一种空间应用载荷控制方法

1.本发明涉及空间应用载荷控制技术领域，尤其涉及一种空间应用载荷控制方法。


背景技术：

2.空间应用载荷指：是指在空间环境中运行的，面向空间应用的有效载荷，其安装位置可以是卫星平台，也可是空间站、飞船等航天器等，目前空间应用载荷复杂、多变，需要由专用的载荷管理系统对载荷进行测控、数据传输、供配电等管理，载荷管理系统中的关键单元如控制单元，多采用冗余备份的方案，即包括主份、备份，当主份异常时，切换为备机继续执行任务。但该方案需进行整套硬件的备份，成本高，体积重量大，且需要外部设备对其进行主备切换控制，不便于应用。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种空间应用载荷控制方法。
4.本发明的一种空间应用载荷控制方法的技术方案如下：
5.数管板获取每个空间应用载荷的应用数据并发送至上级设备，主控板获取每个空间应用载荷的工程数据，并发送至所述上级设备；
6.当第一通信链路和第二通信链路均未发生故障时，所述主控板获取所述上级设备发送的控制指令，并将所述控制指令发送至所述控制指令对应的空间应用载荷，以使所述控制指令对应的空间应用载荷执行所述控制指令，其中，所述控制指令是根据所述应用数据和所述工程数据生成的，或者，所述控制指令由用户自定义生成，所述第一通信链路为：所述主控板与所述上级设备之间的通信链路，所述第二通信链路为：所述主控板与所述控制指令对应的空间应用载荷之间的通信链路；
7.当所述第一通信链路和/或所述第二通信链路发生故障时，所述数管板获取所述控制指令，并将所述控制指令发送至所述控制指令对应的空间应用载荷，以使所述控制指令对应的空间应用载荷执行所述控制指令。
8.本发明的一种空间应用载荷控制方法的有益效果如下：
9.当所述主控板与所述上级设备之间的通信链路即第一通信链路，和/或，所述主控板与所述控制指令对应的空间应用载荷之间的通信链路即第二通信链路发生故障时，数管板能够接管主控板的功能，继续控制空间应用载荷，不需要冗余整套硬件的备份，不需要外部设备进行控制，便于应用。
10.在上述方案的基础上，本发明的一种空间应用载荷控制方法还可以做如下改进。
11.进一步，还包括：
12.所述主控板按照预设频率向所述数管板发送硬心跳，所述硬心跳表示：按照预设规律变化的电压信号；
13.所述数管板预设时长内未接收到硬心跳时，确定所述主控板发生故障。
14.进一步，所述数管板获取每个空间应用载荷的应用数据并发送至上级设备，包括：
15.s10、所述数管板通过双倍速率同步动态随机存储器接收每个空间应用载荷的应用数据，并发送至所述上级设备。
16.进一步，所述s10包括：
17.当所述双倍速率同步动态随机存储器的剩余存储空间不小于预设阈值时，将获取到的应用数据直接发送至上级设备。
18.进一步，所述s10还包括：
19.当所述双倍速率同步动态随机存储器的剩余存储空间大于所述预设阈值时，所述双倍速率同步动态随机存储器将获取到的应用数据划分为两部分，将第一部分的应用数据直接发送至所述上级设备，第二部分的应用数据发送至所述数据存储器，当向所述上级设备发送完所述第一部分的应用数据后，获取并将所述数据存储器中的第二部分的应用数据发送至所述上级设备。
20.进一步，还包括：
21.当任一空间应用载荷加电后，该空间应用载荷向所述主控板发起多次通信申请，若所述该空间应用载荷与主控板之间未建立通信连接，则该空间应用载荷向所述主控板则转向数管板发起通信申请。
22.进一步，还包括：
23.分级处置装置根据任一空间应用载荷的应用数据和工程数据，对该空间应用载荷的健康状态进行判断，确定该空间应用载荷的故障等级，并利用所述故障等级对应的故障处理策略对该空间应用载荷进行处理。
24.进一步，任一空间应用载荷的应用数据包括：该空间应用载荷所采集的图像数据和视频数据。
25.进一步，任一空间应用载荷的工程数据包括：该空间应用载荷的运行状态数据。
26.进一步，所述主控板包括多个数据接口。
附图说明
27.图1为本发明实施例的一种空间应用载荷方法的流程示意图；
28.图2为本发明实施例的一种空间应用载荷方法对应的控制器的结构示意图。
具体实施方式
29.如图1所示，本发明实施例的一种空间应用载荷方法，包括如下步骤：
30.s1、获取应用数据、工程数据并上传，具体地：
31.数管板获取每个空间应用载荷的应用数据并发送至上级设备，主控板获取每个空间应用载荷的工程数据，并发送至上级设备；
