专利名称：一种面向卫星的电子控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及飞行器设计领域，特别涉及一种面向卫星的电子控制系统及方法。
背景技术：
图1为现有的面向卫星的电子控制系统的结构示意图。现结合图1，对现有的面向卫星的电子控制系统进行说明，具体如下现有的面向卫星的电子控制系统装设于卫星上，包含姿轨控子系统、数据存储子系统、有效载荷子系统、主控计算机、测控通信子系统、热控子系统、推进子系统、电源与配电子系统及卫星平台总线，各个子系统通过卫星平台总线连接主控计算机。其中，每一个子系统都包含有一个用以通过卫星平台总线与主控计算机交互的总线远置终端(RTU)；姿轨控子系统的姿轨控模块用以对卫星进行定轨和定姿；数据存储子系统用以保存各载荷通过主控计算机输出的数据；有效载荷子系统包含η个与主控计算机点对点连接的载荷，比如CCD、固放、微波雷达、发射机等，每一个载荷将检测获得的数据通过主控计算机保存至数据存储子系统；主控计算机是卫星平台总线的控制器，将平台总线上传输的低速指令输出至与该指令对应的设备地址，比如，输出至姿轨控子系统、推进子系统、有效载荷子系统或热控子系统；测控通信子系统通过天线接收或发送数据和指令，将接收到的天地链路传输中的低速指令，通过RTU输出至卫星平台总线上，将来自主控计算机或有效载荷子系统的高速有效载荷的下行数据，通过高速接口传输至无线射频模块，并通过天线形成的射频通道，传输至地面；推进子系统的推进模块用以根据RTU接收到的数据和指令，调整卫星的轨道或姿态；热控子系统的热控模块用以根据RTU接收到的数据和指令，对卫星的温度进行控制；电源与配电子系统根据各子系统的供电需求，经过电压转换为相应功率和伏值的电压，输出至各子系统。现有的面向卫星的电子控制系统中，由于卫星平台总线的带宽限制，只能传输低速指令，无法用以传输高速载荷数据或超高速载荷数据，只能采用η个载荷与主控计算机点对点的直连方式，以完成高速载荷数据或超高速有效载荷数据通过主控计算机和测控通信子系统，以无线射频的方式接收或发送，不仅增加了主控计算机的负担，而且降低了整个系统的工作效率；由于现有的测控通信子系统的传输波段是一定的，在以无线射频的方式接收或发送数据时，只能选取特定的波段，可扩展性较差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种面向卫星的电子控制系统，该系统能够提高工作效率和可扩展性。本发明的目的在于提供一种面向卫星的电子控制方法，该方法能够提高工作效率和可扩展性。为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的一种面向卫星的电子控制系统，包含姿轨控模块、推进模块和热控模块，该系统还包含有效载荷数据传输子系统，将地面或中继卫星发送的控制指令输出至控制总线， 将地面或中继卫星发送的数据输出至数据总线；根据主控计算机通过控制总线输出的模式切换指令、及载荷数据携带的CCSDS地址，将数据总线上传输的第二载荷数据、和/或有效载荷数据处理子系统输出的第一载荷数据，通过选择的无线射频的波段发送至地面；所述第一载荷数据为数据传输率为mbps以上的载荷数据；所述第二载荷数据为数据传输率为 IOOMbps 500Mbps的载荷数据；有效载荷数据处理子系统，根据从控制总线上接收到的数据处理指令，按照CCSDS 协议，对从数据总线上接收到的第二载荷数据、和/或第一有效载荷模块输出的第一载荷数据进行压缩和打包处理，将数据处理指令中携带的地址映射成CCSDS地址，将CCSDS地址加入包头生成CCSDS数据包，发送包含第二载荷数据的CCSDS数据包至数据总线，和/或发送包含第一载荷数据的CCSDS数据包至有效载荷数据传输子系统；第一有效载荷模块，根据从控制总线上接收到的工作指令，采集获得第一载荷数据，并将第一载荷数据输出至有效载荷数据处理子系统；多个第二有效载荷模块，任一第二有效载荷模块根据从数据总线上接收到的来自高性能运算模块的工作指令，采集获得第二载荷数据，并将第二载荷数据输出至数据总线.
