基于地面软件实时控制的中低轨卫星在轨软件重构方法与流程

本发明涉及一种基于地面软件实时控制的中低轨卫星在轨软件重构方法，属于卫星通信系统的星上处理领域。

背景技术：

近年来，随着卫星通信的快速发展，中低轨卫星以其低成本、快速灵活，越来越受到人们的重视，但是中低轨卫星由于过境时间短，星上资源受限，无法满足对较大目标文件的断点、断电的重构需求。本专利借鉴软件定义卫星网络的设计思想，由地面重构控制软件实现较复杂的重构校验算法，并以星上实际存储器扇区为基本单位，实时模拟并监控星上的重构状态，满足中低轨卫星断点、断电的传输需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提出的一种基于地面软件实时控制的中低轨卫星在轨软件重构方法，本发明使用fpga作为卫星端重构处理单元，支持断点、断电等多种传输方式，可实现大文件的分段多轨传输。同时地面重构控制软件以扇区为基本单位，实现对星上重构结果及重构状态进行实时监控。

本发明采用的技术方案为：

一种基于地面软件实时控制的中低轨卫星在轨软件重构方法，包括以下步骤：

(1)地面端重构控制软件选择与卫星端重构处理单元一致的型号；

(2)地面端重构控制软件将卫星端重构处理单元实际存储区模拟显示在地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区内。此时，地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区显示的卫星端重构处理单元实际存储区的所有扇区均为扇区未重构状态；

(3)地面端重构控制软件加载目标文件，并以扇区为基本单位按照目标文件在卫星端重构处理单元实际存储区的存储状态模拟缓存；地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区将卫星端重构处理单元存储器实际要重构的扇区标注为扇区待重构状态；

(4)地面端重构控制软件采用乒乓操作，依次将缓存的处于扇区待重构状态的扇区或者处于扇区重构错误状态的扇区的目标文件分多个数据帧上传到卫星端重构处理单元，其中每个扇区目标文件的第一个数据帧带有扇区擦除标志；

(5)卫星端重构处理单元接收到目标文件的数据帧后分别将数据帧缓存，并根据目标文件第一个数据帧的标识，将对应的扇区擦除；

(6)待扇区擦除完成后，卫星端重构处理单元将地面端重构控制软件上传的单个扇区目标文件写入对应扇区后，立即将同一扇区的目标文件读出，并下发给地面端重构控制软件；

(7)地面端重构控制软件对卫星端重构处理单元下发的单个扇区目标文件进行比对校验；如果比对校验结果完全相同，则地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区相应扇区位置显示为扇区重构正确状态；如果比对结果不完全相同，或者地面端重构控制软件在规定的时间内未接收到卫星端重构处理单元下发的目标文件，或者地面端重构控制软件在规定的时间内只接收到卫星端重构处理单元下发的部分目标文件，则地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区相应扇区位置显示为扇区重构错误状态，返回步骤(4)；

(8)当地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区中所有处于扇区待重构状态的扇区全部变为扇区重构正确状态后，地面重构控制软件请求星上重构处理单元下发所有扇区目标文件，并与地面重构控制软件缓存的所有扇区目标文件依次比对，若比对结果完全相同证明整个文件重构成功；

完成整个重构流程。

其中，所述的步骤(7)具体包括以下步骤：

(701)地面端重构控制软件接收到卫星端重构处理单元下发的单个扇区目标文件后，与地面端重构控制软件缓存的同一扇区目标文件进行比对；

(702)如果比对结果完全相同，则该扇区重构成功，地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区相应扇区位置显示为扇区重构正确状态；如果比对结果不相同，则该扇区重构失败，地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区相应扇区位置显示为扇区重构错误状态；如果地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区中某一扇区在规定的时间内只接收到卫星端重构处理单元下发的同一扇区的部分目标文件或者未接收到卫星端重构处理单元下发的同一扇区的目标文件，则该扇区重构失败，地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区对应扇区位置显示为扇区重构错误状态；

(703)判断地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区中是否有处于扇区重构错误状态的扇区，如果有，则返回步骤(4)，否则，执行步骤(8)。

本发明相比背景技术具有如下优点：

1.本发明支持断点、断电重构，满足大文件的多轨传输需要；

2.本发明支持地面端重构控制软件对卫星端重构处理单元实际储存区域的实时模拟，实现对星上重构状态的实时控制；

3.本发明特别适用于中低轨卫星在轨软件重构，实现中低轨卫星功能软件定义；

4.本发明支持fpga作为载荷设备处理单元，星上处理简单。

附图说明

图1是本发明的星地重构协议处理流程图。

图2是本发明的地面端重构控制软件设计图。

具体实施方式

下面结合附图1、附图2和具体实施例对本发明做进一步的说明。

本发明的一种基于地面软件实时控制的中低轨卫星在轨软件重构方法，如图1所示，步骤如下：

(1)地面端重构控制软件选择与卫星端重构处理单元一致的型号；

本发明中地面端重构控制软件是一种地面通用软件，可支持多种型号的星上存储型号，如附图2所示。

(2)地面端重构控制软件将卫星端重构处理单元实际存储区模拟显示在地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区内。此时，地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区显示的卫星端重构处理单元实际存储区的所有扇区均为扇区未重构状态；

