基于高级在轨数据处理方法的空间实验室信息系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于高级在轨数据处理方法的空间实验室信息系统，包括：基于1553B总线的数据信息系统，实现遥测、指令和通信功能；基于AOS的高速数据传输系统，实现高速数据的传输。根据本发明专利技术的基于高级在轨数据处理方法的空间实验室信息系统能够支持载人航天器完成所有在轨功能。

Space laboratory information system based on advanced on orbit data processing method

The invention relates to a space laboratory information system based on advanced on-orbit data processing method, which comprises a data information system based on 1553B bus, realizing telemetry, instruction and communication functions, and a high-speed data transmission system based on AOS, realizing high-speed data transmission. The space laboratory information system based on the advanced on-orbit data processing method according to the present invention can support manned spacecraft to complete all on-orbit functions.

【技术实现步骤摘要】
基于高级在轨数据处理方法的空间实验室信息系统
本专利技术涉及航天器电气领域，涉及一种载人航天器信息系统的设计，尤其涉及一种基于高级在轨数据处理方法的载人航天器信息系统。
技术介绍
随着空间技术的不断发展，航天器飞行的科学任务日益繁重，数据量越来越大，TG-1空间实验室数据源种类多，总线数据量大、具备多种输出信道，体现在：1)空间实验室传输的数据包括工程遥测、数管遥测、图像话音、科学试验数据、应用系统数据。2)空间实验室的数据源包括2套1553B总线共26个终端、1套对接1553B总线共2个终端，1套1394总线共5个终端，乘员直接高速硬件接口(LVDS)、话音(RS422)等。3)空间实验室3套1553B总线数据量共600kbps，1394总线数据量达到46Mbps。4)空间实验室前向S数据速率2kbps，返向S数据速率768kbps×2，前向Ka数据速率3.2Mbps，返向Ka最大数据率144Mbps，同时能够适应低、中、高三种速率的数据传输。以上说明来自不同数据源的数据格式和传输速率各不相同，国内其它任一航天器都没有如此繁多的数据来源以及如此复杂的总线体系结构，这些对数据复接、存储的设计带来了困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述问题，提供一种支持载人航天器完成所有功能的基于高级在轨数据处理方法的空间实验室信息系统。为实现上述目的，本专利技术提供一种基于高级在轨数据处理方法的空间实验室信息系统，其特征在于，包括：基于1553B总线的数据信息系统，实现遥测、指令和通信功能；基于AOS的高速数据传输系统，实现高速数据的传输。根据本专利技术的一个方面，所述信息系统采用AOS数据体制和虚拟信道实现数据的调度控制。根据本专利技术的一个方面，所述基于1553B总线的数据信息系统包括：中央处理单元、RTU、大容量存储器和高速数据复接器、数据转换器；大容量存储器用于存储遥测数据、延时遥测数据、试验数据及医学数据；高速数据复接器用于复接接收CTU的实时遥测数据、大容量存储器的延时遥测数据和话音数据，为不同类型的数据分配相应的虚拟信道，按照设定的优先级进行调度。根据本专利技术的一个方面，所述基于AOS的高速数据传输系统包括：中继终端设备，包括：中继综合单元、Ka收发组件和中继天线；高速通信处理器，完成返向平台遥测数据、在轨试验数据、乘员遥测数据、图像数据、话音数据、大容量存储器延时数据的数据汇集，经过传输帧的格式化和调度、信道编码、同步等处理，形成统一数据流送所述中继终端设备传输；并且从所述中继终端设备接收前向数据，包括遥控指令，注入数据，话音和图像，经过通信处理和分路后，由各自的输出接口送出。根据本专利技术的一个方面，所述Ka收发组件包括：中继Ka信道，完成高速数据的双向传输；所述高速数据的双向传输包括：前向传输遥控指令、注入数据以及2路高速率话音、1路高速率图像及伴音；以及返向传输数管高速数据复接器复接的数据、2路高质量话音、2路高质量图像及伴音、延时数据和有效载荷数据。根据本专利技术的一个方面，所述中继Ka信道前向传输数据速率为3.2Mbps，返向传输数据的最大速率为144Mbps；在所述基于AOS的高速数据传输系统中，所述高速通信处理器接收所述中继Ka信道的前向数据时分配6个所述虚拟信道；所述高速通信处理器接收所述中继Ka信道的返向数据时分配8个所述虚拟信道。根据本专利技术的一个方面，所述基于1553B总线的数据信息系统采用符合AOS标准的数管遥测协议；所述数管遥测协议使用的数据结构包括：源包EPDU，对不同类型遥测数据按一定格式所形成的包装规约数据单元；多路协议数据单元MPDU，把多个源包数据按一定格式组合在一起，以使多个源包共用一个虚拟信道传输；位流协议数据单元BPDU，由导头和数据域构成；虚拟信道数据单元VCDU，由主导头、数据域和尾序列构成；信道访问数据单元CADU，由虚拟信道数据单元VCDU和同步码组成。根据本专利技术的一个方面，所述多路协议数据单元MPDU由多路协议数据单元导头和多路协议数据单元包域构成；所述多路协议数据单元导头中的首导头指针直接指向第一个所述源包EPDU的起始位置；所述多路协议数据单元包域第一个字节为所述源包EPDU包头的第一字节。根据本专利技术的一个方面，所述虚拟信道数据单元VCDU的数据域为所述多路协议数据单元MPDU和所述位流协议数据单元BPDU；所述虚拟信道数据单元VCDU的长度为882字节；所述虚拟信道数据单元VCDU的数据格式包括：所述高速数据复接器输出的VCDU以及所述大容量存储器通过20M接口输出的航天器延时遥测和飞船延时遥测VCDU；所述大容量存储器通过20M接口输出的乘员分系统1M数据以及载荷数据VCDU。根据本专利技术的一个方面，在所述基于1553B总线的数据信息系统中，在测控区内，所述高速数据复接器接收航天器和飞船实时遥测数据、32K话音数据和大容量存储器通过抽帧的延时遥测数据，为不同类型的数据分配虚拟信道，按照设定的优先级进行调度，采用动态调度策略使所述虚拟信道分时占用一个物理信道，通过768Kbps通道和2Mbps通道下行；在测控区外，所述大容量存储器复接延时遥测数据和突发的高速试验数据，进行分区存储，并且实现了边写边放的方式，入测控区后通过20Mbps通路下传，所述大容量存储器分配6个虚拟信道。根据本专利技术的载人航天器信息系统，其有益效果为以下几个方面：1)载人航天器(例如天宫一号)信息系统首次应用了我国载人航天器CCSDS推荐的高级在轨系统(AOS)，首次实现载人航天器平台数据、载荷数据共享带宽、统一管理，带宽利用率接近100％。2)通过在载人航天器信息系统中采用高级在轨系统的数据体制，解决了数据来源和外部接口种类众多，处理需求复杂，数据吞吐量大的难题，实现了平台遥测数据，图像、话音数据，两路有效载荷实时数据、大容量存储器数据、互连网数据等7类数据可靠输入、高效传输，并保证图像、话音数据的时延的要求。3)通过采用虚拟信号传输策略和动态调度控制策略，满足载人航天器在整个任务周期内的所有用户对数据传输需求，保证各个输入通道能够共享输出带宽，提高了信道利用率，实现了前向数据速率3.2Mbps，返向最大数据率144Mbps的双向传输，同时能够适应低、中、高三种速率的数据传输，满足在轨运行期间特殊任务的需要。为有效传输各类数据，空间实验室采用CCSDS建议的高级在轨系统(AOS)中的部分业务标准开展数管遥测的设计。同时，为解决中继传输的数据量大而信道有限以及各种数据优先级不同的难题，空间实验室采用CCSDS建议的高级在轨系统(AOS)有关业务开展下行通信链路数据优先级设计。高级在轨系统(AOS)是国际空间数据系统咨询委员会(CCSDS)专门针对多用户、高速率复杂的空间载人航天器而提出的一种数据处理与传输体制，国际空间站等载人航天器均采用了AOS体制，我国目标飞行需要处理和传输大量的、多用户的高速数据，采用AOS体制，可以实现对用户数据进行动态调度与复用，形成统一数据流，保证信道的高效率、高利用率，保证高质量的数据传输。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高级在轨数据处理方法的空间实验室信息系统，其特征在于，包括：基于1553B总线的数据信息系统，实现遥测、指令和通信功能；基于AOS的高速数据传输系统，实现高速数据的传输。

