CN112559041A - 一种地面直接指令与星上自主指令兼容处理方法 - Google Patents

一种地面直接指令与星上自主指令兼容处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种地面直接指令与星上自主指令兼容处理方法，包括：(1)星载遥控单元包括主份遥控模块与备份遥控模块，主份遥控模块与备份遥控模块工作在热备份模式下，接收地面发送的直接指令码与星载计算机发送的星上自主指令码。地面在发送两条直接指令码之间设置直接指令间隔，星载计算机发送两条自主指令码之间设置自主指令间隔，且设定直接指令间隔与自主指令间隔均不小于输出指令脉冲宽度；(2)在FPGA(或ASIC)中实现对自主指令的通道控制，对地面直接指令的优先级选择，对自主指令与直接指令的译码，通过指令队列控制器控制地面直接指令和星上自主指令的输出，实现地面直接指令和星上自主指令的兼容及有序输出。

Description

一种地面直接指令与星上自主指令兼容处理方法
技术领域
本发明属于卫星遥控技术领域，具体涉及一种地面直接指令与星上自主指令兼容处理方法。
背景技术
星载遥控单元(或者称作星载遥控设备)从两种通道分别接收地面直接指令(或者称作地面遥控指令)和星上自主指令(或者称作卫星程控命令)，经过解析译码后，输出指令控制航天器动作，此种控制方式可能会存在指令冲突的情况，产生丢失指令等非预期的结果，进而可能影响到航天器的安全，其中地面直接指令码由地面人员发送，直接控制航天器动作，星上自主指令码为航天器FDIR(故障检测、隔离和恢复)策略产生的指令。
现有技术多通过为地面直接指令和星上自主指令分别配置指令驱动电路的方式实现地面直接指令和星上自主指令兼容输出，缺点为增加硬件电路开销，导致设备体积重量增加，另外，由于采用两套指令驱动电路，地面直接指令和星上自主指令存在同时发送情况，对指令电源的输出功率要求翻倍，实际使用差；
另外，也有通过增加CPU协处理器，通过核心CPU电路与CPU协处理器之间的“允许”和“禁止”标志，CPU协处理器与星载遥控设备双机“忙闲”标志，作为握手信号，来解决地面直接指令和星上自主指令的冲突问题，但是，此种方式增加了星载计算机与星载遥控设备的指令传输环节，增加了硬件电路的复杂程度，从而也会降低其可靠性。
因此，亟待提出一种新型方法来有效解决地面直接指令和星上自主指令的冲突问题。
发明内容
本发明为解决现有技术中存在的缺陷，提供一种地面直接指令与星上自主指令兼容处理方法，减少硬件电路开销、降低设备体积，实现地面直接指令和星上自主指令的兼容及有序输出。
本发明是采用以下的技术方案实现的：一种地面直接指令与星上自主指令兼容处理方法，用于星载遥控单元，包括以下步骤：
步骤1、星载遥控单元包括主份遥控模块与备份遥控模块，主份遥控模块与备份遥控模块工作在热备份模式下，接收地面发送的直接指令码与星载计算机发送的星上自主指令码；
对地面发送两条相邻直接指令之间设置直接指令间隔，对星载计算机发送两条相邻自主指令设置自主指令间隔，且直接指令间隔和自主指令间隔均不小于输出指令脉冲宽度，所述输出指令脉冲宽指星载遥控单元输出指令的脉冲宽度；
步骤2、经过主份遥控模块和备份遥控模块的解析处理，分别对应的输出主份指令与备份指令，驱动指令负载动作，包括地面直接指令的优先级选择、直接指令译码与输出控制、星上自主指令的通道控制和自主指令译码与输出控制：
地面直接指令的优先级选择：根据航天器通用规则，对主份遥控模块与备份遥控模块设置不同的优先级顺序，并选择优先级最高的一路直接指令，进行后续直接指令译码与输出控制；
星上自主指令的通道控制：设置自主指令通道控制开关，当星上自主指令出现故障影响卫星正常工作时，发送“禁止自主指令”指令；当故障排除后，发送“使能自主指令”指令，使得自主指令传输至指令队列控制器；
指令队列控制器对于地面直接指令和星上自主指令采用先到先输出原则，如果同时到来，优先输出地面直接指令。
进一步的，所述步骤1中，所述备份遥控模块与主份遥控模块结构组成相同：
主份遥控模块包括两个电平转换模块、主份FPGA/ASIC模块、锁存器及指令驱动电路模块，两个电平转换模块分别对应的接收星载计算机和地面发送的星上自主指令和地面直接指令，经主份FPGA/ASIC模块处理后，经锁存器及指令驱动电路模块输出主份指令；
备份遥控模块包括两个电平转换模块、备份FPGA/ASIC模块、锁存器及指令驱动电路模块，两个电平转换模块分别对应的接收星载计算机和地面发送的星上自主指令和地面直接指令，经备份FPGA/ASIC模块处理后，经锁存器及指令驱动电路模块输出备份指令。
进一步的，所述步骤2中：
在主份FPGA/ASIC模块和备份FPGA/ASIC模块对地面直接指令和星上自主指令各设计了一个对应的指令码缓存器，允许缓存一条地面直接指令和一条星上自主指令；