一入 ，高性能运算模块，从控制总线上获取与多个第二有效载荷模块对应的工作指令， 通过数据总线输出工作指令至多个第二有效载荷模块；主控计算机，从控制总线上读取控制指令，解析控制指令获得设备地址及工作指令，根据设备地址，生成数据处理指令及模式切换指令；按照设备地址，输出工作指令至热控模块、推进模块和姿轨控模块，控制热控模块、推进模块和姿轨控模块的工作，通过控制总线输出工作指令至第一有效载荷模块、和/或高性能运算模块，通过控制总线输出数据处理指令至有效载荷数据处理子系统，通过控制总线输出模式切换指令至有效载荷数据传输子系统。较佳地，该系统进一步包括应答机，从控制总线上接收来自地面的启动或关闭指令，并输出启动或关闭控制指令至主控计算机；所述主控计算机进一步根据启动或关闭指令，直接控制姿轨控模块、热控模块及推进模块的开启或关闭，通过控制总线，控制与控制总线连接的有效载荷数据传输子系统、 有效载荷数据处理子系统、第一有效载荷模块、及高性能运算模块的开启或关闭，通过高性能运算模块和数据总线，控制多个第二有效载荷模块的开启或关闭。较佳地，所述应答机进一步应将从控制总线上接收的来自地面的故障检测指令， 输出至主控计算机，将主控计算机输出的第一故障检测结果通过无线射频下发给地面；所述第一故障检测结果是未修复设备时发生故障的设备及其地址；所述主控计算机进一步根据接收到的故障检测指令及CCSDS协议，对姿轨控模块、热控模块和推进模块进行故障检测，通过控制总线，输出设备地址及故障检测消息至高性能运算模块，将高性能运算模块反馈的第一故障检测结果及其自身检测获得的第一故障检测结果发送给应答机；
所述高性能运算模块进一步根据故障检测消息，通过数据总线，对有效载荷数据传输子系统、有效载荷数据处理子系统、第一有效载荷模块、多个第二有效载荷模块进行故障检测，输出第一故障检测结果至主控计算机。较佳地，所述应答机进一步将从控制总线上接收的来自地面的故障修复指令，输出至主控计算机，将主控计算机输出的第二故障检测结果通过无线射频下发给地面；所述第二故障检测结果是对发生故障的设备修复后仍存在故障的设备及其设备地址；主控计算机进一步根据接收到的故障修复指令及CCSDS协议，对与其直接连接的待修复的模块进行故障修复，通过控制总线，输出待修复的设备地址及故障修复消息至高性能运算模块，将高性能运算模块反馈的第二故障检测结果及其自身检测获得的第二故障检测结果发送给应答机；所述高性能运算模块进一步根据故障修复消息及其携带的待修复的设备地址，通过数据总线对待修复的设备进行故障修复，根据从数据总线接收到的未修复的故障设备及其设备地址，生成第二故障检测结果，通过控制总线反馈给主控计算机。上述系统中，所述有效载荷数据处理子系统包含路由单元，将从第一有效载荷模块接收到的第一载荷数据、和/或从数据总线接收到的第二载荷数据中分离出图像数据和程序数据，将图像数据输出至压缩单元，将程序数据输出至数据处理单元；所述路由单元根据从控制总线上接收到的数据处理指令及CCSDS协议，从存储单元读取与处理指令对应的数据并打包，并从存储单元中查找与数据处理指令携带的地址对应的CCSDS地址，将CCSDS地址及CCSDS标识符添加至CCSDS数据包头中，生成CCSDS数据包，将携带第一载荷数据的CCSDS数据包发送至有效载荷数据传输子系统，将携带第二载荷数据的CCSDS数据包发送至数据总线；压缩单元，用以对接收到的图像数据进行压缩，将压缩后的数据输出至存储单元保存；数据处理单元，用以对接收到的程序数据进行压缩，将压缩后的数据输出至存储单元保存；存储单元，用以保存压缩后的图像数据、压缩后的程序数据和CCSDS地址映射表； 所述CCSDS地址映射表中的地址为接收载荷数据的设备地址，所述CCSDS地址映射表中的 CCSDS地址为卫星内部、卫星和卫星之间、及卫星和地面间采用的通信链路的地址。上述系统中，所述有效载荷数据处理子系统包含路由单元，将从第一有效载荷模块接收到的第一载荷数据、和/或从数据总线接收到的第二载荷数据中分离出图像数据和程序数据，将图像数据输出至压缩单元，将程序数据输出至数据处理单元；所述路由单元根据从控制总线上接收到的数据处理指令及CCSDS协议，从存储单元读取与处理指令对应的数据并打包，并从存储单元中查找与数据处理指令携带的地址对应的CCSDS地址，将CCSDS地址及CCSDS标识符添加至CCSDS数据包头中，生成CCSDS数据包，将携带第一载荷数据的CCSDS数据包发送至有效载荷数据传输子系统，将携带第二载荷数据的CCSDS数据包发送至数据总线；压缩单元，用以对接收到的图像数据进行压缩，将压缩后的数据输出至存储单元保存；数据处理单元，用以对接收到的程序数据进行压缩，将压缩后的数据输出至存储单元保存；存储单元，用以保存压缩后的图像数据、压缩后的程序数据和CCSDS地址映射表； 所述CCSDS地址映射表中的地址为接收载荷数据的设备地址，所述CCSDS地址映射表中的 CCSDS地址为卫星内部、卫星和卫星之间、及卫星和地面间采用的通信链路的地址；第一故障检测模块，根据来自数据总线的故障检测消息，对压缩单元、数据处理单元、存储单元和路由单元进行故障检测，通过数据总线反馈第一故障检测结果至高性能运算模块；所述第一故障检测模块根据来自数据总线的故障修复消息，对压缩单元、数据处理单元、存储单元和路由单元中发生故障的设备进行故障修复，将未修复的故障及故障单元的设备地址作为第二故障检测结果，通过数据总线输出至高性能运算模块。上述系统中，所述有效载荷数据传输子系统包含激光通信终端，根据控制总线上接收的模式切换指令，将从有效载荷数据处理子系统上接收到的CCSDS数据包下行输出至地面；S/L波段数传终端，根据控制总线上接收的模式切换指令，将从数据总线206上接收到的CCSDS数据包下行输出至地面；X波段数传终端，根据控制总线上接收的模式切换指令，将从数据总线上接收到的 CCSDS数据包下行输出至地面；Ka波段中继星通信终端，根据控制总线上接收的模式切换指令，将从有效载荷数据处理子系统中接收到的CCSDS数据包下行输出至地面或中继卫星；Ka波段对地数传终端，根据控制总线上接收的模式切换指令，将从有效载荷数据处理子系统中接收到的CCSDS数据包下行输出至地面或中继卫星。