CN108449248A - 一种航天器组合体的信息***架构设计方法 - Google Patents

一种航天器组合体的信息***架构设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种航天器组合体的信息***架构设计方法，包括：S1.设计各航天器的信息传输链路，使各航天器连接为组合体后所述信息传输链路相互连通；S2.基于所述信息传输链路设计各航天器的遥测遥控链路，使各航天器连接为组合体后所述遥测遥控链路相互连通。通过构建各个航天器的物理连接通路，搭建了航天器之间消息交互的通路。通过各航天器中的平台总线***，满足了各航天器独立飞行状态下的通信及数据交换要求。同时，通过对接总线***和数据收发总线***，使各航天器中的平台总线***相互连接，实现组合体信息联网。通过上述设置，即可保证了组合体基于上述***构成的信息传输链路用于航天器组合体的数据信息的共享和统一控制。

Description

一种航天器组合体的信息***架构设计方法
技术领域
本发明涉及一种信息***架构设计方法，尤其涉及一种航天器组合体的信息***架构设计方法。
背景技术
航天器信息***作为支持航天器在轨飞行任务的重要功能***，采用总线、网络、无线射频通讯等技术完成内部各功能单元之间的信息管理，以及与地面等外部***的通信管理，确保航天器的健康和稳定运行，支持各项任务的完成。不同的航天器由于任务要求各异，信息***的设计也各不相同。当两个或者多个航天器完成空间交会对接后，形成了一个组合体航天器，简称组合体。对于在太空中刚性连接的组合体航天器，由于信息***设计的差异导致组合体的信息传输难以统一管理，容易导致传输的信息的混乱、丢失等。同时，对于载人航天器，还需要航天员对整个组合体状态的统一监控，由于***设计的差异使得航天员对整个组合体难以对整个组合体进行全面稳定的监控增加了载人飞行任务的难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航天器组合体的信息***架构设计方法，解决多个航天器连接为组合体后难以统一管理的问题。
为实现上述发明目的，本发明提供一种航天器组合体的信息***架构设计方法，包括：
S1.设计各航天器的信息传输链路，使各航天器连接为组合体后所述信息传输链路相互连通；
S2.基于所述信息传输链路设计各航天器的遥测遥控链路，使各航天器连接为组合体后所述遥测遥控链路相互连通。
根据本发明的一个方面，所述信息传输链路包括：
平台总线***，用于单个航天器中的通信；
对接总线***，用于各航天器连接为组合体后各航天器之间的通信；
数据收发总线***，用于单个航天器中的数据信息的管理以及各航天器连接为组合体后数据信息的统一管理。
根据本发明的一个方面，设计各航天器的信息传输链路的步骤中包括：
S11.分别设计各航天器中的平台总线***，以及各航天器连接为组合体后连接各平台总线***的对接总线***；
S12.选取一个航天器并设计其数据收发总线***，其中所述数据收发总线***管理的数据信息包括手控指令、遥测数据、遥控数据、通信数据、航天员生理数据以及各航天器的状态信息。
根据本发明的一个方面，各航天器连接为组合体后，将各航天器的通信数据、航天员生理数据以及各航天器的状态信息在所述信息传输链路上进行共享，以及在所述信息传输链路上进行手控指令、遥测数据、遥控数据的统一收发。
根据本发明的一个方面，各航天器连接为组合体后，所述数据收发总线***采用定时轮询的方式进行数据信息的收发。
根据本发明的一个方面，基于所述信息传输链路设计各航天器的遥测遥控链路的步骤中，选取具有数据收发总线***或者航天员驻留的航天器的遥测遥控链路与地面进行遥测数据和遥控数据的传输。
根据本发明的一个方面，所述遥测数据通过所述对接总线***汇集到所述数据收发总线***，通过所述数据收发总线***向地面传输；
由地面发送的所述遥控数据通过所述数据收发总线***接收，并通过所述对接总线***分发至各航天器。
