 的数据进行校验。遥控注入数据域的格式为“主导头+数据域+差错控制域”，主导头中包 含载荷名称，数据域中的内容为地面生成的载荷任务数据，差错控制域用于接收端对接收 的数据域进行检错，如可填充为主导头与帧数据域中的数据按字求异或和，长度可为两个 字节。数据域的格式可见图2或者表2所示。图2中除数据域的内容外，其他格式为通用 格式，只有结合数据域内容才体现任务上载的特点。任务管理中的任务执行排序表存储任务队列，对于新上载成功的任务，会按照执 行时间，插入到原先有的任务队列中，当所有任务排成一个列表后，按照时间顺序从列表的 头执行到尾。
下面以图2中249字节数据域长度为例对本发明任务上注及处理方法做进一步说 明，同样适用于其他数据域长度，上注和遥测的字节长度完全根据实际卫星设计的需要选 择。地面生成的星上载荷接收数据格式是指在地面生成的原始任务包数据分成可上 载数据帧格式，不包括在传输过程中星务系统另增的头尾及校验。地面应将任务包进行分 成若干个星务格式块，然后加入标识信息，每块大小为249字节。按照图2包含的内容生成 的星务格式块可以如表1所示表1电子有效载荷地面生成星务格式块
I 长产 II
定义(|、)说明(数据类型)约束范围
数据种类 2 — 无符号short型........
数据总帧数 2 无符号short型1 -65535当前帧编号— 2 无符号short型0-65535 当前帧长度 —1 Char型1~24δ~~
任务包内容 240~ 校验位 2 所有本t贞内任务色数据内容240字节的校验。 共249个字节_在上表中，前面的内容可以根据载荷具体要求定义，但需要包含数据总帧数、当前 帧编号、当前帧长度、任务包内容和校验和等等因素。 数据种类是指明数据用途 数据总帧数用于确定上载任务总共包含的帧数； 当前帧编号用于确定当前帧在整个任务数据中的位置； 当前帧长度用于确定此帧中有效的任务数据； 任务包内容根据载荷具体工作确定的内容，格式见表2 ； 校验位确认收到此帧的正确性。表2任务包内容格式表定义 (H)格式约束范围
任务包........“....................τ:~~
任务包总长
度____
任务块1—
任务块1起 Γ 始地址----
任务块N—
任务块N起
始地址____
填充字节任务包种类到任务块N的总字节数+ 2,不为240
字节整数倍时，不足部分填0ΧΑΑ。OXAA填在校
___验位之前。__
检验位2任务包内容的带进位的按字节累加和 任务包种类是载荷上载的具体任务分类，包括载荷要执行何种工作； 任务包总长度是任务包总共的数据量； 任务块1 是第一个任务的具体内容，包括开始时间、执行时间等。任务块N同理。 任务块1起始地址为任务块1内容存放的起始位置；任务块N起始位置同理。 填充字节当任务包不足240个字节整数倍时，需要补足到240个字节整数倍， 可填充AA或其他内容，具体可根据实际研制情况确定； 校验位此校验位为任务包所有内容的校验位，此处设计为带进位的按字节累 加和。任务上载支持多种方式是按如下方式实现的首先收到每一个星务格式块中都包含的数据总帧数，当知道总帧数时，就能确定 所拥有的帧序号，当确定已经收到所有帧序号时，在检验最后一帧任务包内容的校验位，当 校验位正确时认为任务接收完毕，可运行。举例说明当总帧数为3时，设帧序号为1，2，3， 确定地面上传任务帧包含这三帧后检查3任务包内容的校验位，校验位正确，认为此任务 已经正确接收，可运行任务。若存在重复上注相同帧序号的情况，且内容正确，则自动用后 上注的帧内容覆盖前面上注帧内容。任务上载成功与否可通过以下遥测量变化来判断表3任务包数据遥测量
权利要求
小卫星电子载荷任务上注及处理方法，其特征在于步骤如下(1)将各电子载荷任务分别拆分成多个数据帧，当卫星进入可控区域内时，将各数据帧按照拆分时的顺序或者乱序经由地面站向卫星连续发送；(2)当所有数据帧全部成功接收完毕后，卫星上接收数据帧的载荷下位机向星务主机返回“接收完毕”遥测信号，星务主机经由卫星测控单元把“接收完毕”遥测信号发送至地面站；(3)卫星上的载荷下位机将接收到的各数据帧进行对应组合，恢复成各载荷任务，并将各载荷任务按照预定的执行时间进行排序，形成任务执行排序表；(4)按照任务执行排序表，在规定的时间段内执行相应的载荷任务；若载荷下位机的时间到达某载荷任务的执行时间，则开始执行任务执行排序表中相应的载荷任务，若两个或多个载荷任务的执行时间相同或者执行时间有重叠，则在任务执行排序表中用最新上注的载荷任务覆盖冲突的原有任务，若在规定的时间段内所执行的载荷任务未处理完成，则立即停止执行未完成的载荷任务，若在规定的时间段内所执行的载荷任务已经执行完毕，则从任务执行排序表中删除已经执行完毕的载荷任务；(5)载荷下位机发生中断需要关机时，保存最新更新的任务执行排序表。
2.根据权利要求1所述的小卫星电子载荷任务上注及处理方法，其特征在于所述的 数据帧格式为“引导码+遥控帧”，遥控帧的格式为“地址同步字+方式字+遥控注入数据 域+数字签名序列+CRC”，遥控注入数据域的格式为“主导头+数据域+差错控制域”，其中 数据区域中的内容为地面生成的载荷任务数据包拆分成可上载的任务数据帧内容，任务数 据帧的格式为“数据种类+数据总帧数+当前帧序号+当前帧编号+当前帧长度+任务包 内容+校验位”。
全文摘要
小卫星电子载荷任务上注及处理方法，将各电子载荷任务分别拆分成多个数据帧，当卫星进入可控区域内时，将各数据帧按照拆分时的顺序或者乱序经由地面站向卫星连续发送。当所有数据帧全部成功接收完毕后，卫星上的载荷下位机将接收到的各数据帧进行对应组合，恢复成各载荷任务，并将各载荷任务按照预定的执行时间进行排序，形成任务执行排序表，然后按照任务执行排序表，在规定的时间段内执行相应的载荷任务，根据任务的执行情况不断的更新任务执行排序表。当载荷下位机发生中断需要关机时，保存最新更新的任务执行排序表。本发明方法解决了多载荷任务的上注及有效处理问题，具有操作简单、可靠性高、灵活性好的特点。
文档编号H04L1/00GK101969359SQ20101029801
公开日2011年2月9日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者张洪源, 袁仕耿 申请人:航天东方红卫星有限公司