指令输出控制逻辑复用，在主份FPGA/ASIC模块和备份FPGA/ASIC模块设置输出通道占用标识，输出指令过程中通道占用标识有效，完成指令输出后通道占用标识释放为空闲状态；新的指令到来时判断通道占用标识是否空闲，空闲时则执行，占用时则等待其释放。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本方案通过在发送两条地面直接指令码之间设置直接指令间隔，发送两条星上自主指令码之间设置自主指令间隔，且规定直接指令间隔与自主指令间隔均不小于输出指令脉冲宽度；并通过指令队列控制器控制地面直接指令和星上自主指令的输出，使得地面直接指令和星上自主指令可以有序输出，不丢失指令，减少硬件电路开销和设备体积、提高了集成度与可靠性；
指令队列控制器对于地面直接指令码和星上自主指令码先来先服务，利用遥控单元中的FPGA(或ASIC)，通过软件实现地面直接指令和星上自主指令的兼容及有序输出，避免了丢失指令等非预期的结果，星载计算机仅需要单方向向星载遥控单元发送自主指令，不再需要接收遥控单元发送的发送指令控制信号，用作逻辑控制，从而降低星载计算机的复杂度，进而实现地面直接指令和星上自主指令的兼容及有序输出。
附图说明
图1为本发明实施例所述主份遥控模块与备份遥控模块***组成框图；
图2为本发明实施例所指令队列控制器流程框图；
图3为本发明实施例指令情况①下输出指令队列示意图；
图4为本发明实施例指令情况②下输出指令队列示意图；
图5为本发明实施例指令情况③下输出指令队列示意图。
具体实施方式
为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例。
实施例，本方案提出一种适用于星载遥控单元的地面直接指令与星上自主指令兼容处理方法，星载遥控单元包括主份遥控模块与备份遥控模块，所述兼容处理方法具体包括以下步骤：
步骤1、主份遥控模块与备份遥控模块工作在热备份模式下，接收地面发送的直接指令码与星载计算机发送的星上自主指令码；
步骤2、经过解析处理，分别输出主份指令与备份指令，驱动指令负载动作。
其中，步骤1中，所述主份遥控模块与备份遥控模块功能相同，***组成框图如图1所示，所述主份遥控模块包括电平转换模块、主份FPGA(或ASIC)模块、锁存器及指令驱动电路模块，两个电平转换模块分别对应的接收星载计算机和地面发送的星上自主指令和地面直接指令，经主份FPGA(或ASIC)处理后，输出主份指令，备份遥控模块与主份遥控模块结构组成相同，在此不做赘述，具体的：
对地面发送两条相邻直接指令之间设置直接指令间隔，并对星载计算机发送两条相邻自主指令设置自主指令间隔，且直接指令间隔和自主指令间隔均不小于输出指令脉冲宽度，输出指令脉冲宽指星载遥控单元输出指令的脉冲宽度；地面直接指令和星上自主指令均经过电平转换后，成为FPGA(或ASIC)能够辨认的电平；
所述步骤2中，具体通过FPGA(或ASIC)实现遥控逻辑功能，包括：地面直接指令的优先级选择、直接指令译码与输出控制、星上自主指令的通道控制和自主指令译码与输出控制，并经指令队列控制器输出至锁存器；
(1)其中，地面直接指令的优先级选择根据航天器通用的规则，主份遥控模块与备份遥控模块设置不同的优先级顺序，四台应答机为例，主份遥控模块的优先级设置为应答机1—>应答机2—>程控—>应答机3—>应答机4，则备份遥控模块的优先级设置为应答机4—>应答机3—>程控—>应答机2—>应答机1，即选择优先级最高的一路直接指令，送后续进行直接指令译码与输出控制。
(2)在星上自主指令的通道控制模块设置自主指令通道控制开关，当星上自主指令出现故障影响卫星正常工作时，发送“禁止自主指令”指令，使得自主指令不再传输至指令队列控制器，防止星上故障扩散；当故障排除后，发送“使能自主指令”指令，使得自主指令传输至指令队列控制器。
指令队列控制器对于地面直接指令和星上自主指令采用先到先输出原则，如果同时到来，那么优先输出地面直接指令。FPGA(或ASIC)内部对直接指令和星上自主指令各设计了一个指令码缓存器，允许缓存一条地面直接指令和一条星上自主指令。指令输出控制逻辑复用，FPGA(或ASIC)设置输出通道占用标识，输出指令过程中通道占用标识有效，完成指令输出后通道占用标识释放为空闲状态。新的指令到来时需要判断通道占用标识是否空闲，空闲时则执行，占用时则等待其释放，以保证指令顺序输出。指令队列控制器流程见图2所示。
(3)锁存器模块接受指令队列控制器输出信号，并将其传输至指令驱动电路：
其中，在锁存器模块复位端接入复位信号,在上电和电压抖动时产生复位信号，有效防止误指令的输出；另外，在指令驱动电路增加输出指令的驱动能力。