32.其中，数管板为一个带有数据接口的处理器或芯片，数管板通过数据接口接收每个空间应用载荷采集的应用数据，任一空间应用载荷的应用数据包括：该空间应用载荷所采集的图像数据和视频数据等，属于高速数据。
33.其中，主控板为一个带有数据接口的处理器或芯片，任一空间应用载荷的工程数据包括：该空间应用载荷的运行状态数据等，属于低速数据。
34.其中，主控板还包括1553b接口、模拟量接口、rs422接口、网口等多个数据接口，例如，主控板通过1553b接口接收上级设备发送的控制指令，且主控板通过1553b接口向上级设置发送工程数据。
35.其中，对高速数据和低速数据的解释为：传输速率超过预设传输速率阈值如100kbps或200kbps等的数据为高速数据，将传输速率不超过预设传输速率阈值如100kbps或200kbps等的数据为低速数据，可以理解的是，在不同的应用领域，用户可根据实际情况设置预设传输速率阈值的具体值。
36.其中，对上级设备的解释如下：
37.上级设备可为地面的计算机或服务器等，上级设备也可为处理器或芯片，可集成在本发明的一种空间应用载荷方法对应的控制器中。
38.s2、控制管理，具体地：
39.1)当第一通信链路和第二通信链路均未发生故障时，主控板获取上级设备发送的控制指令，并将控制指令发送至控制指令对应的空间应用载荷，以使控制指令对应的空间应用载荷执行控制指令，其中，控制指令是根据应用数据和工程数据生成的，或者，控制指令由用户自定义生成，第一通信链路为：主控板与上级设备之间的通信链路，第二通信链路为：主控板与控制指令对应的空间应用载荷之间的通信链路；
40.2)当第一通信链路和/或第二通信链路发生故障时，数管板获取控制指令，并将控制指令发送至控制指令对应的空间应用载荷，以使控制指令对应的空间应用载荷执行控制指令。
41.当主控板与上级设备之间的通信链路即第一通信链路，和/或，主控板与控制指令对应的空间应用载荷之间的通信链路即第二通信链路发生故障时，数管板能够接管主控板的功能，继续控制空间应用载荷，不需要冗余整套硬件的备份，不需要外部设备进行控制，便于应用。
42.其中，空间应用载荷的数量可根据实际情况设置，以三个空间应用载荷为例进行说明，数管板采集第一个空间应用载荷的应用数据、第二个空间应用载荷的应用数据和第三个空间应用载荷的应用数据，并发送至上级设备，主控板采集第一个空间应用载荷的工程数据、第二个空间应用载荷的工程数据和第三个空间应用载荷的工程数据并发送至上级设备，上级设备根据接收到的应用数据和工程数据发出控制指令，并将控制指令发送至控制指令执行对应的空间应用载荷，该方式为自主发送指令的方式，具体地：
43.例如，主控板接收到第一个空间应用载荷的工程数据，该工程数据中包含载荷温度信息，上级设备或主控板根据载荷温度信息判断该空间应用载荷的温度超限，自动发送指令至第一个空间应用载荷，以控制第一个空间应用载荷断电或其他处置措施。
44.在另外一个实施例中，控制指令由用户如地面运控人员等自定义生成，该方式为地面根据数据发送指令的方式，具体地：
45.例如，主控板接收到第二个空间应用载荷的工程数据，并下行到地面的上级设备，地面的地面运控人员根据该下行的工程数据中的载荷温度信息，当判定第二个空间应用载荷的温度超限时，地面运控人员发送指令至第二个空间应用载荷，以控制第二个空间应用载荷断电或其他处置措施。
46.对第一通信链路和第二通信链路是否故障的解释如下：
47.1)例如，主控板与上级设备之间通过rs232数据线进行通信连接，即第一通信链路包括主控板、上级设备和rs232数据线，主控板与控制指令对应的空间应用载荷例如第一个空间应用载荷之间通过rs422数据线连接，则主控板与第一个空间应用载荷之间通信链路即第二通信链路包括：主控板、rs422数据线和第一个空间应用载荷，当rs232数据线、主控板、rs422数据线和第一个空间应用载荷均未发生故障时，能正常进行通信，则第一通信链路和第二通信链路均未发生故障。
48.2)若主控板发生故障，则判定第一通信链路和第二通信链路均发生故障；若只有rs232数据线发生损坏，则第一通信链路发生故障，若只有rs422数据线发生损坏，则第二通信链路发生故障，此时数管板接收上级设备发送的控制指令，并将控制指令发送至控制指令执行对应的空间应用载荷，以使控制指令对应的空间应用载荷执行控制指令。
49.当主控板与上级设备之间的通信链路即第一通信链路，和/或，主控板与控制指令对应的空间应用载荷之间的通信链路即第二通信链路发生故障时，数管板能够接管主控板的功能，继续控制空间应用载荷，不需要冗余整套硬件的备份，不需要外部设备进行控制，便于应用，且体积小，重量小，成本低。