一种面向卫星的电子控制方法，该方法包括A、主控计算机通过控制总线，控制第一有效载荷模块输出第一载荷数据至有效载荷数据处理子系统，控制多个第二有效载荷模块输出第二载荷数据至数据总线；B、主控计算机通过控制总线，控制有效载荷数据处理子系统对第一载荷数据和/ 或第二载荷数据进行打包，并将生成的CCSDS数据包发送至数据总线或有效载荷数据传输子系统；C、主控计算机通过控制总线，控制有效载荷数据传输子系统将从数据总线和/或有效载荷数据处理子系统接收到的CCSDS数据包，下行发送至地面或中继星。较佳地，所述步骤A之前进一步包括A’、主控计算机根据应答机转发的开启或关闭指令，控制姿轨控模块、热控模块和推进模块的开启或关闭，通过控制总线和数据总线，控制有效载荷数据传输子系统、有效载荷数据处理子系统、第一有效载荷模块、多个第二有效载荷模块和高性能运算模块开启或关闭。较佳地，所述步骤C之后进一步包括D、主控计算机根据应答机发送的故障检测指令，对姿轨控模块、热控模块和推进模块进行故障检测，通过与控制总线连接的高性能运算模块，对有效载荷数据传输子系统、
9有效载荷数据处理子系统、第一有效载荷模块和多个第二有效载荷模块进行故障检测，并通过应答机下传第一故障检测结果至地面；所述第一故障检测结果是未修复设备时发生故障的设备及其地址。较佳地，所述步骤D之后进一步包括E、主控计算机根据应答机发送的故障修复指令，通过其自身和/或与控制总线连接的高性能运算模块，对发生故障的设备进行故障修复，并通过应答机下传第二故障检测结果至地面；所述第二故障检测结果是对发生故障的设备修复后仍存在故障的设备及其设备地址。上述方法中，所述步骤A包括Al、有效载荷数据传输子系统将通过无线射频接收到的来自地面或中继卫星的控制指令，输出至控制总线；A2、主控计算机从控制总线上读取控制指令，解析控制指令获得设备地址及工作指令；A3、主控计算机按照设备地址，通过控制总线输出工作指令至第一有效载荷模块、 和/或高性能运算模块；A4、高性能运算模块将控制总线上的工作指令转发至多个第二有效载荷模块；A5、第一有效载荷模块根据工作指令，采集获得第一载荷数据并输出至有效载荷数据处理子系统，和/或第二有效载荷模块根据工作指令，采集获得第二载荷数据并输出至数据总线。上述方法中，所述步骤B包括Bi、主控计算机根据设备地址及控制指令，生成数据处理指令；B2、主控计算机通过控制总线，输出数据处理指令至有效载荷数据处理子系统；
B3、有效载荷数据处理子系统根据数据处理指令，将数据处理指令中携带的地址映射成CCSDS地址，对从第一有效载荷模块接收到的第一载荷数据、和/或从数据总线接收到的第二载荷数据进行压缩和打包，将CCSDS地址加入包头生成CCSDS数据包；B4、主控计算机将包含第一载荷数据的CCSDS数据包发送至有效载荷数据传输子系统，和/或将包含第二载荷数据的CCSDS数据包发送至数据总线。上述方法中，所述步骤C包括Cl、主控计算机根据设备地址及控制指令，生成模式切换指令，通过控制总线输出模式切换指令至有效载荷数据传输子系统；C2、有效载荷数据传输子系统根据模式切换指令选择波段，将从数据总线和/或有效载荷数据处理子系统接收到的CCSDS数据包，下行发送至地面或中继卫星。由上述的技术方案可见，本发明提供了一种面向卫星的电子控制系统及方法，有效载荷数据传输子系统根据主控计算机通过控制总线输出的模式切换指令、及载荷数据携带的CCSDS地址，将数据总线上传输的第二载荷数据、和/或有效载荷数据处理器系统输出的第一载荷数据，通过无线射频的一波段发送至地面；有效载荷数据处理子系统根据从控制总线上接收到的数据处理指令，按照CCSDS协议，对从数据总线上接收到的第二载荷数据、和/或第一有效载荷模块输出的第一载荷数据进行压缩和打包处理，将数据处理指令
10中携带的地址映射成CCSDS地址，将CCSDS地址加入包头生成CCSDS数据包，发送包含第二载荷数据的CCSDS数据包至数据总线，和/或发送包含第一载荷数据的CCSDS数据包至有效载荷数据传输子系统；主控计算机通过控制总线输出工作指令至第一有效载荷模块、和 /或高性能运算模块，通过控制总线输出数据处理指令至有效载荷数据处理子系统，通过控制总线输出模式切换指令至有效载荷数据传输子系统。采用本发明的方法及系统，能够提高工作效率和可扩展性。
图1为现有的面向卫星的电子控制系统的结构示意图。图2为本发明面向卫星的电子控制系统的结构示意图。图3为本发明的系统中有效载荷数据处理子系统的结构示意图。图4为本发明的系统中有效载荷数据传输子系统的结构示意图。图5为本发明面向卫星的电子控制方法流程图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例， 对本发明进一步详细说明。图2为本发明面向卫星的电子控制系统的结构示意图。现结合图2，对本发明面向卫星的电子控制系统进行说明，具体如下本发明面向卫星的电子控制系统装设于卫星上，包含有效载荷数据传输子系统 201、有效载荷数据处理子系统202、第一有效载荷模块203、第二有效载荷模块204、高性能运算模块205、数据总线206、控制总线207、主控计算机208、姿轨控模块209、热控模块 210、推进模块211和应答机212。其中，有效载荷数据传输子系统201连接数据总线206和控制总线207 ；有效载荷数据处理子系统连接数据总线206、控制总线207和有效载荷数据传输子系统201 ；第一有效载荷模块203连接有效载荷数据处理子系统202和控制总线207 ；第二有效载荷模块204 连接数据总线206 ；主控计算机208分别连接姿轨控模块209、热控模块210、推进模块211、 应答机212和控制总线207 ；应答机212连接控制总线207。