一种低轨通信卫星CAN总线终端模拟仿真方法及系统与流程

一种低轨通信卫星can总线终端模拟仿真方法及系统
技术领域
1.本发明涉及一种低轨通信卫星can总线终端模拟仿真方法及系统，适用于对低轨通信卫星软件功能的数字化验证。


背景技术：

2.星务管理软件是卫星星务管理的核心，集成了遥测遥控、热控、能源、内务、fdir管理等功能，通过总线与多台综合处理单元进行数据交互，发送遥控指令并接收遥测信息，完成对卫星的控制管理工作。
3.对采用can总线架构的低轨通信卫星而言，对其星务软件进行地面验证时，需要全数字化总线终端模拟仿真系统。目前，针对低轨通信卫星领域，缺少对can总线终端的模拟仿真验证系统，无法提供数字化验证支撑。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决了采用can总线架构的低轨通信卫星星务管理软件的地面验证问题。
5.本发明目的通过以下技术方案予以实现：
6.一种低轨通信卫星can总线终端模拟仿真方法，包括：
7.启动装有星务软件的模拟计算机，以及与模拟计算机通过can总线连接的终端设备；
8.配置can总线应用层通信解析处理协议；
9.配置can总线终端的结构化描述模型；
10.配置can总线终端设备关联的遥测参数结构模型；
11.配置can总线终端设备关联的指令响应结构模型；
12.配置can总线终端设备关联的指令保存结构模型；
13.星务软件通过can总线与终端设备建立正常通信。
14.优选的，各can总线终端设备关联的指令响应结构模型相同。
15.优选的，根据模拟仿真需求，选择相应的can总线终端及其关联的某个遥测参数，进行运行时的参数值动态注入；can总线终端接收注入的模拟参数后，实时向星务软件提供遥测，星务软件根据任务处理逻辑，进行相应的处理。
16.优选的，若根据处理需求，要向某个can总线终端设备发送指令，则根据预先配置好的指令响应结构模型，将can总线终端设备关联的某个遥测参数值进行自动设置，并根据预先配置好的指令保存结构模型，实时存储接收到的指令信息，用于统计和分析。
17.优选的，can总线应用层通信解析处理协议包括三部分：优先级、站地址、帧类型；
18.优先级：用于限定can总线终端模拟仿真系统与星务软件之间交互的数据处理的优先级顺序；最高优先级为星务时间广播数据；数据块、程序代码、间接指令以及应答类通信数据为次优先级；第三优先级为普通遥测数据、gnss广播数据；另外还有保留字段，优先
级最低；
19.帧类型：用于限定can总线终端模拟仿真系统与星务软件之间交互的各种数据类型，以及帧的属性；数据类型包括：由星务软件发出的数据；由can总线终端设备发送至星务软件的数据；保留字段数据；帧的属性包括单帧和多帧；
20.站地址：用于限定can总线终端设备的底层物理地址。
21.优选的，can总线终端的结构化描述模型包括四个部分：站地址、终端标识、终端名称、遥测包；
22.站地址：用于限定can总线终端设备的底层物理地址；
23.终端标识：用于限定can总线终端设备的逻辑地址；
24.终端名称：用于限定can总线终端设备的名称；
25.遥测包：用于描述与can总线终端设备关联的遥测包信息。
26.优选的，can总线终端设备关联的遥测参数结构模型包括七个部分：参数代号、参数名称、参数位置、公式代号、系数、源码、物理量；
27.参数代号：用于标识遥测参数的代号，每个遥测参数只能对应唯一的参数代号；
28.参数名称：用于标识遥测参数的名称；
29.参数位置：用于描述遥测参数在所有遥测参数中排布的位置，每个遥测参数具有唯一的参数位置；
30.公式代号：若某遥测参数关联处理公式，则用公式代号标识该遥测参数所关联的公式，公式代号具有唯一性，且遥测参数关联唯一的公式代号；
31.系数：若某遥测参数关联处理系数，则设定对应的处理系数，在使用该遥测参数时，采用处理系数对遥测参数值进行处理后使用；
32.源码：若需要使用十六进制表示形式，则通过源码字段对遥测参数进行赋值；使用时，通过源码字段设置后，注入源码数值，并被星务软件读取使用；
33.物理量：若限定使用物理量，则通过物理量字段对遥测参数进行赋值；使用时，通过物理量字段设置后，注入物理量数值，并被星务软件读取使用。
34.优选的，can总线终端设备关联的指令响应结构模型包括六个部分：指令关联设备名称、指令代号、指令名称、指令类型、指令编码、指令关联的遥测监视；
35.指令关联设备名称：用于描述指令发送的can总线目标终端设备的名称；
36.指令代号：用于标识can总线目标终端设备所关联指令的代号，每个指令具有唯一可识别的指令代号；
37.指令名称：用于标识指令的名称；
38.指令类型：标识了指令的类型；
39.指令编码：用于表示指令码的码字内容；
