CN102904651A

CN102904651A - 一种兼容aos体制及pcm体制的卫星一体化遥测***

Info

Publication number: CN102904651A
Application number: CN2012103784242A
Authority: CN
Inventors: 潘宇倩; 杨聪伟; 白东炜; 刘崇华; 赵红梅; 张晓明; 张弓; 李科; 张明哲; 冯文婧
Original assignee: Beijing Institute of Spacecraft System Engineering
Current assignee: Beijing Institute of Spacecraft System Engineering
Priority date: 2012-09-29
Filing date: 2012-09-29
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2032-09-29
Also published as: CN102904651B

Abstract

一种兼容AOS体制及PCM体制的卫星一体化遥测***，PCM遥测模块输出路同步信号、帧同步信号和PCM体制的数据流至中央处理模块，同时PCM体制的数据流输入至第二三态输出门；中央处理模块将接收的PCM体制的数据流和自身状态信息发送至数管计算机；与数管计算机的接口模块接收数管计算机发送的AOS体制的遥测数据流并将其发送至第一三态输出门；应急/正常模式切换模块当接收到正常模式控制指令时，将AOS体制的遥测数据流输出至遥测加密、调制模块，当接收到应急模式控制指令时，将PCM体制的数据流输出至遥测加密、调制模块。本发明在数管计算机异常的情况下仍然能够掌握和控制卫星关键部件的工作状态，提高了整星的可靠性和安全性。

Description

一种兼容AOS体制及PCM体制的卫星一体化遥测***

技术领域

本发明涉及一种卫星遥测***，属于卫星遥测技术领域。

背景技术

目前，卫星一般采用PCM(Pulse Code Modulation脉冲编码调制)或AOS(Advanced Orbiting System高级在轨***)遥测体制。

PCM遥测体制采用时分多路复用的方式，每一路信号占据的时隙位置固定，这种体制的波道利用率较低，不能满足卫星任务不断增长的数据业务需求。AOS遥测体制对下行数据流进行动态管理，用“需求驱动”的机制取代了为每个遥测参数采用固定的传输时隙，同时实现了多类型数据源的合路传输，便于星上预处理，提高了数据价值。AOS遥测体制需要数管计算机参与处理，在数管计算机异常情况下，地面将无法掌握和控制卫星关键部件的工作状况，整星关键部件将处于不可测控的条件下，不利于分析故障原因，采取应对措施。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是一种兼容AOS体制及PCM体制的卫星一体化遥测***，在数管计算机异常的情况下仍然能够掌握和控制卫星关键部件的工作状态，提高了整星的可靠性和安全性。

本发明包括如下技术方案：

一种兼容AOS体制及PCM体制的卫星一体化遥测***，包括PCM遥测模块，和遥测加密、调制模块；其特征在于，还包括中央处理模块、与数管计算机的接口模块、应急/正常模式切换模块；PCM遥测模块输出路同步信号、帧同步信号和PCM体制的数据流；所述路同步信号、帧同步信号发送至中央处理模块，PCM体制的数据流输入至中央处理模块，同时PCM体制的数据流输入至第二三态输出门；中央处理模块通过1553B总线与数管计算机相连，将接收的PCM体制的数据流和自身状态信息发送至数管计算机；所述与数管计算机的接口模块接收数管计算机发送的AOS体制的遥测数据流并将该AOS体制的数据流发送至第一三态输出门；应急/正常模式切换模块对第一三态输出门和第二三态输出门进行控制，当接收到正常模式控制指令时，将AOS体制的遥测数据流输出至遥测加密、调制模块，当接收到应急模式控制指令时，将PCM体制的数据流输出至遥测加密、调制模块；遥测加密、调制模块对接收到的数据流进行加密和调制，并输出至应答机。

所述中央处理模块包括单片机、1553B总线接口单元、和串/并转换电路。

所述应急/正常模式切换模块包括第一触发器1D1A、和第二触发器2D1A；第一触发器1D1A的输出正Q端连接第一三态输出门的控制端，第二触发器2D1A的输出负Q端连接第二三态输出门的控制端；正常工作模式指令输入至第一触发器1D1A和第二触发器2D1A的R端，应急工作模式指令输入至第一触发器1D1A和第二触发器2D1A的S端；通过正常工作模式指令和应急工作模式指令控制第一触发器1D1A和第二触发器2D1A的正Q端、负Q端输出的信号。