50.可选地，在上述技术方案中，还包括：
51.主控板按照预设频率向数管板发送硬心跳，硬心跳表示：按照预设规律变化的电压信号；
52.数管板预设时长内未接收到硬心跳时，确定主控板发生故障。
53.其中硬心跳为：每1秒，0v、3.3v的电压翻转一次，数管板每100ms采集一次，若预设时长内如连续6秒未采集到跳变，则判定为主控板硬心跳异常，即判定主控板发生故障，也可根据实际情况设置硬心跳的具体形式。
54.可选地，在上述技术方案中，s1中，数管板获取每个空间应用载荷的应用数据并发送至上级设备，包括：
55.s10、数管板通过双倍速率同步动态随机存储器接收每个空间应用载荷的应用数据，并发送至上级设备。s10包括：
56.1)当双倍速率同步动态随机存储器的剩余存储空间不小于预设阈值时，将获取到的应用数据直接发送至上级设备。
57.2)当双倍速率同步动态随机存储器的剩余存储空间大于预设阈值时，双倍速率同步动态随机存储器将获取到的应用数据划分为两部分，将第一部分的应用数据直接发送至上级设备，第二部分的应用数据发送至数据存储器，当向上级设备发送完第一部分的应用数据后，获取并将数据存储器中的第二部分的应用数据发送至上级设备。
58.当双倍速率同步动态随机存储器的剩余存储空间大于预设阈值如30％时，可将双倍速率同步动态随机存储器将获取到的应用数据划分为两部分，具体可理解为：
59.1)例如第一个空间应用载荷发送应用数据的速率为1m/s，则将每秒接收到的1m的应用数据均分为两部分，也就是说，每秒内，上传0.5m的应用数据即第一部分的应用数据至上级设备，剩余的0.5m的应用数据即第二部分的应用数据存储至数据存储器内，当向上级设备发送完第一部分的应用数据后，获取并将数据存储器中的第二部分的应用数据发送至上级设备。
60.2)例如第一个空间应用载荷发送应用数据的速率为1m/s，则将每秒接收到的1m的
应用数据随机分为两部分。
61.其中，双倍速率同步动态随机存储器即ddr，又称内存条，具有较高的数据传输率。
62.可选地，在上述技术方案中，还包括：
63.当任一空间应用载荷加电后，该空间应用载荷向主控板发起多次通信申请，若该空间应用载荷与主控板之间未建立通信连接，则该空间应用载荷向主控板则转向数管板发起通信申请。
64.例如，第一个空间应用载荷加电后，向主控板发起多次通信申请，若多次发起通信申请后，第一个空间应用载荷与主控板之间未建立通信连接，说明主控板与第一个空间应用载荷之间的通信链路即第二通信链路发生异常，若主控板与第一空间应用载荷之间能够建立通信连接，说明主控板与第一空间应用载荷之间的通信链路即第二通信链路未发生异常。
65.可选地，在上述技术方案中，还包括：
66.分级处置装置根据任一空间应用载荷的应用数据和工程数据，对该空间应用载荷的健康状态进行判断，确定该空间应用载荷的故障等级，并利用故障等级对应的故障处理策略对该空间应用载荷进行处理。
67.其中，分级处置装置具体可为一个处理器，还可为主控板、数管板或上级设备，即主控板、数管板或上级设备根据任一空间应用载荷的应用数据和工程数据，对该空间应用载荷的健康状态进行判断，确定该空间应用载荷的故障等级，并利用故障等级对应的故障处理策略对该空间应用载荷进行处理。
68.其中，故障等级可分为：最严重故障、次严重故障、一般故障，最严重故障的等级对应的故障处理策略为：对空间应用载荷立即断电，次严重故障的等级对应的故障处理策略为：对空间应用载荷发出紧急断电告警，通知空间应用载荷进行断电准备后，延时若干秒后对空间应用载荷进行断电，一般故障的等级对应的故障处理策略为：不进行自主处置，将故障情况下行地面后，由地面运控人员进行决策及处置。
69.如图2所示，下面结合本发明的一种空间应用载荷控制方法对应的控制器，对本发明的一种空间应用载荷控制方法进行说明：
70.控制器包括主控板、数管板、存储板即数据存储器、接口板和交换板；主控板运行主控软件，主要实现与上级设备间的通信、实现对内部其他板卡的模拟量、数字量采集及加断电控制，实现载荷的工参、数字量采集；数管板运行数管软件，主要实现载荷应用数据的采集及下行。存储板主要实现载荷应用数据的存储，交换板主要实现主控板、数管板、载荷间的以太网互联及数据交换。其中，交换板即vpx板卡标准的以太网交换机，用于实现多路以太网互联及数据交换。具体地：
71.主控板包括1553b接口、模拟量接口、rs422接口、网口，主控板通过1553b接口接收上级设备发送的控制指令，且主控板通过1553b接口向上级设置发送工程数据；
