CN109283853A - 一种空间载荷遥控数据传输***及方法 - Google Patents

一种空间载荷遥控数据传输***及方法 Download PDF

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张宁
吴瑾
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Abstract

本发明提供了一种空间载荷遥控数据传输***及方法，具有遥控数据的手动注入或按固定周期的自动注入功能，同时可以将遥控数据以外触发方式实现多路同步发送，对下位机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。这对空间载荷不同阶段接口仿真测试以及不同型号的接口测试都具有重要的意义和应用价值。

Description

一种空间载荷遥控数据传输***及方法
技术领域
本发明涉及空间载荷地面仿真测试领域，特别涉及一种空间载荷遥控数据传输***及方法
背景技术
空间载荷工作运行时，需要接收卫星平台转发的遥控指令和数据，并执行相应的操作并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与数据采集。在空间载荷研制过程中，卫星平台不可能为空间载荷发送遥控注入信息，为此需要研制专门的遥控数据注入设备，用于空间载荷的电子学仿真测试。在测试期间，空间载荷需要接收多路遥控注入数据，并执行相应的操作，从而完成对机械单元的同步控制和数据采集。多路注入数据需要高时间精度的同步发送，且测试期间的遥控注入数据复杂多样，需要做专门的设计，以满足需求，而目前还没有相应的装置提供。
发明内容
本发明实施例提供了一种空间载荷遥控数据传输***及方法，具有遥控数据的手动注入或按固定周期的自动注入功能，同时可以将遥控数据以外触发方式实现多路同步发送，对下位机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。这对空间载荷不同阶段接口仿真测试以及不同型号的接口测试都具有重要的意义和应用价值。
第一方面，本发明提供一种空间载荷遥控数据传输***，所述***包括：
数据组包上位机，用于采用动态配置方式完成遥控数据的组包并生成数据文件；
数据发送下位机，包括数据发送单元和外触发时钟源，用于接收所述数据组包上位机发送的所述数据文件并解析得到遥控数据，通过所述数据发送单元输出遥控数据至多台待测设备，同时由外触发时钟源输出多路数据外同步信号至多台待测设备。
可选地，所述数据发送下位机还包括数据接收与解析单元、数据控制单元，所述数据接收与解析单元接收所述数据组包上位机发送的数据文件，判断文件格式合法后解析生成遥控数据，并将所述遥控数据写入所述数据发送单元的FIFO，所述外触发时钟源周期性地产生多路注入遥控数据外同步信号，所述数据控制单元捕获所述外同步信号时在预设时间后触发串行数据发送事件，所述数据发送单元发送所述遥控数据。
可选地，所述数据发送单元用于当有串行数据发送事件时将FIFO中字节流数据按位由高到低发出。
可选地，遥控数据包括选通信号、码同步信号和数据信号，当有数据发送时，所述选通信号拉低，并开始输出固定频率的方波信号作为所述码同步信号，所述数据信号在码同步信号下降沿发送数据，数据发送完成后，拉高选通信号、码同步信号和数据信号，完成一包遥控数据的串行输出。
可选地，所述数据组包上位机将遥控数据生成数据文件传输至数据发送下位机，所述数据发送下位机接收并解析得到遥控数据，并在接收到外触发信号后的可控时间内发送所述遥控数据。
可选地，当按固定周期的自动注入串行发送，所述数据组包上位机按固定周期自动生成数据文件并发送，包括自动填充包头内容，在指定路径内依次读取二进制文件并填充数据域内容。
可选地，所述数据文件采用XML文件，所述数据发送单元采用NI公司的FPGA板卡PXI-7854R，板卡时钟选用40MHz晶振时钟，所述外触发时钟源选用GPS天线、NI公司的PXI-6683H及PXI-6674T产生周期为1s的触发信号，所述数据发送下位机采用美国NI公司的PXI机箱及控制器，机箱型号PXIe-1082，控制器型号为PXIe-8135，数据组包上位机选用戴尔公司商业计算机OptiPlex 5050。
第二方面，本发明提供一种空间载荷遥控数据传输方法，应用于如上述的空间载荷遥控数据传输装置，所述方法包括：
数据组包上位机通过动态配置方式对遥控数据进行组包并完成循环冗余编码校验后生成数据文件；
数据接收与解析单元接收所述数据组包上位机传输的数据文件，对所述数据文件进行文件格式合法性校验通过后解析生成遥控数据，将所述遥控数据写入数据发送单元的FIFO中；
外触发时钟源周期性产生多路注入数据外同步信号，数据控制单元捕获所述外同步信号时在预设时间后触发串行数据发送事件；
所述数据发送单元在检测到串行数据发送事件时将FIFO中的遥控数据按照预定规则向多个待测设备进行发出，所述预定规则为遥控数据的字节流数据按位由高到低发出。
可选地，所述遥控数据包括选通信号、码同步信号以及数据信号，当有数据发送时，所述选通信号拉低，并开始输出固定频率的方波信号作为所述码同步信号，所述数据信号在码同步信号下降沿发送数据，数据发送完成后，拉高选通信号、码同步信号和数据信号，完成一包遥控数据的串行输出。