【技术特征摘要】
1.一种基于高级在轨数据处理方法的空间实验室信息系统，其特征在于，包括：基于1553B总线的数据信息系统，实现遥测、指令和通信功能；基于AOS的高速数据传输系统，实现高速数据的传输。2.根据权利要求1所述的基于高级在轨数据处理方法的空间实验室信息系统，其特征在于，所述信息系统采用AOS数据体制和虚拟信道实现数据的调度控制。3.根据权利要求2所述的基于高级在轨数据处理方法的空间实验室信息系统，其特征在于，所述基于1553B总线的数据信息系统包括：中央处理单元、RTU、大容量存储器和高速数据复接器、数据转换器；大容量存储器用于存储遥测数据、延时遥测数据、试验数据及医学数据；高速数据复接器用于复接接收CTU的实时遥测数据、大容量存储器的延时遥测数据和话音数据，为不同类型的数据分配相应的虚拟信道，按照设定的优先级进行调度。4.根据权利要求2所述的基于高级在轨数据处理方法的空间实验室信息系统，其特征在于，所述基于AOS的高速数据传输系统包括：中继终端设备，包括：中继综合单元、Ka收发组件和中继天线；高速通信处理器，完成返向平台遥测数据、在轨试验数据、乘员遥测数据、图像数据、话音数据、大容量存储器延时数据的数据汇集，经过传输帧的格式化和调度、信道编码、同步等处理，形成统一数据流送所述中继终端设备传输；并且从所述中继终端设备接收前向数据，包括遥控指令，注入数据，话音和图像，经过通信处理和分路后，由各自的输出接口送出。5.根据权利要求4所述的基于高级在轨数据处理方法的空间实验室信息系统，其特征在于，所述Ka收发组件包括：中继Ka信道，完成高速数据的双向传输；所述高速数据的双向传输包括：前向传输遥控指令、注入数据以及2路高速率话音、1路高速率图像及伴音；以及返向传输数管高速数据复接器复接的数据、2路高质量话音、2路高质量图像及伴音、延时数据和有效载荷数据。6.根据权利要求5所述的基于高级在轨数据处理方法的空间实验室信息系统，其特征在于，所述中继Ka信道前向传输数据速率为3.2Mbps，返向传输数据的最大速率为144Mbps；在所述基于AOS的高速数据传输系统中，所述高速通信处理器接收所述中继Ka信道的前向数据时分配6个所述虚拟信道；所述高速通信处理器接收所述中继Ka信道...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宏，何宇，张璐，刘宏泰，梁克，刘岩，张森，徐晓光，田庄，丁凯，
申请(专利权)人：北京空间技术研制试验中心，
类型：发明
国别省市：北京,11