(3)地面端重构控制软件加载目标文件，并以扇区为基本单位按照目标文件在卫星端重构处理单元实际存储区的存储状态模拟缓存；地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区将卫星端重构处理单元存储器实际要重构的扇区标注为扇区待重构状态；

地面端重构控制软件对目标文件的上注、比对校验等操作均以扇区为基本单位。

(4)地面端重构控制软件采用乒乓操作，依次将缓存的处于扇区待重构状态的扇区或者处于扇区重构错误状态的扇区的目标文件分多个数据帧上传到卫星端重构处理单元，其中每个扇区目标文件的第一个数据帧带有扇区擦除标志；

卫星端重构处理单元根据每个扇区第一个数据帧标识，将该扇区删除。

(5)卫星端重构处理单元接收到目标文件的数据帧后分别将数据帧缓存，并根据目标文件第一个数据帧的标识，将对应的扇区擦除；

无论是地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区内处于扇区待重构状态上传的扇区目标文件还是扇区重构错误状态上传的扇区目标文件，卫星端重构处理单元的处理方式是一样的。

(6)待扇区擦除完成后，卫星端重构处理单元将地面端重构控制软件上传的单个扇区目标文件写入对应扇区后，立即将同一扇区的目标文件读出，并下发给地面端重构控制软件；

(7)地面端重构控制软件对卫星端重构处理单元下发的单个扇区目标文件进行比对校验；

(701)地面端重构控制软件接收到卫星端重构处理单元下发的单个扇区目标文件后，与地面端重构控制软件缓存的同一扇区目标文件进行比对；

(702)如果比对结果完全相同，则该扇区重构成功，地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区相应扇区位置显示为扇区重构正确状态；如果比对结果不相同，则该扇区重构失败，地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区相应扇区位置显示为扇区重构错误状态；如果地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区中某一扇区在规定的时间内只接收到卫星端重构处理单元下发的同一扇区的部分目标文件或者未接收到卫星端重构处理单元下发的同一扇区的目标文件，则该扇区重构失败，地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区对应扇区位置显示为扇区重构错误状态；

(703)判断地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区中是否有处于扇区重构错误状态的扇区，如果有，则返回步骤(4)，否则，执行步骤(8)；

(8)当地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区中所有处于扇区待重构状态的扇区全部变为扇区重构正确状态后，地面重构控制软件请求星上重构处理单元下发所有扇区目标文件，并与地面重构控制软件缓存的所有扇区目标文件依次比对，若比对结果完全相同证明整个文件重构成功；

为了进一步保证目标文件重构的正确性，采取全部文件再次校验比对的方式。

通过以上8个步骤，完成对整个目标文件的重构。

如附图2所示，本发明地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区可实现对卫星端重构处理单元实际存储器各个扇区重构状态的实时模拟，并以扇区为基本单位进行重构操作。地面端重构控制软件有以下特点：

地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区对卫星端重构处理单元实际存储器每个扇区4种不同的重构状态(4种不同的重构状态分别为扇区待重构状态、扇区未重构状态、扇区重构正确状态、扇区重构错误状态，4种不同的模拟扇区状态可通过不同的颜色区分显示在地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区内)区分显示；

例如：卫星端重构处理单元待重构目标文件的实际存储器有100个扇区组成，则地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区对应显示100个模拟扇区，并将这100个模拟扇区，分为4种状态(分别为扇区待重构状态、扇区未重构状态、扇区重构正确状态和扇区重构错误状态)。假定需要将目标文件重构到卫星端重构处理单元对应的实际存储器的前40个扇区，则地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区模拟的扇区4种状态跳变如下：

①当地面端重构控制软件只选择星上存储器型号，未加载任何目标文件时，100个模拟扇区此时均为扇区未重构状态；

②当地面端重构控制软件加载目标文件后，则地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区前40个模拟扇区此时为待重构状态，而其他模拟扇区均显示为扇区未重构状态；

③如果地面端重构控制软件缓存的1号扇区目标文件与卫星端重构处理单元实际存储区下发的1号扇区目标文件的比对结果完全相同，则地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区中1号扇区显示为扇区重构正确状态，其他扇区依次类推；

④如果地面端重构控制软件缓存的1号扇区目标文件与卫星端重构处理单元实际存储区下发的1号扇区目标文件的比对结果不完全相同或者地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区中1号扇区在规定的时间内未接收到卫星端重构控制软件下发的相应扇区的目标文件或者只接收到部分目标文件，则地面端重构控制软件星上存储器模拟显示区中1号扇区显示为扇区重构错误状态，其他扇区依次类推；

本发明地面端重构控制软件可在普通的pc机上实现，卫星端处理单元可采用xilinx厂生产的fpga系列产品上实现，而卫星端存储设备可采用多种型号的flash存储器。