40.指令关联的监视遥测：用于描述当终端收到星务管理软件发送的指令后，期望起作用的遥测及其值变化情况。
41.优选的，can总线终端设备关联的指令保存结构模型包括五个部分：指令代号、指令名称、指令编码、指令发送时间以及指令去向；
42.指令代号：用于标识需要进行存储的指令的代号，每个指令具有唯一可识别的指令代号；
43.指令名称：用于标识需要进行存储指令的名称；
44.指令编码：用于表示需要进行存储指令的码字内容；
45.指令发送时间：用于描述终端收到星务管理软件发送的指令的时间信息；
46.指令去向：用于标识接收指令的can总线终端名称。
47.一种低轨通信卫星can总线终端模拟仿真系统，包括：装有星务软件的模拟计算机，以及与模拟计算机通过can总线连接的终端设备；
48.模拟计算机和终端设备之间采用上述的模拟仿真方法进行模拟测试。
49.本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
50.(1)本发明提供了can总线应用层通信协议解析处理机制，给出了模拟仿真系统中各can总线终端数据包在与星务软件通信时，应用层数据传送格式，为模拟仿真奠定数据通信基础。
51.(2)本发明针对can终端设备，提出一种终端模拟结构化描述模型，给出了仿真系统中can总线终端设备的结构化描述方式。
52.(3)本发明针对各can终端设备，提出遥测和指令配置设置结构，给出了仿真系统中各台can总线终端设备的遥测行为的结构特性和指令行为的结构属性。
53.(4)本发明针对星务软件和can终端设备运行时交互，提出数据仿真处理方法，支持运行时实时遥测值注入和故障模拟注入，用于验证星务软件的健壮性。
54.(5)本发明支持对can终端各设备指令结果的保存，在仿真系统中，支持对星务管理软件向can终端各设备发送指令的实时结构化存储，用于验证过程中的统计和事后分析。
附图说明
55.图1为本发明的can总线应用层协议解析处理图；
56.图2为本发明的can总线终端设备的结构化描述方式图；
57.图3为本发明的can总线终端设备的遥测参数表征图；
58.图4为本发明的can总线终端设备的指令响应结构图；
59.图5为本发明的can总线终端设备的指令结果保存结构图。
具体实施方式
60.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
61.一种低轨通信卫星can总线终端模拟仿真方法及系统，包括：
62.图1为本发明设计的can总线应用层通信解析处理协议，构成各can总线模拟终端与星务软件之间通信基础，协议由三个部分构成，分别是：优先级、站地址和帧类型。分别描述如下：
63.优先级：该字段占用2个bit，规定了can总线终端模拟仿真系统与卫星星务管理软件之间交互的数据处理的优先级顺序。最高优先级为星务时间广播数据，赋值为00b；数据块、程序代码、间接指令以及应答类通信数据为次优先级，优先级赋值为01b；第三优先级为普通遥测数据、gnss广播数据等，优先级赋值为10b；此外考虑到可扩展需要，预留了保留字段，优先级赋值为11b。
64.帧类型：该字段占用3个bit，前两个bit规定了can总线终端模拟仿真系统与卫星星务管理软件之间交互的各种数据类型，该系统共支持四种类型。00b表示数据由星务管理软件发出；01b表示数据为由can总线终端设备发送至星务管理软件；考虑到可扩展需要，预留了保留字段，赋值为10b和11b。最后一个bit规定了帧的属性，0b表示当前帧为单帧；1b表示当前帧为多帧。
65.站地址：该字段占用6个bit，描述了can总线终端模拟仿真系统各终端设备的底层物理地址，本系统中共支持64个逻辑地址，即支持对64个不同can总线终端的模拟仿真。
66.图2为本发明设计的can总线终端的结构化描述模型，用于刻画各个can总线终端的属性。该模型由四个部分构成，分别为站地址、终端标识、终端名称、遥测包。分别描述如下：
67.站地址：同图1解释中的站地址字段。
68.终端标识：该字段用于描述can总线终端模拟仿真系统各终端设备的逻辑地址。
69.终端名称：该字段用于描述can总线终端模拟仿真系统各终端设备的名称，支持中文和英文。
70.遥测包：该字段用于描述与can总线终端模拟仿真系统各终端设备关联的遥测包信息，包含包号、包长等信息，若某个终端设备关联不止一个遥测包，则遥测包从1到n(n为遥测包数量)顺序往下排列。每个遥测包最大长度为140字节，本系统中模拟仿真的每个can总线终端最多可关联有20个遥测包。
71.图3为本发明设计的各can终端设备关联的遥测参数结构模型。该模型由七个部分构成，分别为参数代号、参数名称、参数位置、公式代号、系数、源码、物理量。分别描述如下：
72.参数代号：用于标识遥测参数的代号，每个遥测参数只能对应唯一的参数代号。