有效载荷数据传输子系统201将地面或中继卫星发送的控制指令输出至控制总线207，将地面或中继卫星发送的数据输出至数据总线206 ；根据主控计算机208通过控制总线207输出的模式切换指令、及载荷数据携带的CCSDS地址，将数据总线206上传输的第二载荷数据、和/或有效载荷数据处理子系统202输出的第一载荷数据，通过无线射频的一波段发送至地面。有效载荷数据处理子系统202根据从控制总线207上接收到的数据处理指令，按照空间数据系统咨询委员会(Consultative Committee for Space Data System, CCSDS) 协议，对从数据总线206上接收到的第二载荷数据、和/或第一有效载荷模块203输出的第一载荷数据进行压缩和打包处理，将数据处理指令中携带的地址映射成CCSDS地址，将 CCSDS地址加入包头生成CCSDS数据包，发送包含第二载荷数据的CCSDS数据包至数据总线206，和/或发送包含第一载荷数据的CCSDS数据包至有效载荷数据传输子系统201。其中，数据处理指令中携带的地址为接收载荷数据的设备的地址；CCSDS地址为卫星内部、卫星和卫星之间、及卫星和地面间采用的通信链路的地址。第一有效载荷模块203根据从控制总线207上接收到的工作指令，采集获得第一载荷数据，并将第一载荷数据输出至有效载荷数据处理子系统202。本发明提及的第一载荷数据为超高速载荷数据，其数据传输率为l(ibps以上。多个第二有效载荷模块204中的任一第二有效载荷模块204根据从数据总线206 上接收到的来自高性能运算模块205的工作指令，采集获得第二载荷数据，并将第二载荷数据输出至数据总线206。本发明提及的第二载荷数据为高速载荷数据，其数据传输率为 IOOMbps 500Mbps ο高性能运算模块205从控制总线207上获取与多个第二有效载荷模块204对应的工作指令，通过数据总线206输出工作指令至多个第二有效载荷模块204。主控计算机208从控制总线207上读取控制指令，解析控制指令获得设备地址及工作指令，根据设备地址，生成数据处理指令及模式切换指令；按照设备地址，通过控制总线207输出工作指令至第一有效载荷模块203、和/或高性能运算模块205，通过控制总线 207输出数据处理指令至有效载荷数据处理子系统202，通过控制总线207输出模式切换指令至有效载荷数据传输子系统201。其中，主控计算机208根据设备地址，确定受控的为第一有效载荷模块203，则生成对于第一载荷数据的数据处理指令及对于第一载荷数据的模式切换指令，确定受控的为第二有效载荷模块204，则生成对于第二载荷数据的数据处理指令及对于第二载荷数据的模式切换指令，该对于第二载荷数据的数据处理指令及对于第二载荷数据的模式切换指令通过高性能运算模块205转发。主控计算机208根据应答机212输出的启动或关闭指令，通过控制总线207，控制与控制总线207连接的有效载荷数据传输子系统201、有效载荷数据处理子系统202、第一有效载荷模块203、及高性能运算模块205的开启或关闭，通过高性能运算模块205和数据总线206，控制多个第二有效载荷模块204的开启或关闭，直接控制与其连接的姿轨控模块 209、热控模块210和推进模块211的开启和关闭。应答机212从控制总线207上接收来自地面的启动或关闭指令，并输出启动或关闭控制指令至主控计算机208。姿轨控模块209根据主控计算机208输出的工作指令，对卫星进行姿态、轨道的确定和控制。本发明的姿轨控模块209与现有的姿轨控子系统不同的是本发明的姿轨控模块 209无需通过RTU从卫星平台总线获取指令，可通过主控计算208获得相应的工作指令。热控模块210根据主控计算机208输出的工作指令，对卫星的温度进行控制。本发明的热控模块210与现有的热控子系统不同的是本发明的热控模块210无需通过RTU从卫星平台总线获取指令，可通过主控计算208获得相应的工作指令。推进模块211根据主控计算机208输出的工作指令，调整卫星的轨道和姿态。本发明的推进模块211与现有的推进子系统不同的是本发明的推进模块211无需通过RTU从卫星平台总线获取指令，可通过主控计算机208获得相应的工作指令。为了提高本发明面向卫星的电子控制系统的可靠性，应答机212进一步将从控制总线207上接收的来自地面的故障检测指令，输出至主控计算机208，将主控计算机208输出的第一故障检测结果通过无线射频下发给地面。其中，第一故障检测结果是未修复设备时发生故障的设备及其地址。主控计算机208进一步根据接收到的故障检测指令及CCSDS协议，对姿轨控模块 209、热控模块210和推进模块211进行故障检测，通过控制总线207，输出设备地址及故障检测消息至高性能运算模块205，将高性能运算模块205反馈的第一故障检测结果及其自身检测获得的第一故障检测结果发送给应答机212。高性能运算模块205进一步根据故障检测消息，通过数据总线206，对有效载荷数据传输子系统201、有效载荷数据处理子系统202、第一有效载荷模块203、多个第二有效载荷模块204进行故障检测，输出第一故障检测结果至主控计算机208。为了对发生故障的设备进行有效地修复，应答机212进一步将从控制总线207上接收的来自地面的故障修复指令，输出至主控计算机208，将主控计算机208输出的第二故障检测结果通过无线射频下发给地面。其中，第二故障检测结果是对发生故障的设备修复后仍存在故障的设备及其设备地址。主控计算机208进一步根据接收到的故障修复指令及CCSDS协议，对与其直接连接的待修复的模块进行故障修复，通过控制总线207，输出待修复的设备地址及故障修复消息至高性能运算模块205，将高性能运算模块205反馈的第二故障检测结果及其自身检测获得的第二故障检测结果发送给应答212。