根据本发明的一个方面，所述平台总线***和所述对接总线***分别采用1553B总线***；
所述数据收发总线***采用1394总线***，以及采用LVDS传输协议。
根据本发明的一个方面，步骤S1中，各航天器连接为组合体时，利用对接面上触点信号作为各航天器对接完成的状态标志，当各航天器均检测到所述触点信号，各航天器的所述信息传输链路相互连通。
根据本发明的一种方案，通过构建各个航天器的物理连接通路，搭建了航天器之间消息交互的通路。本发明通过各航天器中的平台总线***，满足了各航天器独立飞行状态下的通信及数据交换要求。同时，通过设计各航天器构建为组合体时的对接总线***和数据收发总线***，使各航天器中的平台总线***相互连接，实现组合体信息联网。通过上述设置，即可保证了组合体基于上述***构成的信息传输链路用于航天器组合体的数据信息的共享和统一控制，非常有效的降低了对组合体控制的难度。
根据本发明的一种方案，本发明基于信息传输链路将各航天器的数据信息在组合体中进行共享，从而实现了航天员在任意一个航天器中对组合体的统一监视。同时，基于信息传输链路还可在任意一个航天器中对组合体发送手控指令，从而保证了在任意一个航天器中对组合体的统一控制。通过上述设置，进一步降低了对组合体的控制难度和监视难度。
根据本发明的一种方案，基于信息传输链路将各航天器的遥测遥控链路进行统一，采用统一的遥测遥控链路实现与地面遥测数据和遥控数据的传输，从而减小了地面对组合体统一监控和控制的难度，同时，通过统一的遥测遥控链路进行遥测数据和遥控数据的传输，降低了传输过程中数据混乱、丢失的情况，进一步有利于监视和控制组合体的运行状态，保证了飞行任务的顺利进行。
附图说明
图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的信息***架构设计方法的步骤框图；
图2示意性表示根据本发明的一种实施方式的组合体的结构图；
图3示意性表示根据本发明的一种实施方式的对接总线***的结构图；
图4示意性表示根据本发明的一种实施方式的组合体的进行数据共享和统一控制的结构图；
图5示意性表示根据本发明的一种实施方式的组合体的进行遥测数据传输的结构图；
图6示意性表示根据本发明的一种实施方式的组合体的进行遥控数据传输的结构图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的航天器组合体的信息***架构设计方法，包括：
S1.设计各航天器的信息传输链路，使各航天器连接为组合体后信息传输链路相互连通；
S2.基于信息传输链路设计各航天器的遥测遥控链路，使各航天器连接为组合体后遥测遥控链路相互连通。
结合附图所示，对本发明的方法进行详细阐述，其中以两个航天器构成组合体为例进行说明。
如图2所示，根据本发明的一种实施方式，信息传输链路包括平台总线***1、对接总线***2和数据收发总线***3。在本实施方式中，平台总线***1用于单个航天器中的通信，平台总线***1分别与单个航天器中的各分***进行连接，保证各分***之间的通信连接。对接总线***2用于各航天器连接为组合体后各航天器之间的通信。数据收发总线***3用于单个航天器中的数据信息的管理以及各航天器连接为组合体后数据信息的统一管理。
根据本发明的一种实施方式，步骤S1包括：
S11.分别设计各航天器中的平台总线***1，以及各航天器连接为组合体后连接各平台总线***1的对接总线***2；
如图2所示，根据本发明的一种实施方式，采用对接航天器和目标航天器两个航天器连接成为组合体。在本实施方式中，平台总线***1采用1553B总线***。对接总线***2采用1553B总线***。在本实施方式中，在对接航天器和目标航天器中均具有平台总线***1。