72.主控板通过模拟量接口和/或rs422接口接收第一个空间应用载荷发送的工程数据，主控板还可以通过交换板，以以太网互联的方式接收第一个空间应用载荷发送的工程数据，具体地：第一个空间应用载荷通过1000base-x即光纤吉比特以太网将工程数据发送至交换板，交换板通过1000base-x即光纤吉比特以太网将工程数据发送至主控板。
73.数管板设有rs422接口，接口板上设有fc接口，且数管板设有与接口板适配的数据
接口，接口板接收上级设备发送的控制指令，并通过与接口板适配的数据接口发送至数管板；数管板通过其rs422接口能够与主控板的rs422接口通信连接，以便于将控制指令发送至主控板。
74.第一个空间应用载荷通过1000base-x即光纤吉比特以太网将应用数据发送至交换板，交换板通过1000base-x即光纤吉比特以太网将应用数据发送至数管板，数管板通过接口板将第一个空间应用载荷的应用数据上传至上级设备。
75.当双倍速率同步动态随机存储器的剩余存储空间不小于预设阈值时，将获取到的应用数据直接发送至上级设备，当双倍速率同步动态随机存储器的剩余存储空间大于预设阈值时，双倍速率同步动态随机存储器将获取到的应用数据划分为两部分，将第一部分的应用数据直接发送至上级设备，第二部分的应用数据发送至数据存储器即存储板，当向上级设备发送完第一部分的应用数据后，获取并将数据存储器即存储板中的第二部分的应用数据发送至上级设备。
76.其中，通过适配的电源向主控板、数管板、存储板即数据存储器、接口板和交换板等供电。
77.主控板和数管板之间有一路io，用于主控板向数管板输出硬心跳，每1s，0v、3.3v电压翻转一次。数管板每100ms采集一次io，若连续6秒未采集到跳变，则判定为主控板硬心跳异常。
78.主控板和数管板之间通过rs422进行通信，主控板每500ms向数管板发送工参采集指令，数管板收到工参采集指令后向主控板回复工参，若连续6s未收到主控板发送的工参采集指令，则判定主控板通信异常。
79.交换板，主要实现主控板、数管板、载荷间的以太网互联及数据交换。
80.固态功率配电板(sspc)主要用来控制载荷的加断电，并可对负载电压、电流值进行采集。sspc与主控板、数管板之间均有一路rs422进行通信，接收控制指令并返回载荷电压电流等工参。
81.每个空间应用载荷加电后，主动向控制器主控板发起通信申请，5s尝试申请一次，若连续30s仍未能与主控板建立连接，则转而向数管板发起通信申请。
82.正常情况下，主控板对载荷的模拟量进行采集，通过oc程控对载荷进行开关控制，通过rs422或以太网接口与载荷通信，转发指令并采集工参。主控板通过rs422与sspc通信，向sspc发送指令，从而控制空间应用载荷加断电。
83.数管板切换为降级主控模式后，通过以太网接口与载荷通信，转发指令并采集工参。通过rs422与sspc通信，向sspc发送指令，从而控制载荷加断电。不具备模拟量采集及oc程控功能，不再执行原数管功能，或者仍具备模拟量采集及oc程控功能，仍能够执行原数管功能。
84.可通过指令，由地面控制数管板切换为降级主控模式。
85.数管板可自主切换为降级主控模式，当同时满足下述三个条件即可自动切换：1)连续6s未采集到主控板硬心跳跳变；2)连续6s未收到主控板发送的工参采集指令；3)有载荷因长期无法与主控板建立通信，而向数管板发起通信申请。
86.数管板由装订参数决定，是否使能自动切换为降级主控模式。若配置为禁止自动切换，则即使满足自动切换条件，也不会自动切换，需由地面发指令切换。
87.本发明的一种空间应用载荷控制方法的有益效果如下：
88.1)提高了可靠性、安全性，在不增加额外硬件的情况下，实现了降级主控功能，在主控板功能丧失的情况下，也可实现对载荷的加断电控制及重要参数下行；
89.2)可自主切换应急模式，便于运控。
90.在上述各实施例中，虽然对步骤进行了编号s1、s2等，但只是本技术给出的具体实施例，本领域的技术人员可根据实际情况调整s1、s2等的执行顺序，此也在本发明的保护范围内，可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施方式中的部分或全部。
91.在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
92.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
93.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。