高性能运算模块205进一步根据故障修复消息及其携带的待修复的设备地址，通过数据总线206对待修复的设备进行故障修复，根据从数据总线206接收到的未修复的故障设备及其设备地址，生成第二故障检测结果，通过控制总线207反馈给主控计算机208。图3为本发明的系统中有效载荷数据处理子系统的结构示意图。现结合图3，对本发明的系统中有效载荷数据处理子系统进行说明，具体如下本发明的有效载荷数据处理子系统202包含压缩单元2021、数据处理单元2022、 存储单元2023及路由单元20M。路由单元20M分别连接有效载荷数据传输子系统201、第一有效载荷模块203、数据总线206和控制总线207，将从第一有效载荷模块203接收到的第一载荷数据、和/或从数据总线206接收到的第二载荷数据中分离出图像数据和程序数据，将图像数据输出至压缩单元2021，将程序数据输出至数据处理单元2022。路由单元20M根据从控制总线207上接收到的数据处理指令及CCSDS协议，从存储单元2023读取与处理指令对应的数据并打包，并从存储单元2023中查找与数据处理指令携带的地址对应的CCSDS地址，将CCSDS地址及CCSDS标识符添加至CCSDS数据包头中， 生成CCSDS数据包，将携带第一载荷数据的CCSDS数据包发送至有效载荷数据传输子系统 201，将携带第二载荷数据的CCSDS数据包发送至数据总线206。其中，CCSDS标识符用以表示装设本发明的系统的卫星所使用的虚拟信道。压缩单元2021用以对接收到的图像数据进行压缩，将压缩后的数据输出至存储单元2023保存。数据处理单元2023用以对接收到的程序数据进行压缩，将压缩后的数据输出至存储单元2023保存。存储单元2023用以保存压缩后的图像数据、压缩后的程序数据和CCSDS地址映射表。其中，CCSDS地址映射表中的地址为接收载荷数据的设备地址，CCSDS地址映射表中的CCSDS地址为卫星内部、卫星和卫星之间、及卫星和地面间采用的通信链路的地址。为了实现故障检测，本发明的有效载荷数据处理子系统202还进一步包含第一故障检修模块2025。第一故障检测模块2025根据来自数据总线206的故障检测消息，对压缩单元2021、数据处理单元2022、存储单元2023和路由单元20 进行故障检测，通过数据总线206反馈第一故障检测结果至高性能运算模块205 ；第一故障检测模块2025根据来自数据总线206的故障修复消息，对压缩单元2021、数据处理单元2022、存储单元2023和路由单元20M中发生故障的设备进行故障修复，将未修复的故障及故障单元的设备地址作为第二故障检测结果，通过数据总线206输出至高性能运算模块205。图4为本发明的系统中有效载荷数据传输子系统的结构示意图。现结合图4，对本发明的系统中有效载荷数据传输子系统进行说明，具体如下本发明的有效载荷数据传输子系统201包含激光通信终端2011、S/L波段数传终端2012、X波段数传终端2013、Ka波段中继星通信终端2014和Ka波段对地数传终端2015。S/L波段数传终端2012和X波段数传终端2013根据控制总线207上接收的模式切换指令，将从数据总线206上接收到的CCSDS数据包下行输出至地面。激光通信终端2011、Ka波段中继星通信终端2014和Ka波段对地数传终端2015 根据控制总线207上接收的模式切换指令，将从有效载荷数据处理子系统202中接收到的 CCSDS数据包下行输出至地面或中继卫星。为了实现故障检测，本发明的有效载荷数据传输子系统201还进一步包含第二故障检修单元2016。第二故障检修单元2016根据故障检测消息，对激光通信终端2011、S/L 波段数传终端2012、X波段数传终端2013、Ka波段中继星通信终端2014和Ka波段对地数传终端2015进行故障检测，并在上述单元出现故障时进行修复，根据修复结果，将未修复的故障及故障单元的设备地址输出至数据总线206。本发明的上述系统中，与数据总线206、控制总线207连接的设备及与地面进行无线通信的设备，在根据CCSDS协议进行数据和/或指令的传输时，需要根据CCSDS协议中现有的帧构造方法，生成CCSDS数据帧，在此不再对具体的帧构造方法进行赘述。图5为本发明面向卫星的电子控制方法流程图。现结合图5，对本发明面向卫星的电子控制方法进行说明，具体如下步骤501 主控计算机通过控制总线，控制第一有效载荷模块输出第一载荷数据至有效载荷数据处理子系统，控制多个第二有效载荷模块输出第二载荷数据至数据总线；该步骤包括步骤5011，有效载荷数据传输子系统201将通过无线射频接收到的来自地面或中继卫星的控制指令，输出至控制总线207 ；步骤5012，主控计算机208从控制总线207上读取控制指令，解析控制指令获得设备地址及工作指令；步骤5013，主控计算机 208按照设备地址，通过控制总线207输出工作指令至第一有效载荷模块203、和/或高性能运算模块205 ；步骤5014，高性能运算模块205将控制总线207上的工作指令转发至多个第二有效载荷模块204 ；步骤5015，第一有效载荷模块203根据工作指令，采集获得第一载荷数据并输出至有效载荷数据处理子系统202，和/或第二有效载荷模块204根据工作指令，采集获得第二载荷数据并输出至数据总线206。步骤502 主控计算机通过控制总线，控制有效载荷数据处理子系统对第一载荷数据和/或第二载荷数据进行打包，并将生成的CCSDS数据包发送至数据总线或有效载荷数据传输子系统；该步骤包括步骤5021，主控计算机208根据设备地址及控制指令，生成数据处理指令；步骤5022，主控计算机208通过控制总线207，输出数据处理指令至有效载荷数据处理子系统202 ；步骤5023，有效载荷数据处理子系统202根据数据处理指令，将数据处理指令中携带的地址映射成CCSDS地址，对从第一有效载荷模块203接收到的第一载荷数据、和 /或从数据总线206接收到的第二载荷数据进行压缩和打包，将CCSDS地址加入包头生成 CCSDS数据包；步骤50 ,主控计算机208将包含第一载荷数据的CCSDS数据包发送至有效载荷数据传输子系统201，和/或将包含第二载荷数据的CCSDS数据包发送至数据总线 206。