结合图2和图3所示，在对接航天器中平台总线***1分别与不同的分***进行连接，例如数据管理分***、仪表与照明分***、环控分***、乘员分***热控分***、测控与通信分***和控制分***。控制分***中还具有推进单元、应急救生单元、电源和回收与着陆单元。通过平台总线***1将上述分***连接后，保证了各分***之间在同一总线***上进行通信。结合图2和图3所示，对接总线***2与对接航天器中的平台总线***1相连接。在本实施方式中，对接总线***2可通过与对接航天器中的的数据管理分***相连接实现对接总线***2与平台总线***1的连接。
结合图2和图3所示，在目标航天器中的平台总线***1同样分别与不同的分***进行连接，例如数据管理分***、空间技术试验分***、乘员分***、热控分***、仪表与照明分***、环控与生保分***、测控与通信分***和控制分***。控制分***中还具有推进单元和电源。在目标航天器中推进单元和电源同时与平台总线***1相连接。通过平台总线***1将上述分***连接后，保证了各分***之间在同一总线***上进行通信。结合图2和图3所示，对接总线***2与目标航天器中的平台总线***1相连接。在本实施方式中，对接总线***2可通过与目标航天器中的的数据管理分***相连接实现对接总线***2与平台总线***1的连接。
结合图2和图3所示，根据本发明的一种实施方式，对接总线***2包括对接总线控制器21、对接总线RT22、对接总线开关23以及总线线缆24。在本实施方式中，对接航天器和目标航天器通过对接机构对接后构成组合体。对接航天器和目标航天器构成组合体后，对接总线***2将两个航天器中的平台总线***1连通，从而实现了组合体中通信的相互连通。
结合图2和图3所示，根据本发明的一种实施方式，在对接航天器和目标航天器中分别具有对接总线***2的一部分。在本实施方式中，在对接航天器中具有对接总线RT22、对接总线开关23以及总线线缆24。对接总线RT22通过总线线缆24分别与对接航天器中的平台总线***1和对接总线开关23相连。对接总线开关23通过总线线缆24与对接航天器上的对接机构的第一对接面A相连。在目标航天器中具有对接总线控制器21、对接总线开关23以及总线线缆24。对接总线控制器21通过总线线缆24分别与目标航天器中的平台总线***1和对接总线开关23相连。对接总线开关23通过总线线缆24与目标航天器上的对接机构的第二对接面B相连。两个航天器构成的组合体通过第一对接面A和第二对接面B的相互接触实现对接总线***2的连通，进而实现两个航天器中的平台总线***1连通。
S12.选取一个航天器并设计其数据收发总线***，其中数据收发总线***管理的数据信息包括手控指令、遥测数据、遥控数据、通信数据、航天员生理数据以及各航天器的状态信息。
如图2所示，根据本发明的一种实施方式，选取目标航天器设置数据收发总线***3。在本实施方式中，数据收发总线***3采用1394总线***，以及采用LVDS传输协议。在本实施方式中，在目标航天器中数据收发总线***3通过与不同的分***进行连接，例如数据管理分***、空间技术试验分***、乘员分***、试验装置和有效载荷等。数据收发总线***3与两个航天器中的平台总线***1实现电连接，从而实现了对平台总线***1上传输的数据信息进行采集并统一管理，以及数据收发总线***3还可以通过平台总线***1向两个航天器中的不同分***进行数据信息的下发。通过数据收发总线***3实现了对多个航天器的组合体的数据信息的集中管理。在本实施方式中，数据信息包括手控指令、遥测数据、遥控数据、通信数据、航天员生理数据以及各航天器的状态信息。