可选地，所述方法还包括：
所述数据组包上位机组包将遥控数据生成数据文件传输至数据发送下位机，所述数据发送下位机接收并解析得到遥控数据，并在接收到外触发信号后的可控时间内发送所述遥控数据，对于按固定周期的自动注入串行发送，数据组包上位机按固定周期自动生成数据文件并发送，包括自动填充包头内容，在指定路径内依次读取二进制文件并填充数据域内容。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明提出的一种空间载荷遥控数据传输***及方法，采用动态配置方式灵活实现数据组包过程，具有二进制文件的载入与CRC校验功能，手动或按固定周期的自动注入功能，以及可扩展的多路数据串行发送功能，具有良好的通用性和便捷性。采用XML文件形式和TCP/IP协议传输方式实现遥控数据传输，降低了对传输数据格式的约束，可扩展性好，同时又确保了文件传输的可靠性。数据传输下位机基于FPGA板块实现串行422总线接口的同步串行输出，同时解决了缺少接口芯片的制约，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。且多路注入数据的时间同步精度高。对下位机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。这对空间载荷不同阶段接口仿真测试以及不同型号的接口测试都具有重要的意义和应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例中空间载荷遥控数据传输***一种实现方式的***结构图；
图2是本发明实施例中空间载荷遥控数据传输***一种实现方式的数据包内容组成示意图；
图3是本发明实施例中空间载荷遥控数据传输***一种实现方式的一路数据传输下位机***结构图；
图4是本发明实施例中空间载荷遥控数据传输***一种实现方式的串行数据信号格式图；
图5是本发明实施例中空间载荷遥控数据传输方法一种实现方式的流程图。
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、***、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、图2和图3所示，本发明提供一种空间载荷遥控数据传输***，所述***包括：
数据组包上位机，用于采用动态配置方式完成遥控数据的组包并生成数据文件，具体地，数据组包上位机通过动态配置方式实现组包过程并完成循环冗余编码(CyclicRedundancy Check，CRC)校验。遥控数据的数据包内容由包头、数据域、校验码三部分组成，其中，包头内容共m位(m＞0，依实际情况而定)，通过界面输入方式填充，数据域内容具备二进制文件载入和界面输入两种方式，校验码内容根据上述包头和数据域的数据内容自动生成。最终将遥控数据内容生成XML格式数据文件。
数据发送下位机，包括数据发送单元和外触发时钟源，用于接收所述数据组包上位机发送的所述数据文件并解析得到遥控数据，通过所述数据发送单元输出所述遥控数据至多台待测设备，同时由外触发时钟源输出多路数据外同步信号至多台待测设备，多台待测设备可以包括待测设备1、待测设备2，……，待测设备n。
数据发送下位机还包括数据接收与解析单元、数据控制单元，所述数据接收与解析单元接收所述数据组包上位机发送的数据文件，判断文件格式合法后解析生成遥控数据，并将所述遥控数据写入所述数据发送单元的先入先出队列(First input firstoutput，FIFO)，所述外触发时钟源周期性地产生多路注入遥控数据外同步信号，所述数据控制单元捕获所述外同步信号时在预设时间后触发串行数据发送事件，所述数据发送单元发送所述遥控数据。
具体地，图1中，U1采用动态配置方式灵活实现遥控数据组包过程，具有手动或按固定周期的自动注入功能，具有良好的通用性和便捷性。U2可扩展至多路设备的串行数据发送，且多路外触发信号时间同步精度高。U1和U2间的遥控数据传输采用XML文件形式和TCP/IP协议传输方式实现。U2基于FPGA板块实现同步串行输出，摆脱了缺少总线芯片的制约，具有很好的可编程特性，可应用于空间载荷不同阶段接口仿真测试以及不同型号的接口测试任务。
本发明实施例提供了一种空间载荷遥控数据传输***，具有遥控数据的手动注入或按固定周期的自动注入功能，同时可以将遥控数据以外触发方式实现多路同步发送，对下位机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。这对空间载荷不同阶段接口仿真测试以及不同型号的接口测试都具有重要的意义和应用价值。
具体地，所述数据发送单元用于当有串行数据发送事件时将FIFO中字节流数据按位由高到低发出。
结合图4所示，遥控数据包括选通信号、码同步信号和数据信号，当有数据发送时，所述选通信号拉低，并开始输出固定频率的方波信号作为所述码同步信号，所述数据信号在码同步信号下降沿发送数据，数据发送完成后，拉高选通信号、码同步信号和数据信号，完成一包遥控数据的串行输出。
具体地，所述数据组包上位机将遥控数据生成数据文件传输至数据发送下位机，所述数据发送下位机接收并解析得到遥控数据，并在接收到外触发信号后的可控时间内发送所述遥控数据。
