一种基于SpaceWire总线实现的在轨高速注入系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于SpaceWire总线实现的在轨高速注入系统及方法，系统包括数据上注链路模块、中继星、用户星。本发明专利技术系统延时小，且上注时间大幅缩短，对用户好用易用；数据可靠性高，完成基于上注数据帧和上注数据包的逐级校验，确保上注数据传输的可靠性；可实现断点续传、指定数据帧上注，便于用户上注任务的灵活安排；上注数据类型可变，确保满足不同星载设备在轨数据的维护需求。载设备在轨数据的维护需求。载设备在轨数据的维护需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SpaceWire总线实现的在轨高速注入系统及方法


[0001]本专利技术涉及卫星数据传输
，适用于具备中继卫星KSA数据通道和星载SpaceWire总线网络设计的卫星系统设计。

技术介绍

[0002]随着星载软件功能需求的复杂性增强，势必引发软件规模大幅提升，相应地软件配置数据的大小也大幅增加。卫星系统传统上注链路设计，采用S测控信道设计方式，上注时间动辄几个月，不便于上注任务规划和实施的同时，也降低了上注数据的可靠性。该项缺点使得实际工程应用中，卫星在轨后实际极少有型号真正实施在轨注入操作，卫星可重构性能下降。

技术实现思路

[0003]本专利技术解决的技术问题为：克服使用S测控信道为上注链路的不足，集中解决以下四方面问题：
①
、解决上注时效低问题；
②
、解决上注数据可靠性低问题；
③
、解决不能支持断点续传、指定数据帧上注的问题；
④
、解决上注数据类型单一问题，可支持多终端需求。
[0004]本专利技术的技术方案为：一种通过Ka前向链路基于SpaceWire总线实现的在轨高速注入系统，包括数据上注链路模块、中继星、用户星；
[0005]数据上注链路模块：地面按照约定协议对上注业务数据块进行组帧加工后，完成加密可选、加扰、码型变换、卷积编码、SQPSK调制，及功率放大后，上行发送至中继星；
[0006]中继星：中继卫星大型跟踪天线接收来自数据上注链路的射频信号，并通过中继卫星KSA通道向用户星转发；
[0007]用户星：负责接收来自中继卫星的信标信号和前向信号，在用户星跟踪接收机锁定状态下，完成中继星KSA通道数据的解调接收、存储转发、路由传输管理、接收判读及分发，确保上注数据被各星载目标终端可靠存储；
[0008]所述用户星包括Ka前向接收机、系统管理单元、1553B总线终端用户端、高速总线路由单元、高速上行数据用户端、星载各设备终端；
[0009]Ka前向接收机：对接收到来自中继卫星的KSA信号进行SQPSK解调、解卷积编码、并串转换、码型变换，负责接收并解调由地面通过中继卫星星间链路传送来的前向Ka频段信号，通过LVDS接口将数据传送给系统管理单元；
[0010]系统管理单元：通过LVDS接口接收Ka前向接收机转发的上行注入数据，数据管理单元对当前上注帧进行正确性判断后，对判读正确的数据在系统管理单元暂存后，在地面指令控制下，将高速上行数据用户的数据通过Spacewire总线网络转发给高速数据路由单元；对校验和错误的帧号或VCDU计数器不连续的帧号通过测控信道向地面提供必要的遥测，用于地面重注决策；系统管理单元同时实现通过1553B总线与各RT终端数据的交换；
[0011]1553B总线终端用户端:各终端用户按照卫星1553B总线通信协议对各终端的技术要求，完成对总线数据的接收，采用双冗余热备份，数据传输速率1MHz，半双工；
[0012]高速总线路由单元:SpaceWire总线网络以高速总线路由单元为核心，完成卫星中高速业务数据和控制数据的传输与交互；冷热备份方式，符合ECSS-E-ST-50-12C标准，链路速率100Mbps，全双工；
[0013]高速上行数据用户端:支持多类型目标结点的高速上行数据用户；目标结点从高速总线路由单元Spacewire总线网络上接收数据包后协议解析；星载控制器按VCDU帧格式中信号域区域参数进行识别，对本机用上注数据完成本地存储，对分系统内后端的各终端设备数据进行协议转发；