本方案通过指令队列控制器控制地面直接指令和星上自主指令的输出，使得地面直接指令和星上自主指令可以有序输出，不丢失指令；指令队列控制器允许缓存一条地面直接指令码和一条星上自主指令码。指令队列控制器对于地面直接指令和星上自主指令先来先服务，如果同时到来，那么优先输出地面直接指令。
具体的，以四条直接指令与四条自主指令为例，下面分三种情况进行说明，分别为：
①指令队列控制器输出直接指令过程中，接收到自主指令码；
①指令队列控制器输出自主指令过程中，接收到直接指令码；
①指令队列控制器同时接收到直接指令码与自主指令码；
本实施例中，直接指令与自主指令脉冲宽度均为百毫秒级别，因此对于实时性无严格要求，直接指令与自主指令脉冲宽度以100ms为例，指令间隔均以100ms为例。
情况①：指令队列控制器输出直接指令过程中，接收到自主指令码：
指令队列控制器按照先来先服务的原则，对于情况①，指令队列控制器依次输出直接指令1、自主指令1...直接指令4、自主指令4，如图2所示；
情况①：指令队列控制器输出自主指令过程中，接收到直接指令码：
指令队列控制器按照先来先服务的原则，对于情况①，指令队列控制器依次输出自主指令1、直接指令1...自主指令4、直接指令4，如图3所示。
情况①：指令队列控制器同时接收到直接指令码与自主指令码：
指令队列控制器按照同时接收到两种指令，那么优先输出地面直接指令的原则，对于情况①，指令队列控制器依次输出直接指令1、自主指令1...直接指令4、自主指令4，如图4所示。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，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、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.一种地面直接指令与星上自主指令兼容处理方法，用于星载遥控单元，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、星载遥控单元包括主份遥控模块与备份遥控模块，主份遥控模块与备份遥控模块工作在热备份模式下，接收地面发送的直接指令码与星载计算机发送的星上自主指令码；
对地面发送两条相邻直接指令之间设置直接指令间隔，对星载计算机发送两条相邻自主指令设置自主指令间隔，且直接指令间隔和自主指令间隔均不小于输出指令脉冲宽度，所述输出指令脉冲宽指星载遥控单元输出指令的脉冲宽度；
步骤2、经过主份遥控模块和备份遥控模块的解析处理，分别对应的输出主份指令与备份指令，驱动指令负载动作，包括地面直接指令的优先级选择、直接指令译码与输出控制、星上自主指令的通道控制和自主指令译码与输出控制：
地面直接指令的优先级选择：根据航天器通用规则，对主份遥控模块与备份遥控模块设置不同的优先级顺序，并选择优先级最高的一路直接指令，进行后续直接指令译码与输出控制；
星上自主指令的通道控制：设置自主指令通道控制开关，当星上自主指令出现故障影响卫星正常工作时，发送“禁止自主指令”指令；当故障排除后，发送“使能自主指令”指令，使得自主指令传输至指令队列控制器；
指令队列控制器对于地面直接指令和星上自主指令采用先到先输出原则，如果同时到来，优先输出地面直接指令。
2.根据权利要求1所述的地面直接指令与星上自主指令兼容处理方法，其特征在于：所述步骤1中，所述备份遥控模块与主份遥控模块结构组成相同：
主份遥控模块包括两个电平转换模块、主份FPGA/ASIC模块、锁存器及指令驱动电路模块，两个电平转换模块分别对应的接收星载计算机和地面发送的星上自主指令和地面直接指令，经主份FPGA/ASIC模块处理后，经锁存器及指令驱动电路模块输出主份指令；
备份遥控模块包括两个电平转换模块、备份FPGA/ASIC模块、锁存器及指令驱动电路模块，两个电平转换模块分别对应的接收星载计算机和地面发送的星上自主指令和地面直接指令，经备份FPGA/ASIC模块处理后，经锁存器及指令驱动电路模块输出备份指令。
3.根据权利要求2所述的地面直接指令与星上自主指令兼容处理方法，其特征在于：所述步骤2中：
在主份FPGA/ASIC模块和备份FPGA/ASIC模块对地面直接指令和星上自主指令各设计了一个对应的指令码缓存器，允许缓存一条地面直接指令和一条星上自主指令；
指令输出控制逻辑复用，在主份FPGA/ASIC模块和备份FPGA/ASIC模块设置输出通道占用标识，输出指令过程中通道占用标识有效，完成指令输出后通道占用标识释放为空闲状态；新的指令到来时判断通道占用标识是否空闲，空闲时则执行，占用时则等待其释放。
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