步骤503 主控计算机通过控制总线，控制有效载荷数据传输子系统将从数据总线和/或有效载荷数据处理子系统接收到的CCSDS数据包，下行发送至地面或中继星；该步骤包括步骤5031，主控计算机208根据设备地址及控制指令，生成模式切换指令，通过控制总线207输出模式切换指令至有效载荷数据传输子系统201 ；步骤5032，有效载荷数据传输子系统201根据模式切换指令选择波段，将从数据总线206和/或有效载荷数据处理子系统202接收到的CCSDS数据包，下行发送至地面或中继卫星。步骤504:结束。本发明上述方法实施例的步骤501之前进一步包括步骤500 主控计算机根据应答机转发的开启或关闭指令，通过控制总线和数据总线，控制有效载荷数据传输子系统、有效载荷数据处理子系统、第一有效载荷模块、多个第二有效载荷模块和高性能运算模块开启或关闭；该步骤包括步骤5001，应答机212将从控制总线207或无线射频链路中接收到的开启或关闭指令，发送至主控计算机208 ；步骤5002，主控计算机208根据开启或关闭指令，通过控制总线207，控制有效载荷数据传输子系统201、有效载荷数据处理子系统202、 第一有效载荷模块203和高性能运算模块205开启或关闭；步骤5003，主控计算机208根据开启或关闭指令，通过数据总线206和高性能运算模块205，控制多个第二有效载荷模块 204开启或关闭。为了提高系统的可靠性，本发明上述方法实施例的步骤503之后进一步包括步骤503’ 主控计算机通过与控制总线连接的高性能运算模块，对有效载荷数据传输子系统、有效载荷数据处理子系统、第一有效载荷模块和多个第二有效载荷模块进行故障检测，并通过应答机下传第一故障检测结果至地面；该步骤包括步骤5031’，应答机212将从控制总线207或无线射频链路接收到的故障检测指令发送给主控计算机208 ；步骤5032’，主控计算机208根据故障检测指令，通过控制总线207，输出设备地址和故障检测消息至高性能运算模块205 ；步骤5033’，主控计算机208对姿轨控模块209、热控模块210和推进模块211进行故障检测，高性能运算模块 205根据故障检测消息和设备地址，对连接数据总线206的有效载荷数据传输子系统201、 有效载荷数据处理子系统202、第一有效载荷模块203和多个第二有效载荷模块204进行故障检测；步骤5034’，主控计算机208将其自身检测获得的第一故障检测结果与通过控制总线207获得的来自高性能运算模块205的第一故障检测结果，通过应答机212的无线射频链路下行传输至地面。
步骤503’之后进一步包括步骤503”，主控计算机通过与控制总线连接的高性能运算模块，对发生故障的设备进行故障修复，并通过应答机下传第二故障检测结果至地该步骤包括步骤5031”，应答机212将从控制总线207或无线射频链路接收到的故障修复指令发送给主控计算机208 ；步骤5032”，主控计算机根据故障修复指令，通过控制总线207，输出待修复的设备地址和故障修复消息至高性能运算模块205 ；步骤5033”，主控计算机208根据待修复的设备地址对与其直接连接的设备进行故障修复，高性能运算模块205根据故障修复消息和待修复的设备地址，对连接数据总线206的待修复的设备进行故障修复；步骤5034”，主控计算机208将其自身进行故障修复获得的第二故障检测结果与通过控制总线207获得的来自高性能运算模块205的第二故障检测结果，通过应答机212 的无线射频链路下行传输至地面。本发明的上述较佳实施例中，主控计算机不再用于转发载荷输出的超高速载荷数据和/或高速载荷数据，用于根据控制总线上的控制指令，控制姿轨控模块、热控模块和推进模块工作，不再对载荷输出的数据进行处理，降低了主控计算机的负荷，提高了工作效率；另外，本发明的主控计算机可通过控制总线和数据总线，对连接数据总线的子系统和模块进行故障检测和修复，并将故障检测结果通过应答机下传给地面，提高了系统的可靠性， 并且相较于现有的卫星故障检测的方法，提高了故障检测的工作效率。综上所述，以上为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的保护范围。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。
1权利要求
1.一种面向卫星的电子控制系统，包含姿轨控模块、推进模块和热控模块，其特征在于，该系统还包含有效载荷数据传输子系统，将地面或中继卫星发送的控制指令输出至控制总线，将地面或中继卫星发送的数据输出至数据总线；根据主控计算机通过控制总线输出的模式切换指令、及载荷数据携带的CCSDS地址，将数据总线上传输的第二载荷数据、和/或有效载荷数据处理子系统输出的第一载荷数据，通过选择的无线射频的波段发送至地面；所述第一载荷数据为数据传输率为mbps以上的载荷数据；所述第二载荷数据为数据传输率为 IOOMbps 500Mbps的载荷数据；有效载荷数据处理子系统，根据从控制总线上接收到的数据处理指令，按照CCSDS协议，对从数据总线上接收到的第二载荷数据、和/或第一有效载荷模块输出的第一载荷数据进行压缩和打包处理，将数据处理指令中携带的地址映射成CCSDS地址，将CCSDS地址加入包头生成CCSDS数据包，发送包含第二载荷数据的CCSDS数据包至数据总线，和/或发送包含第一载荷数据的CCSDS数据包至有效载荷数据传输子系统；第一有效载荷模块，根据从控制总线上接收到的工作指令，采集获得第一载荷数据，并将第一载荷数据输出至有效载荷数据处理子系统；多个第二有效载荷模块，任一第二有效载荷模块根据从数据总线上接收到的来自高性能运算模块的工作指令，采集获得第二载荷数据，并将第二载荷数据输出至数据总线；高性能运算模块，从控制总线上获取与多个第二有效载荷模块对应的工作指令，通过数据总线输出工作指令至多个第二有效载荷模块；主控计算机，从控制总线上读取控制指令，解析控制指令获得设备地址及工作指令，根据设备地址，生成数据处理指令及模式切换指令；按照设备地址，输出工作指令至热控模块、推进模块和姿轨控模块，控制热控模块、推进模块和姿轨控模块的工作，通过控制总线输出工作指令至第一有效载荷模块、和/或高性能运算模块，通过控制总线输出数据处理指令至有效载荷数据处理子系统，通过控制总线输出模式切换指令至有效载荷数据传输子系统。