[0014]星载各设备终端:分系统内部星载各终端设备按照预先约定的数据协议，对属于本终端设备的上注数据进行判读、存储；数据帧和数据包两级校验和均正确后，完成在轨测试及功能验证后，实现星载设备在轨升级和维护。
[0015]上行注入业务数据块采用VCDU格式，由地面软件按照约定协议实现分包组帧；加密可选；上注链路采用加扰、码型变换、卷积编码和SQSK调制体制。
[0016]一种通过Ka前向链路基于SpaceWire总线实现的在轨高速注入方法，步骤如下：
[0017]1)数据上注链路，完成上注业务数据包到上注业务数据帧的转换；完成加扰、码型变换、卷积编码、SQPSK调制，及功率放大后，上行发送至中继星；
[0018]2)在轨中继卫星的跟踪天线接收来自高速上行链路的射频信号，并通过中继卫星KSA通道向用户星转发；此链路只有在TL卫星跟踪天线完成对用户星定向，用户星中继天线也完成对TL卫星跟踪后才建立；在执行业务数据块上注时，满足以下条件：TL卫星遥测数据显示指向跟踪系统处于锁定状态；用户星遥测数据显示跟踪接收机处于锁定状态；在首个上注VCDU帧前填充6000帧空帧，用于导引Ka前向接收机进入锁定；
[0019]3)用户星接收来自中继卫星的信标信号和前向信号，在用户星跟踪接收机锁定状态下，完成中继星KSA通道数据的解调接收、存储转发、路由传输管理、接收判读及分发，最终确保上注数据被各星载目标终端可靠存储。
[0020]所述上注业务数据包中除上注数据本身外，携带目标地址、上注数据长度、存储芯片编号、存储区域编号、计数器；上注业务数据包尾部携带包校验和信息，用于星载终端设备对接收到上注数据包的可靠性判读；对上注业务数据包采用符合CCSDS定义的VCDU格式，封装成适合信道传输的数据帧；VCDU帧格式中包含VCDU虚拟信道标识符、VCDU计数器、起始帧标识/结束帧标识、CRC校验和信息，用于系统管理单元完成基于上注数据帧层级的正确性、连续性判读；其中虚拟信道标识符设计用来识别不同星载控制器，对于连接在同一台星载控制器后端的星载终端设备，通过VCDU帧格式中信号域中信息类型标识定义进行区分。
[0021]所述步骤3)的具体过程为：
[0022]31)Ka前向接收机对接收到的来自中继星KSA信号进行SQPSK解调、解卷积编码、并串转换和码型变换，实现NRZ-M变换为NRZ-L后，通过LVDS接口输出一路5MHz时钟和一路数据给系统管理单元；
[0023]32)系统管理单元对接收到来自Ka前向接收机的一路5MHz时钟和一路单bit数据进行提同步、解扰、解密可选、串并变换处理后，系统管理单元对数据帧校验和正确性以及连续性检查，确保Ka前向上注高速链路数据传输可靠；对校验和检测正确的数据帧进行存储；对校验和错误的帧号或VCDU计数器不连续的帧号通过测控信道向地面提供必要的遥测，用于地面重注决策；已正确接收并存储的数据帧不需重复注入；在上行数据注入完成
后，由指令控制系统管理单元通过SpaceWire总线转发给高速总线路由单元；系统管理单元还实现从数据帧层面和数据包层面进行多级校验和判断，确保上注数据包校验和正确后方可实施在轨更新；支持断点续传、指定数据帧上注，便于用户上注任务的灵活安排；正在执行的上注任务可随时被卫星主任务打断，后续择机继续完成前一次上注任务；系统管理单元同时可实现通过1553B总线与各RT本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过Ka前向链路基于SpaceWire总线实现的在轨高速注入系统，其特征在于：包括数据上注链路模块、中继星、用户星；数据上注链路模块：地面按照约定协议对上注业务数据块进行组帧加工后，完成加密可选、加扰、码型变换、卷积编码、SQPSK调制，及功率放大后，上行发送至中继星；中继星：中继卫星大型跟踪天线接收来自数据上注链路的射频信号，并通过中继卫星KSA通道向用户星转发；用户星：负责接收来自中继卫星的信标信号和前向信号，在用户星跟踪接收机锁定状态下，完成中继星KSA通道数据的解调接收、存储转发、路由传输管理、接收判读及分发，确保上注数据被各星载目标终端可靠存储。2.