所述PCM体制的数据流的格式编排和AOS体制的遥测数据流的格式编排一致。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明具有AOS和PCM两种遥测工作模式，定义为正常遥测工作模式和应急遥测工作模式。正常遥测模式采用AOS遥测体制，应急遥测模式采用传统的PCM遥测体制。AOS遥测体制的实现需要数管计算机参与，PCM遥测模式与基于软件的AOS遥测模式完全隔离，直接通过传统PCM遥测模块的硬件逻辑部件完成对遥测数据的采集、组帧和下传，规避了由于数管计算机软件故障导致数据中断或异常的风险，确保整星遥测的可靠和安全，利于故障定位和通道恢复。在数管计算机异常的情况下仍然能够掌握和控制卫星关键部件的工作状态，提高了整星的可靠性和安全性。

(2)本发明提出了对两种模式的控制策略、接口方式的一体化设计方案，两种工作模式相互独立，切换控制策略可靠，并且没有额外的硬件设备开销。

附图说明

图1为本发明遥测***的组成示意图；

图2为中央处理模块的组成示意图；

图3为单片机工作流程图；

图4为数管计算机与遥测***的时序接口；

图5为应急/正常模式切换模块电路示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行详细描述。

如图1所示，本发明的遥测***包括PCM遥测模块、中央处理模块、与数管计算机的接口模块、应急/正常模式切换模块、遥测加密、调制模块；PCM遥测模块输出的PCM体制的数据流发送至中央处理模块和第二三态输出门；PCM遥测模块输出的路同步信号和帧同步信号发送至中央处理模块；中央处理模块通过1553B总线与数管计算机相连，中央处理模块将接收的PCM体制的数据流和自身状态信息通过1553B总线发送至数管计算机；数管计算机同样通过1553B总线从其它遥测采集单元接收遥测数据，所有遥测数据接收完成后，数管计算机将整星遥测数据按照AOS遥测格式组帧后回送给遥测***，并发送AOS体制数据流给所述接口模块；所述与数管计算机的接口模块将该AOS体制的遥测数据流发送至第一三态输出门；当数管计算机工作正常时，遥测为正常工作模式，应急/正常模式切换模块将所述接口模块输出的AOS体制的遥测数据流发送至遥测加密、调制模块；当数管计算机异常时，遥测为应急工作模式，应急/正常模式切换模块将PCM遥测模块输出的PCM体制的数据流直接发送至遥测加密、调制模块；此时，整星关键部件(如数管计算机、遥控单元、测控应答机、控制计算机、控制推进部件等)将仍然处于可测控的条件下。遥测加密、调制模块对接收到的数据流进行加密和调制，并输出至应答机。

PCM遥测模决输出的PCM体制的数据流为二进制的数字码流，码速率为2048bps。每8秒完成一个格式的传输，一个格式包含16帧，一帧有128路波道即0-127路波道，每个波道为8比特。PCM遥测模块的所有遥测数据通过交换子采集，交换子通道的选通由PCM遥测模块中的时序电路控制，通过控制交换子通道即可完成应急遥测格式编排。

如图2所示，中央处理模块包括单片机80C32、PROM、RAM、串并转换电路和1553B总线接口单元。PCM遥测模块输出的路同步信号输入至80C32的外部中断INTO端口；PCM遥测模块输出的帧同步信号输入至80C32的P1.3端口；PCM体制的数据流通过串/并转换电路输入至80C32的读数据端口，通过80C32读数据端口完成PCM遥测数据流的采集并将其放入总线接口芯片的RAM中，80C32的中断处理工作流程如图3所示。外部中断INTO为遥测路中断，每一次路中断从硬件端口读取一路遥测参数，该路遥测参数由PCM体制的数据流通过串并转换电路得到，通过软件参数“接收区域遥测标志”决定将遥测数据放入缓存区TM1或TM2；当80C32 P1.3口输入的帧同步信号为高时，判断一帧数据(128字节)接收完毕。如果一帧数据接收结束，则将其存放在遥测缓存区(TM1或TM2)中的数据和自身状态信息放入总线接口单元的RAM区中。其中，自身状态信息为80C32中运行的软件状态信息。