结合图2和图4所示，根据本发明的一种实施方式，各航天器连接为组合体后，将各航天器的通信数据、航天员生理数据以及各航天器的状态信息在信息传输链路上进行共享。在本实施方式中，通过第一对接面A和第二对接面B的接触使对接总线***2接通，从而使对接航天器和目标航天器中的平台总线***1相互连通。在本实施方式中，两个航天器相互连接构成组合体后，目标航天器的操作模式转为组合体模式。对接总线***2中的对接总线控制器21开始以固定间隔读取对接航天器和目标航天器中平台总线***1传输的数据信息。对接航天器中的数据信息通过对接总线RT22传输到对接总线控制器21，目标航天器中数据信息直接被传输到对接总线控制器21。两个航天器中的平台总线***1中传输的数据信息均为航天器中的分***提供，其主要为航天器的状态信息、通信数据和航天员生理数据。对接总线控制器21将获取的两个航天器中的数据信息通过对接总线***2共享传输，从而实现对接航天器的数据信息在目标航天器中的共享，以及目标航天器的数据信息在对接航天器中的共享。在本实施方式中，对接总线控制器21将获取的两个航天器中的数据信息通过对接总线***2共享传输时，数据收发总线***3接收对接总线控制器21获取的数据信息，通过数据收发总线***3将收集的两个航天器中的数据信息进行集中管理。需要指出的是，当目标航天器转为独立运行模式后，目标航天器停止相对接航天器中发送数据信息，并且停止读取对接航天器中的数据信息。
根据本发明的一种实施方式，各航天器连接为组合体后，通过对接总线***2进行手控指令、遥测数据、遥控数据的传输。在本实施方式中，假定航天员在对接航天器中向目标航天器发送手控指令。结合图2和图4所示，航天员通过航天器中的分***发起手控指令，对接航天器中的平台总线***1将手控指令传输到对接总线***2的对接总线RT22，对接总线RT将服务请求标志置位，对接总线控制器21每隔一定时间间隔向对接航天器中的对接总线RT22轮询服务请求。当发现有服务请求，则从对接总线RT22处将航天员在对接航天器中发送的手控指令采集过来。
根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，各航天器的遥测遥控链路基于信息传输链路设置。在本实施方式中，各航天器的遥测遥控链路分别与各航天器中的平台总线***1相连接。通过遥测遥控链路与平台总线***1相连接，有利于遥测数据的及时向地面下发，以及由地面发送的遥控数据及时的传输到航天器中的各分***中。同时，当各航天器构成组合体时，还可通过平台总线***1和对接总线***2对遥测数据和遥控数据进行统一传输，方便组合体中遥测数据和遥控数据的统一管理。
结合图2、图5和图6所示，根据本发明的一种实施方式，选取具有数据收发总线***或者航天员驻留的航天器的遥测遥控链路与地面进行遥测数据和遥控数据的传输。在本实施方式中，选取目标航天器的遥控遥测链路与地面进行遥测数据和遥控数据的传输。两个航天器形成组合体后，对接航天器中的的数据管理分***会接收到数管遥测遥控开始转入停靠模式通信的指令信号，从而使对接航天器停止自身的遥测遥控链路与地面进行数据传输。在本实施方式中，对接航天器的遥测遥控链路通过平台总线***1和对接总线***2与目标航天器中的遥测遥控链路相连通。对接航天器发送遥测数据和接收遥控数据均通过目标航天器的遥测和遥控链路实现。
结合图2和图5所示，根据本发明的一种实施方式，两个航天器构成组合体后，通过目标航天器的遥测遥控链路与地面进行遥测数据的传输。在本实施方式中，对接航天器上的分***产生遥测数据，遥测数据通过平台总线***1传输到对接总线***2，对接总线***2中的对接总线RT22接收到遥测数据，对接总线控制器21获取对接总线RT22传输的遥测数据，目标航天器中的数据收发总线***3回去传输的遥测数据，并将遥测数据通过目标航天器中的遥测遥控链路发送至蒂米娜的测控设备。在本实施方式中，对接总线控制器21获取对接总线RT22传输的遥测数据的过程中，采用定时轮询的方式进行采集。对接总线RT22获取传输的遥测数据，并将服务请求标志置位，对接总线控制器21每隔一定时间间隔向对接总线RT22轮询服务请求。如果发现有服务请求，则对接总线控制器21将对接总线RT22获取传输的遥测数据。