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统进一步包括应答机，从控制总线上接收来自地面的启动或关闭指令，并输出启动或关闭控制指令至主控计算机；所述主控计算机进一步根据启动或关闭指令，直接控制姿轨控模块、热控模块及推进模块的开启或关闭，通过控制总线，控制与控制总线连接的有效载荷数据传输子系统、有效载荷数据处理子系统、第一有效载荷模块、及高性能运算模块的开启或关闭，通过高性能运算模块和数据总线，控制多个第二有效载荷模块的开启或关闭。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述应答机进一步应将从控制总线上接收的来自地面的故障检测指令，输出至主控计算机，将主控计算机输出的第一故障检测结果通过无线射频下发给地面；所述第一故障检测结果是未修复设备时发生故障的设备及其地址；所述主控计算机进一步根据接收到的故障检测指令及CCSDS协议，对姿轨控模块、热控模块和推进模块进行故障检测，通过控制总线，输出设备地址及故障检测消息至高性能运算模块，将高性能运算模块反馈的第一故障检测结果及其自身检测获得的第一故障检测结果发送给应答机；所述高性能运算模块进一步根据故障检测消息，通过数据总线，对有效载荷数据传输子系统、有效载荷数据处理子系统、第一有效载荷模块、多个第二有效载荷模块进行故障检测，输出第一故障检测结果至主控计算机。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述应答机进一步将从控制总线上接收的来自地面的故障修复指令，输出至主控计算机，将主控计算机输出的第二故障检测结果通过无线射频下发给地面；所述第二故障检测结果是对发生故障的设备修复后仍存在故障的设备及其设备地址；主控计算机进一步根据接收到的故障修复指令及CCSDS协议，对与其直接连接的待修复的模块进行故障修复，通过控制总线，输出待修复的设备地址及故障修复消息至高性能运算模块，将高性能运算模块反馈的第二故障检测结果及其自身检测获得的第二故障检测结果发送给应答机；所述高性能运算模块进一步根据故障修复消息及其携带的待修复的设备地址，通过数据总线对待修复的设备进行故障修复，根据从数据总线接收到的未修复的故障设备及其设备地址，生成第二故障检测结果，通过控制总线反馈给主控计算机。
5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述有效载荷数据处理子系统包含路由单元，将从第一有效载荷模块接收到的第一载荷数据、和/或从数据总线接收到的第二载荷数据中分离出图像数据和程序数据，将图像数据输出至压缩单元，将程序数据输出至数据处理单元；所述路由单元根据从控制总线上接收到的数据处理指令及CCSDS协议，从存储单元读取与处理指令对应的数据并打包，并从存储单元中查找与数据处理指令携带的地址对应的 CCSDS地址，将CCSDS地址及CCSDS标识符添加至CCSDS数据包头中，生成CCSDS数据包，将携带第一载荷数据的CCSDS数据包发送至有效载荷数据传输子系统，将携带第二载荷数据的CCSDS数据包发送至数据总线；压缩单元，用以对接收到的图像数据进行压缩，将压缩后的数据输出至存储单元保存；数据处理单元，用以对接收到的程序数据进行压缩，将压缩后的数据输出至存储单元保存；存储单元，用以保存压缩后的图像数据、压缩后的程序数据和CCSDS地址映射表；所述 CCSDS地址映射表中的地址为接收载荷数据的设备地址，所述CCSDS地址映射表中的CCSDS 地址为卫星内部、卫星和卫星之间、及卫星和地面间采用的通信链路的地址。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述有效载荷数据处理子系统包含路由单元，将从第一有效载荷模块接收到的第一载荷数据、和/或从数据总线接收到的第二载荷数据中分离出图像数据和程序数据，将图像数据输出至压缩单元，将程序数据输出至数据处理单元；所述路由单元根据从控制总线上接收到的数据处理指令及CCSDS协议，从存储单元读取与处理指令对应的数据并打包，并从存储单元中查找与数据处理指令携带的地址对应的 CCSDS地址，将CCSDS地址及CCSDS标识符添加至CCSDS数据包头中，生成CCSDS数据包，将携带第一载荷数据的CCSDS数据包发送至有效载荷数据传输子系统，将携带第二载荷数据的CCSDS数据包发送至数据总线；压缩单元，用以对接收到的图像数据进行压缩，将压缩后的数据输出至存储单元保存；数据处理单元，用以对接收到的程序数据进行压缩，将压缩后的数据输出至存储单元保存；存储单元，用以保存压缩后的图像数据、压缩后的程序数据和CCSDS地址映射表；所述 CCSDS地址映射表中的地址为接收载荷数据的设备地址，所述CCSDS地址映射表中的CCSDS 地址为卫星内部、卫星和卫星之间、及卫星和地面间采用的通信链路的地址；第一故障检测模块，根据来自数据总线的故障检测消息，对压缩单元、数据处理单元、 存储单元和路由单元进行故障检测，通过数据总线反馈第一故障检测结果至高性能运算模块；所述第一故障检测模块根据来自数据总线的故障修复消息，对压缩单元、数据处理单元、存储单元和路由单元中发生故障的设备进行故障修复，将未修复的故障及故障单元的设备地址作为第二故障检测结果，通过数据总线输出至高性能运算模块。