遥测***上与数管计算机相连的接口模块将码钟信号和帧同步信号送给数管计算机，数管计算机将组帧好的整星全帧遥测数据流送回遥测***，数管计算机与遥测***之间采用三线硬件接口，接口时序关系如图4所示。遥测***的接口模块送出帧同步信号和码同步信号给数管计算机，帧同步信号的上升沿、下降沿均与码同步信号的上升沿对齐，遥测***在每帧的最后一个字节输出帧同步信号，宽度为8个码位，帧同步信号的下降沿表明下一帧数据的起始。数管计算机组帧形成的整帧遥测数据流，在帧同步信号的下降沿(即下一帧的起始时刻)输出给遥测***，输出时每字节的高位在前，低位在后，数据位与遥测***提供的码同步信号的上升沿对齐。

如图5所示，本发明的应急/正常模式切换模块包括第一触发器1D1A、和第二触发器2D1A。第一触发器1D1A的输出正Q端连接第一三态缓冲输出门1D2的控制端，第二触发器2D1A的输出负Q端连接第二三态缓冲输出门2D2的控制端。正常工作模式指令通过电阻R115输入至第一触发器1D1A的R端，正常工作模式指令通过电阻R119输入至第二触发器2D1A的R端；应急工作模式指令通过电阻R123输入至第一触发器1D1A的S端，应急工作模式指令通过电阻R113输入至第二触发器2D1A的S端，通过正常工作模式指令和应急工作模式指令可控制第一触发器1D1A和第二触发器2D1A的输出Q端。第一触发器1D1A的D端和CLK端通过电阻R130接地；第二触发器2D1A的D端和CLK端通过电阻R133接地。电容C38的一端分别与第一触发器1D1A的R端和电阻R116的一端相连、电容C38的另一端与电容C39串联后接地，电阻R116的另一端接地。电容C34的一端分别与第一触发器1D1A的S端和电阻R112的一端相连、电容C34的另一端与电容C35串联后接地，电阻R112的另一端接地。电容C40的一端分别与第二触发器2D1A的R端和电阻R124的一端相连、电容C40的另一端与电容C41串联后接地，电阻R124的另一端接地。电容C36的一端分别与第二触发器2D1A的S端和电阻R120的一端相连、电容C36的另一端与电容C37串联后接地，电阻R120的另一端接地。“正常遥测工作模式”和“应急遥测工作模式”指令输入端设置电阻电容组成的滤波网络，能够抗外部脉冲干扰，防止触发器误触发，提高电路的可靠性。

正常工作模式指令和应急工作模式指令均为单脉冲形式的指令，脉冲为高电平，脉宽为104ms。当数管计算机工作正常时，发出正常工作模式指令。当数管计算机工作异常时，发出应急工作模式指令。

应急/正常模式切换模块初始上电时，第一触发器1D1A的输出正Q端输出为“低”，有效控制三态输出门1D2输出；第二触发器2D1A的输出负Q端输出为“高”，禁止三态输出门2D2输出，因此1D2输出的正常遥测数据能够传输出去，此时遥测为正常工作模式。通过“正常遥测工作模式”和“应急遥测工作模式”指令可以改变遥测工作模式。当应急/正常模式切换模块接收到“应急遥测工作模式”指令时，第二触发器2D1A提供应急工作模式控制信号，其输出负Q端(2脚)输出为“低”，控制三态输出门2D2能有效输出，使其输出应急遥测数据；而第一触发器1D1A的1脚输出为“高”，禁止三态输出门1D2输出，因此输出的是应急数据，此时遥测为应急工作模式。

为了满足整星遥测2种工作模式的需要又能保证星地接口的一致性，本发明对应急遥测格式进行了设计，使得在正常遥测工作模式和应急遥测工作模式下，地面测控对两种遥测格式的解析保持一致。

在应急遥测工作模式下，应急遥测格式的编排由遥测***中PCM遥测模块完成，一帧有128路波道，具体的格式编排见表1。在正常遥测工作模式下，AOS遥测体制下PCA-PDU的编排由数管计算机完成，一帧同样为128字节。根据《高级在轨***网络和数据链路第一部分：数据结构》(GJB5823.1-2006)中规定的物理信道访问协议数据单元(PCA-PDU)中的数据结构要求，AOS遥测体制下的PCA-PDU数据结构见表2。