可选地，当按固定周期的自动注入串行发送，所述数据组包上位机按固定周期自动生成数据文件并发送，包括自动填充包头内容，在指定路径内依次读取二进制文件并填充数据域内容。
可选地，所述数据文件采用XML文件，所述数据发送单元采用NI公司的FPGA板卡PXI-7854R，板卡时钟选用40MHz高精度晶振时钟，所述外触发时钟源选用GPS天线、NI公司的PXI-6683H及PXI-6674T产生周期为1s的触发信号，可实现最多5路外触发信号输出，触发信号同步误差为ps级别。如有需要可增加PXI-6674T板卡，扩展多路外触发信号。
所述数据发送下位机采用美国NI公司的PXI机箱及控制器，机箱型号PXIe-1082，控制器型号为PXIe-8135，数据组包上位机选用戴尔公司商业计算机OptiPlex 5050。所述数据发送单元可实现最多32路设备的同步串行数据发送(每路设备信号均包含码同步信号、选通信号、数据信号)。
采用定时方式实现可设周期的自动注入功能。自动注入的数据组包时，包头内容按固定逻辑生成，比如包序号的自动累加。数据域内容在可选的路径按顺序读取二进制文件方式获取。CRC校验支持多种校验形式，包括常用的CRC-16，CRC16-CCITT等。
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，本发明的电平转换电路基于74LVC4245芯片实现，同时保证信号的上升(下降)沿时间没有恶化。
本发明提出的一种空间载荷遥控数据传输***，采用动态配置方式灵活实现数据组包过程，具有二进制文件的载入与CRC校验功能，手动或按固定周期的自动注入功能，以及可扩展的多路数据串行发送功能，具有良好的通用性和便捷性。采用XML文件形式和TCP/IP协议传输方式实现遥控数据传输，降低了对传输数据格式的约束，可扩展性好，同时又确保了文件传输的可靠性。数据传输下位机基于FPGA板块实现串行422总线接口的数据输出，选用板载40MHz时钟，时间精度高。同时解决了缺少接口芯片的制约，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。且多路外触发信号的时间同步精度高。对下位机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。这对空间载荷不同阶段接口仿真测试以及不同型号的接口测试都具有重要的意义和应用价值。
结合图5所示，相应地，本发明提供一种空间载荷遥控数据传输方法，应用于如上述的空间载荷遥控数据传输装置，所述方法包括：
S101、数据组包上位机通过动态配置方式对遥控数据进行组包并完成CRC循环冗余编码校验后生成数据文件；
S102、数据接收与解析单元接收所述数据组包上位机传输的数据文件，对所述数据文件进行文件格式合法性校验通过解析生成遥控数据，将所述遥控数据写入数据发送单元的FIFO中；
S103、外触发时钟源周期性产生多路注入数据外同步信号，数据控制单元捕获所述外同步信号时在预设时间后触发串行数据发送事件；
S104、所述数据发送单元在检测到串行数据发送事件时将FIFO中的遥控数据按照预定规则向多个待测设备进行发出，所述预定规则为遥控数据的字节流数据按位由高到低发出。
可选地，所述遥控数据包括选通信号、码同步信号以及数据信号，当有数据发送时，选通信号拉低，并开始输出固定频率的方波信号作为码同步信号，数据信号在码同步信号下降沿发送数据，数据发送完成后，拉高选通信号、码同步信号和数据信号，完成一包遥控数据的串行输出。
可选地，所述方法还包括：
所述数据组包上位机组包将遥控数据生成数据文件传输至数据发送下位机，所述数据发送下位机接收并解析得到遥控数据，并在接收到外触发信号后的可控时间内发送遥控数据，对于按固定周期的自动注入串行发送，数据组包上位机按固定周期自动生成数据文件并发送，包括自动填充包头内容，在指定路径内依次读取二进制文件并填充数据域内容。
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***，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。
本发明实施例提供了一种空间载荷遥控数据传输方法，具有遥控数据的手动注入或按固定周期的自动注入功能，同时可以将遥控数据以外触发方式实现多路同步发送，对下位机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。这对空间载荷不同阶段接口仿真测试以及不同型号的接口测试都具有重要的意义和应用价值。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***，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***，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，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、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传输***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。