7.根据权利要求1、2、3或4所述的系统，其特征在于，所述有效载荷数据传输子系统包含激光通信终端，根据控制总线上接收的模式切换指令，将从有效载荷数据处理子系统上接收到的CCSDS数据包下行输出至地面；S/L波段数传终端，根据控制总线上接收的模式切换指令，将从数据总线206上接收到的CCSDS数据包下行输出至地面；X波段数传终端，根据控制总线上接收的模式切换指令，将从数据总线上接收到的 CCSDS数据包下行输出至地面；Ka波段中继星通信终端，根据控制总线上接收的模式切换指令，将从有效载荷数据处理子系统中接收到的CCSDS数据包下行输出至地面或中继卫星；Ka波段对地数传终端，根据控制总线上接收的模式切换指令，将从有效载荷数据处理子系统中接收到的CCSDS数据包下行输出至地面或中继卫星。
8.一种面向卫星的电子控制方法，其特征在于，该方法包括A、主控计算机通过控制总线，控制第一有效载荷模块输出第一载荷数据至有效载荷数据处理子系统，控制多个第二有效载荷模块输出第二载荷数据至数据总线；B、主控计算机通过控制总线，控制有效载荷数据处理子系统对第一载荷数据和/或第二载荷数据进行打包，并将生成的CCSDS数据包发送至数据总线或有效载荷数据传输子系统；C、主控计算机通过控制总线，控制有效载荷数据传输子系统将从数据总线和/或有效载荷数据处理子系统接收到的CCSDS数据包，下行发送至地面或中继星。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤A之前进一步包括A’、主控计算机根据应答机转发的开启或关闭指令，控制姿轨控模块、热控模块和推进模块的开启或关闭，通过控制总线和数据总线，控制有效载荷数据传输子系统、有效载荷数据处理子系统、第一有效载荷模块、多个第二有效载荷模块和高性能运算模块开启或关闭。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述步骤C之后进一步包括D、主控计算机根据应答机发送的故障检测指令，对姿轨控模块、热控模块和推进模块进行故障检测，通过与控制总线连接的高性能运算模块，对有效载荷数据传输子系统、有效载荷数据处理子系统、第一有效载荷模块和多个第二有效载荷模块进行故障检测，并通过应答机下传第一故障检测结果至地面；所述第一故障检测结果是未修复设备时发生故障的设备及其地址。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述步骤D之后进一步包括E、主控计算机根据应答机发送的故障修复指令，通过其自身和/或与控制总线连接的高性能运算模块，对发生故障的设备进行故障修复，并通过应答机下传第二故障检测结果至地面；所述第二故障检测结果是对发生故障的设备修复后仍存在故障的设备及其设备地址。
12.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括Al、有效载荷数据传输子系统将通过无线射频接收到的来自地面或中继卫星的控制指令，输出至控制总线；A2、主控计算机从控制总线上读取控制指令，解析控制指令获得设备地址及工作指令；A3、主控计算机按照设备地址，通过控制总线输出工作指令至第一有效载荷模块、和/ 或高性能运算模块；A4、高性能运算模块将控制总线上的工作指令转发至多个第二有效载荷模块；A5、第一有效载荷模块根据工作指令，采集获得第一载荷数据并输出至有效载荷数据处理子系统，和/或第二有效载荷模块根据工作指令，采集获得第二载荷数据并输出至数据总线。
13.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括Bi、主控计算机根据设备地址及控制指令，生成数据处理指令；B2、主控计算机通过控制总线，输出数据处理指令至有效载荷数据处理子系统；B3、有效载荷数据处理子系统根据数据处理指令，将数据处理指令中携带的地址映射成CCSDS地址，对从第一有效载荷模块接收到的第一载荷数据、和/或从数据总线接收到的第二载荷数据进行压缩和打包，将CCSDS地址加入包头生成CCSDS数据包；B4、主控计算机将包含第一载荷数据的CCSDS数据包发送至有效载荷数据传输子系统，和/或将包含第二载荷数据的CCSDS数据包发送至数据总线。
14.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述步骤C包括Cl、主控计算机根据设备地址及控制指令，生成模式切换指令，通过控制总线输出模式切换指令至有效载荷数据传输子系统；C2、有效载荷数据传输子系统根据模式切换指令选择波段，将从数据总线和/或有效载荷数据处理子系统接收到的CCSDS数据包，下行发送至地面或中继卫星。
全文摘要
本发明提供了一种面向卫星的电子控制系统及方法，有效载荷数据传输子系统根据模式切换指令及载荷数据携带的CCSDS地址，将接收到的第二载荷数据和/或第一载荷数据，通过选择的无线射频的波段发送至地面；有效载荷数据处理子系统根据数据处理指令，按照CCSDS协议，对从数据总线上接收到的第二载荷数据和/或第一载荷数据进行压缩和打包处理，发送包含第二载荷数据的CCSDS数据包至数据总线，和/或发送包含第一载荷数据的CCSDS数据包至有效载荷数据传输子系统；主控计算机生成数据处理指令及模式切换指令，通过控制总线输出数据处理指令及模式切换指令。采用本发明的方法及系统，能够提高工作效率和可扩展性。
文档编号G05D1/08GK102393746SQ20111028102
公开日2012年3月28日 申请日期2011年9月20日 优先权日2011年9月20日
发明者吴长青, 张善从, 李轶, 王主凤 申请人:北京国科环宇空间技术有限公司