表1应急遥测格式编排

表2AOS遥测体制PCA-PDU数据结构

应急遥测格式编排和AOS遥测体制数据格式编排的对应关系如下：

波道0～3：都占用4字节，为同步码1ACFFC1D。地面测控对两种遥测格式波道0～3的解析方法相同。

波道4～5：都占用2字节，为版本号+卫星标识+虚拟信道识别。版本号占用2bits均为01，卫星标识号均占用8bits，虚拟信道识别均占用6bit。地面测控对两种遥测格式波道4～5的解析方法相同。

波道6～8：遥测***将应急遥测格式编排为遥测状态字，AOS遥测体制数据格式编排为虚拟信道帧计数，都占用3字节。地面测控对两种遥测格式波道6～8的解析方法相同。

波道9：都为标志域。地面测控对两种遥测格式波道9的解析方法相同。

波道10～11：都为***域。地面测控对两种遥测格式波道10～11的解析方法相同。

波道12～125：都为数据域。地面测控对两种遥测格式数据域解析的目标位置完全相同，两种遥测格式数据域内容有所差别，应急遥测格式数据域内容反映整星所有重要部件的硬件健康状态，AOS遥测体制数据格式数据域内容除包括整星所有重要部件的硬件健康状态外，还包括星上各软件的运行状态和参数。地面测控软件对两种数据域内容进行解析并得到相应的遥测数据。

波道126～127：都占用2字节，为差错控制域。地面测控对两种遥测格式波道126～127的解析方法相同。

从上面可以看出，应急遥测格式编排和AOS遥测体制数据格式编排一致，除数据域的遥测数据内容有差别外，地面测控对两种遥测格式的解析方法完全相同。这种应急遥测格式的编排便于地面测控对遥测进行处理，保证了两种遥测体制地面测控处理的协调性。

本发明应急遥测格式编排和AOS遥测体制数据格式编排一致，除数据域的遥测数据内容有差别外，地面测控对两种遥测格式的解析方法完全相同，从而便于地面测控对遥测的解析和处理。在两种格式切换时，地面设备无需进行任何动作，保证了两种遥测体制地面测控处理的协调性。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims

1.一种兼容AOS体制及PCM体制的卫星一体化遥测***，包括PCM遥测模块，和遥测加密、调制模块；其特征在于，还包括中央处理模块、与数管计算机的接口模块、应急/正常模式切换模块；PCM遥测模块输出路同步信号、帧同步信号和PCM体制的数据流；所述路同步信号、帧同步信号发送至中央处理模块，PCM体制的数据流输入至中央处理模块，同时PCM体制的数据流输入至第二三态输出门；中央处理模块通过1553B总线与数管计算机相连，将接收的PCM体制的数据流和自身状态信息发送至数管计算机；所述与数管计算机的接口模块接收数管计算机发送的AOS体制的遥测数据流并将该AOS体制的数据流发送至第一三态输出门；应急/正常模式切换模块对第一三态输出门和第二三态输出门进行控制，当接收到正常模式控制指令时，将AOS体制的遥测数据流输出至遥测加密、调制模块，当接收到应急模式控制指令时，将PCM体制的数据流输出至遥测加密、调制模块；遥测加密、调制模块对接收到的数据流进行加密和调制，并输出至应答机。

2.根据权利要求1所述的卫星一体化遥测***，其特征在于，所述中央处理模块包括单片机、1553B总线接口单元、和串/并转换电路。

3.根据权利要求1所述的卫星一体化遥测***，其特征在于，所述应急/正常模式切换模块包括第一触发器1D1A、和第二触发器2D1A；第一触发器1D1A的输出正Q端连接第一三态输出门的控制端，第二触发器2D1A的输出负Q端连接第二三态输出门的控制端；正常工作模式指令输入至第一触发器1D1A和第二触发器2D1A的R端，应急工作模式指令输入至第一触发器1D1A和第二触发器2D1A的S端；通过正常工作模式指令和应急工作模式指令控制第一触发器1D1A和第二触发器2D1A的正Q端、负Q端输出的信号。

4.根据权利要求1所述的卫星一体化遥测***，其特征在于，所述PCM体制的数据流的格式编排和AOS体制的遥测数据流的格式编排一致。