基于fpga的aos卫星数传有效数据区提取系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及基于FPGA的A0S卫星数传有效数据区提取系统及方法，属于卫星载荷 数据处理技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着人类探索宇宙空间的需求不断增大，空间飞行器和空间运输工具需要实现空 一空、空一地、地一空链路同时传送多种数字化信息，为了在不同的层面建立起广泛立体 化的全球数据网络为空间数据信息交换提供支撑，国际标准化组织空间数据系统咨询委 员会CCSDS(ConsultativeCommitteeforSpaceDataSystems)制定了高级在轨系统 AOS(AdvancedOrbitingSystems)，AOS规定了空-地之间多种信息交换的方式，包括了空 间站、卫星、航天飞机等航天器的数据传输模式，是空间数据系统信息交换及处理的重要依 据。目前，世界各国对于CCSDSA0S标准的应用日益普遍，其有效和开放的特点成为大多 数新航天器数据系统体制的首选方案。近年，我国与欧空局合作的项目一一 "探测一号"、 "探测二号"，由各自地面站共同接收CCSDSA0S标准数据；中国探月工程月球车采用CCSDS AOS标准进行月球表面近距离观测载荷数据打包处理，传递向地面系统。
[0003] 卫星载荷采集到的数据通过复接器按照CCSDSA0S标准打包，经过星地链路通道 下传，由地面系统对接收到的卫星数据协议解析和信息处理，最终提取原始的科学载荷数 据。目前，卫星携带的载荷越来越多，数据量越来越大，存储压力过大，卫星下行链路的传输 速率必须提高，并且地面系统对高速数据进行实时处理的需求也在不断加强。传统的地面 系统是采用软件设计的方式进行卫星数据的处理与分发，处理的速率存在瓶颈。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是为了解决采用软件设计的方式对卫星载荷数据进行处理与分发，处 理速率存在瓶颈的问题，提供了一种基于FPGA的A0S卫星数传有效数据区提取系统及方 法。
[0005] 本发明所述一种基于FPGA的A0S卫星数传有效数据区提取系统，它包括：
[0006] 用于存储A0S标准帧数据的卫星载荷数据存储模块；
[0007] 用于对A0S标准帧数据携带的基本信息进行比对校验，舍弃错误帧数据，输出正 确帧数据的格式校验模块；
[0008] 用于存储正确帧数据的帧数据存储模块；
[0009] 用于对正确帧数据根据数据模式要求，按照数据单元进行提取后，拼接成预期长 度解析数据的数据提取模块；
[0010] 用于存储解析数据的解析数据存储模块。
[0011] 格式校验模块包括：
[0012] 用于监测待处理A0S标准帧数据的处理信号并对比对校验模块和输出选择模块 进行控制的校验控制模块；
[0013] 用于根据校验控制模块的比对控制信号对AOS标准帧数据进行比对处理，确定当 前A0S标准帧数据为错误帧数据或正确帧数据的比对校验模块；所述错误帧数据或正确帧 数据为符合A0S格式的帧数据；
[0014] 用于根据校验控制模块的输出控制信号对错误帧数据或正确帧数据进行选择输 出，将错误帧数据舍弃，输出正确帧数据的输出选择模块。
[0015] 校验控制模块包括四种控制状态，分别为空闲状态、控制信息比对状态、控制舍弃 错误帧数据状态和控制输出正确帧数据状态，
[0016] 空闲状态：等待启动，当监测到待处理A0S标准帧数据的处理信号时，进入控制信 息比对状态；
[0017] 控制信息比对状态：控制比对校验模块对A0S标准帧数据进行比对处理，当比对 校验模块确定当前A0S标准帧数据为正确帧数据时，进入控制输出正确帧数据状态；当比 对校验模块确定当前A0S标准帧数据为错误帧数据时，进入舍弃错误帧数据状态；
[0018] 控制输出正确帧数据状态：输出正确帧数据；当监测到待处理A0S标准帧数据的 处理信号时，进入控制信息比对状态，否则进入空闲状态；
[0019] 控制舍弃错误帧数据状态：舍弃错误帧数据；当监测到待处理A0S标准帧数据的 处理信号时，进入控制信息比对状态，否则进入空闲状态。
[0020] 数据提取模块包括：
[0021] 用于根据设定工作模式对数据判断模块、模式引导模块和有效位计算模块进行控 制的提取控制模块；
[0022] 用于根据提取控制模块的判断控制信号对每一次传递的正确帧数据中的无效数 据进行舍弃，获得帧有效数据的数据判断模块；