Claims (10)

1.一种空间载荷遥控数据传输***，其特征在于，所述***包括：
数据组包上位机，用于采用动态配置方式完成遥控数据的组包并生成数据文件；
数据发送下位机，包括数据发送单元和外触发时钟源，用于接收所述数据组包上位机发送的所述数据文件并解析得到遥控数据，通过所述数据发送单元输出遥控数据至多台待测设备，同时由外触发时钟源输出多路外同步信号至多台待测设备。
2.根据权利要求1所述的空间载荷遥控数据传输***，其特征在于，所述数据发送下位机还包括数据接收与解析单元、数据控制单元，所述数据接收与解析单元接收所述数据组包上位机发送的数据文件，判断文件格式合法后解析生成遥控数据，并将所述遥控数据写入所述数据发送单元的先入先出队列FIFO，所述外触发时钟源周期性地产生多路注入遥控数据外同步信号，所述数据控制单元捕获所述外同步信号时在预设时间后触发串行数据发送事件，所述数据发送单元发送所述遥控数据。
3.根据权利要求2所述的空间载荷遥控数据传输***，其特征在于，所述数据发送单元用于当有串行数据发送事件时将FIFO中的字节流数据按位由高到低发出。
4.根据权利要求1所述的空间载荷遥控数据传输***，其特征在于，遥控数据包括选通信号、码同步信号和数据信号，当有数据发送时，所述选通信号拉低，并开始输出固定频率的方波信号作为所述码同步信号，所述数据信号在码同步信号下降沿发送数据，数据发送完成后，拉高选通信号、码同步信号和数据信号，完成一包遥控数据的串行输出。
5.根据权利要求1所述的空间载荷遥控数据传输***，其特征在于，所述数据组包上位机将遥控数据生成数据文件传输至数据发送下位机，所述数据发送下位机接收并解析得到遥控数据，并在接收到外触发信号后的可控时间内发送所述遥控数据。
6.根据权利要求1所述的空间载荷遥控数据传输***，其特征在于，当按固定周期进行自动注入串行发送，所述数据组包上位机按固定周期自动生成数据文件并发送，包括自动填充包头内容，在指定路径内依次读取二进制文件并填充数据域内容。
7.根据权利要求2所述的空间载荷遥控数据传输***，其特征在于，所述数据文件采用XML文件，所述数据发送单元采用NI公司的FPGA板卡PXI-7854R，板卡时钟选用40MHz晶振时钟，所述外触发时钟源选用GPS天线、NI公司的PXI-6683H及PXI-6674T产生的周期为1s的触发信号，所述数据发送下位机采用美国NI公司的PXI机箱及控制器，机箱型号PXIe-1082，控制器型号为PXIe-8135，数据组包上位机选用戴尔公司商业计算机OptiPlex5050。
8.一种空间载荷遥控数据传输方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6中任一项所述的空间载荷遥控数据传输装置，所述方法包括：
数据组包上位机通过动态配置方式对遥控数据进行组包并完成循环冗余编码CRC校验后生成数据文件；
数据接收与解析单元接收所述数据组包上位机传输的数据文件，对所述数据文件进行文件格式合法性校验通过解析生成遥控数据，将所述遥控数据写入数据发送单元的先入先出队列FIFO中；
外触发时钟源周期性产生多路注入数据外同步信号，数据控制单元捕获所述外同步信号时在预设时间后触发串行数据发送事件；
所述数据发送单元在检测到串行数据发送事件时将FIFO中的遥控数据按照预定规则向多个待测设备进行发出，所述预定规则为遥控数据的字节流数据按位由高到低发出。
9.根据权利要求8所述的空间载荷遥控数据传输方法，其特征在于，所述遥控数据包括选通信号、码同步信号以及数据信号，当有数据发送时，所述选通信号拉低，并开始输出固定频率的方波信号作为所述码同步信号，所述数据信号在码同步信号下降沿发送数据，数据发送完成后，拉高选通信号、码同步信号和数据信号，完成一包遥控数据的串行输出。
10.根据权利要求8所述的空间载荷遥控数据传输方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述数据组包上位机将遥控数据生成数据文件传输至数据发送下位机，所述数据发送下位机接收并解析得到遥控数据，并在接收到外触发信号后的可控时间内发送遥控数据，对于按固定周期的自动注入串行发送，数据组包上位机按固定周期自动生成数据文件并发送，包括自动填充包头内容，在指定路径内依次读取二进制文件并填充数据域内容。
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