73.参数名称：用于标识遥测参数的名称。
74.参数位置：用于描述该遥测参数在所有遥测参数中排布的位置，每个遥测参数具有唯一的参数位置。
75.公式代号：若某遥测参数关联处理公式，则需要用公式代号标识该遥测参数所关联的公式，can总线终端模拟仿真系统中公式代号具有唯一性，且遥测参数关联唯一的公式代号。在使用某个can总线终端的遥测参数时，若其关联处理公式，需要采用公式代号对应的公式对遥测参数值进行处理后，才能使用。每个遥测参数最多关联一个处理公式。
76.系数：若某遥测参数关联处理系数，则需要给出其对应的处理系数，一个遥测参数可以关联多个系数，在使用该遥测参数时，需要采用处理系数对遥测参数值进行处理后，才能使用。
77.源码：若需要使用十六进制表示形式，则需要通过源码字段对遥测参数进行赋值设置；使用时，通过源码字段设置后，将向can总线终端模拟仿真系统中注入源码数值，并被星务软件读取使用。
78.物理量：若规定使用物理量，则通过物理量字段对遥测参数进行赋值；使用时，通过物理量字段设置后，将向can总线终端模拟仿真系统中注入物理量数值，并被星务软件读取使用。
79.图4为本发明设计的各can终端设备关联的指令响应结构模型。在can总线终端模拟仿真系统中，存在由星务管理软件向各个can终端设备发送总线指令，并由后者对总线指
令进行响应的使用需求。指令响应结构模型是解析星务软件向can总线终端模拟仿真系统中某个模拟终端所发送的can总线指令的基础，由六个部分构成，分别是：指令关联设备名称、指令代号、指令名称、指令类型、指令编码、指令关联的遥测监视。分别描述如下：
80.指令关联设备名称：用于描述该指令发送的目标终端can总线设备的名称。
81.指令代号：用于标识目标终端can总线设备所关联指令的代号，每个指令具有唯一可识别的指令代号。
82.指令名称：用于标识指令的名称。
83.指令类型：标识了该指令的类型，本系统中默认选择总线指令。
84.指令编码：用于表示指令码的码字内容，指令编码是指令响应结构的核心内容。
85.指令关联的监视遥测：该字段规定了在can总线终端模拟仿真系统中，当该终端收到星务管理软件发送的该指令后，期望发生变化的遥测及其预期变化的遥测数值。
86.图5为本发明设计的各can终端设备关联的指令保存结构模型。在can总线终端模拟仿真系统中，星务管理软件向各个can终端设备发送总线指令后，有时需对该指令进行保存以便进行统计和分析。指令保存结构模型用于标识进行保存的指令结构，由五个部分构成，分别是：指令代号、指令名称、指令编码、指令发送时间以及指令去向。分别描述如下：
87.指令代号：用于标识需要进行存储的指令的代号，每个指令具有唯一可识别的指令代号。
88.指令名称：用于标识需要进行存储指令的名称。
89.指令编码：用于表示需要进行存储指令的码字内容。
90.指令发送时间：该字段规定了在can总线终端模拟仿真系统中，终端收到星务管理软件发送的指令的时间信息，设置精度为毫秒。
91.指令去向：该字段规定了在can总线终端模拟仿真系统中，接收该指令的can总线终端名称。
92.在完成对can总线终端模拟仿真系统中各个模型结构的描述之后，以下对can总线终端模拟仿真系统的使用步骤予以描述。
93.step1：配置can总线应用层通信解析处理协议。
94.step2：配置各个can总线终端的结构化描述模型。
95.step3：配置各can终端设备关联的遥测参数结构模型。
96.step4：配置各can终端设备关联的指令响应结构模型。
97.step5：配置can终端设备关联的指令保存结构模型，由于在can总线终端模拟仿真系统中，各个can终端设备对应的指令保存结构模型一样，因此，系统中只配置一个指令保存结构模型即可。
98.step6：通过step1-step5完成各项配置后，启动can总线终端模拟仿真系统开始运行，并和星务软件建立正常通信。根据模拟仿真需求，选择对应的can总线终端及其关联的某个具体遥测参数，进行运行时的参数值动态注入，可参考图3说明，选择模拟量或源码设置。can总线终端模拟仿真系统接收操作人员注入的模拟参数后，实时向星务软件提供遥测，星务软件根据任务处理逻辑，进行相应的处理，若根据处理需求，向某个can终端设备发送指令，则根据图4中预先配置好的指令响应结构模型，将该特定can终端设备关联的某个遥测参数值进行自动设置，并根据图5预先配置好的指令保存结构模型，实时存储接收到的
指令信息，供使用人员进行统计和分析。
99.本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
100.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。