[0023] 用于根据提取控制模块的模式控制信号对帧有效数据中的有效数据的模式进行 判断，确定帧有效数据中有效数据区为由最低位开始或者由非最低位开始的模式引导模 块；
[0024] 用于对有效数据区由非最低位开始的帧有效数据进行向低位移位对齐操作的有 效数据对齐模块；
[0025]用于对模式引导模块输出的有效数据区由最低位开始的帧有效数据和有效数据 对齐模块进行低位移位对齐操作后的帧有效数据进行存储的数据缓存模块；
[0026]用于根据提取控制模块的工作模式信号计算获得当前一组帧有效数据包含的有 效数据位长度的有效位计算模块；
[0027] 用于根据解析数据预期长度将当前一组帧有效数据包含的有效数据位长度与当 前周期拼接模块输出的拼接数据的长度进行比较，确定针对当前一组帧有效数据要截取的 数据位数、剩余数据位数及判断经过本次拼接是否足以完成一个数据的拼接的长度比较模 块；
[0028] 用于根据长度比较模块输出的要截取的数据位数将当前一组帧有效数据与当前 周期拼接选择模块输出的未完成拼接数据进行拼接处理获得当前拼接数据，并计算获得当 前拼接完成数据的长度的拼接模块；
[0029] 用于根据长度比较模块输出的剩余数据位数将当前一组帧有效数据中剩余有效 数据向高位移动获得移位拼接数据的剩余数据移位模块；
[0030] 用于根据长度比较模块输出的数据拼接完成信号使当前拼接数据作为解析数据 选择输出的输出选择模块；
[0031] 用于根据长度比较模块输出的数据拼接完成信号对输出选择模块输出的解析数 据和剩余数据移位模块输出的移位拼接数据进行选择，以供下一次拼接的拼接选择模块。
[0032] 提取控制模块包括四种状态，分别为空闲状态、模式判断状态、移位对齐状态和直 接赋值状态；
[0033] 空闲状态：等待，当监测到正确帧数据时，进入模式判断状态；
[0034] 模式判断状态：控制数据判断模块对每一次传递的正确帧数据中的无效数据进行 舍弃，获得帧有效数据，再控制模式引导模块确定帧有效数据的模式，当有效数据区为由最 低位开始模式时，进入直接赋值状态；当有效数据区为非最低位开始模式时，进入移位对齐 状态；
[0035] 移位对齐状态：控制有效数据对齐模块对非最低位开始的帧有效数据进行低位移 位对齐操作，获得低位移位对齐操作的帧有效数据后，进入直接赋值状态，否则进入空闲状 态；
[0036] 直接赋值状态：获得有效数据区由最低位开始的帧有效数据时，保持自身状态； 否则进入空闲状态。
[0037] 一种基于FPGA的AOS卫星数传有效数据区提取方法，它包括：
[0038]用于将AOS标准帧数据存储到卫星载荷数据存储模块的步骤；
[0039] 用于通过格式校验模块对AOS标准帧数据携带的基本信息进行比对校验，舍弃错 误帧数据，输出正确帧数据的步骤；
[0040] 用于将正确帧数据存储到帧数据存储模块的步骤；
[0041] 用于通过数据提取模块对正确帧数据根据数据模式要求，按照数据单元进行提 取，并拼接成预期长度解析数据的步骤；
[0042] 用于将解析数据存储到解析数据存储模块的步骤。
[0043] 输出正确帧数据的步骤包括：
[0044] 用于通过校验控制模块监测待处理AOS标准帧数据的处理信号并对比对校验模 块和输出选择模块进行控制的步骤；
[0045] 用于通过比对校验模块，根据校验控制模块的比对控制信号对AOS标准帧数据进 行比对处理，确定当前AOS标准帧数据为错误帧数据或正确帧数据的步骤；所述错误帧数 据或正确帧数据为符合AOS格式的帧数据；
[0046] 用于通过输出选择模块，根据校验控制模块的输出控制信号对错误帧数据或正确 帧数据进行选择输出，将错误帧数据舍弃，输出正确帧数据的步骤。
[0047] 校验控制模块包括四种控制状态，分别为空闲状态、控制信息比对状态、控制舍弃 错误帧数据状态和控制输出正确帧数据状态，
[0048] 空闲状态：等待启动，当监测到待处理AOS标准帧数据的处理信号时，进入控制信 息比对状态；
[0049] 控制信息比对状态：控制比对校验模块对AOS标准帧数据进行比对处理，当比对 校验模块确定当前AOS标准帧数据为正确帧数据时，进入控制输出正确帧数据状态；当比 对校验模块确定当前AOS标准帧数据为错误帧数据时，进入舍弃错误帧数据状态；
[0050] 控制输出正确帧数据状态：输出正确帧数据；当监测到待处理AOS标准帧数据的 处理信号时，进入控制信息比对状态，否则进入空闲