根据权利要求1所述的一种通过Ka前向链路基于SpaceWire总线实现的在轨高速注入系统，其特征在于：所述用户星包括Ka前向接收机、系统管理单元、1553B总线终端用户端、高速总线路由单元、高速上行数据用户端、星载各设备终端；Ka前向接收机：对接收到来自中继卫星的KSA信号进行SQPSK解调、解卷积编码、并串转换、码型变换，负责接收并解调由地面通过中继卫星星间链路传送来的前向Ka频段信号，通过LVDS接口将数据传送给系统管理单元；系统管理单元：通过LVDS接口接收Ka前向接收机转发的上行注入数据，数据管理单元对当前上注帧进行正确性判断后，对判读正确的数据在系统管理单元暂存后，在地面指令控制下，将高速上行数据用户的数据通过Spacewire总线网络转发给高速数据路由单元；对校验和错误的帧号或VCDU计数器不连续的帧号通过测控信道向地面提供必要的遥测，用于地面重注决策；系统管理单元同时实现通过1553B总线与各RT终端数据的交换；1553B总线终端用户端:各终端用户按照卫星1553B总线通信协议对各终端的技术要求，完成对总线数据的接收，采用双冗余热备份，数据传输速率1MHz；高速总线路由单元:SpaceWire总线网络以高速总线路由单元为核心，完成卫星中高速业务数据和控制数据的传输与交互；冷热备份方式，符合ECSS-E-ST-50-12C标准，链路速率100Mbps，全双工；高速上行数据用户端:支持多类型目标结点的高速上行数据用户；目标结点从高速总线路由单元Spacewire总线网络上接收数据包后协议解析；星载控制器按VCDU帧格式中信号域区域参数进行识别，对本机用上注数据完成本地存储，对分系统内后端的各终端设备数据进行协议转发；星载各设备终端:分系统内部星载各终端设备按照预先约定的数据协议，对属于本终端设备的上注数据进行判读、存储；数据帧和数据包两级校验和均正确后，完成在轨测试及功能验证后，实现星载设备在轨升级和维护。3.根据权利要求2所述的一种通过Ka前向链路基于SpaceWire总线实现的在轨高速注入系统，其特征在于：上行注入业务数据块采用VCDU格式，由地面软件按照约定协议实现分包组帧；加密可选；上注链路采用加扰、码型变换、卷积编码和SQSK调制体制。4.一种通过Ka前向链路基于SpaceWire总线实现的在轨高速注入方法，其特征在于步骤如下：1)数据上注链路，完成上注业务数据包到上注业务数据帧的转换；完成加扰、码型变换、卷积编码、SQPSK调制，及功率放大后，上行发送至中继星；
2)在轨中继卫星的跟踪天线接收来自高速上行链路的射频信号，并通过中继卫星KSA通道向用户星转发；此链路只有在TL卫星跟踪天线完成对用户星定向，用户星中继天线也完成对TL卫星跟踪后才建立；在执行业务数据块上注时，满足以下条件：TL卫星遥测数据显示指向跟踪系统处于锁定状态；用户星遥测数据显示跟踪接收机处于锁定状态；在首个上注VCDU帧前填充6000帧空帧，用于导引Ka前向接收机进入锁定；3)用户星接收来自中继卫星的信标信号和前向信号，在用户星跟踪接收机锁定状态下，完成中继星KSA通道数据的解调接收、存储转发、路由传输管理、接收判读及分发，最终确保上注数据被各星载目标终端可靠存储。5.根据权利要求4所述的一种通过Ka前向链路基于SpaceWire总线实现的在轨高速注入方法，其特征在于：所述上注业务数据包中除上注数据本身外，携带目标地址、上注数据长度、存储芯片编号、存储区域编号、计数器；上注业务数据包尾部携带包校验和信息，用于星载终端设备对接收到上注数据包的可靠性判读；对上注业务数据包采用符合CCSDS定义的VCDU格式，封装成适合信道传输的数据帧；VCDU帧格式中包含VCDU虚拟信道标识符、VCDU计数器、起始帧标识/结束帧标识、CRC校验和信息，用于系统管理单元完成基于上注数据帧层级的正确性、连续性判读；其中虚拟信道标识符设计用来识别不同星载控制器，对于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵妍，郑小松，陈安和，王鸣涛，武小栋，袁小娜，魏昕，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：