结合图2和图6所示，根据本发明的一种实施方式，两个航天器构成组合体后，由地面发送的遥控数据的通过目标航天器的遥测遥控链路进行接收。在本实施方式中，地面的测控设备产生遥控数据，目标航天的遥测遥控链路接收地面发送的遥控数据，并将接收的遥控数据发送到数据收发总线***3，数据收发总线***3将获取的遥控数据发送至对接总线控制器21，对接总线控制器21获取遥控数据后将遥控数据发送到对接航天器中的对接总线RT22，对接总线RT22将接收到的遥控数据通过对接航天器中的平台总线***1发送至航天器的分***中。在本实施方式中，对接总线控制器21接收到的遥控数据全部透明发送至对接总线RT22。
根据本发明的一种实施方式，各航天器连接为组合体时，利用对接面上触点信号作为各航天器对接完成的状态标志。在本实施方式中，对接航天器上的第一对接面A和目标航天器上的第二对接面B完成对接后，触发触点信号。当对接航天器和目标航天器均检测到触点信号时，对接航天器和目标航天器构成的组合体中的对接总线***2中相互连通，从而实现整个组合体的信息传输链路的连通。
上述内容仅为本发明的具体方案的例举，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。
以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种航天器组合体的信息***架构设计方法，包括：
S1.设计各航天器的信息传输链路，使各航天器连接为组合体后所述信息传输链路相互连通；
S2.基于所述信息传输链路设计各航天器的遥测遥控链路，使各航天器连接为组合体后所述遥测遥控链路相互连通。
2.根据权利要求1所述的信息***架构设计方法，其特征在于，所述信息传输链路包括：
平台总线***，用于单个航天器中的通信；
对接总线***，用于各航天器连接为组合体后各航天器之间的通信；
数据收发总线***，用于单个航天器中的数据信息的管理以及各航天器连接为组合体后数据信息的统一管理。
3.根据权利要求2所述的信息***架构设计方法，其特征在于，设计各航天器的信息传输链路的步骤中包括：
S11.分别设计各航天器中的平台总线***，以及各航天器连接为组合体后连接各平台总线***的对接总线***；
S12.选取一个航天器并设计其数据收发总线***，其中所述数据收发总线***管理的数据信息包括手控指令、遥测数据、遥控数据、通信数据、航天员生理数据以及各航天器的状态信息。
4.根据权利要求3所述的信息***架构设计方法，其特征在于，各航天器连接为组合体后，将各航天器的通信数据、航天员生理数据以及各航天器的状态信息在所述信息传输链路上进行共享，以及在所述信息传输链路上进行手控指令、遥测数据、遥控数据的统一收发。
5.根据权利要求4所述的信息***架构设计方法，其特征在于，各航天器连接为组合体后，所述数据收发总线***采用定时轮询的方式进行数据信息的收发。
6.根据权利要求3至5之一所述的信息***架构设计方法，其特征在于，基于所述信息传输链路设计各航天器的遥测遥控链路的步骤中，选取具有数据收发总线***或者航天员驻留的航天器的遥测遥控链路与地面进行遥测数据和遥控数据的传输。
7.根据权利要求6所述的信息***架构设计方法，其特征在于，所述遥测数据通过所述对接总线***汇集到所述数据收发总线***，通过所述数据收发总线***向地面传输；
由地面发送的所述遥控数据通过所述数据收发总线***接收，并通过所述对接总线***分发至各航天器。
8.根据权利要求2或7所述的信息***架构设计方法，其特征在于，所述平台总线***和所述对接总线***分别采用1553B总线***；
所述数据收发总线***采用1394总线***，以及采用LVDS传输协议。
9.根据权利要求1至5之一所述的信息***架构设计方法，其特征在于，步骤S1中，各航天器连接为组合体时，利用对接面上触点信号作为各航天器对接完成的状态标志，当各航天器均检测到所述触点信号，各航天器的所述信息传输链路相互连通。
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