小卫星星务主机双机冷备结构的三机实现方法技术

小卫星星务主机双机冷备结构的三机实现方法，首先构建由星务主机和星载下位机组成的星务系统，星务主机通过星上网与星载下位机通信以获取星载智能设备的工况；星务主机采用配置有共同的内务下位机且互为冷备份的两个星务计算机实现，星务计算机和内务下位机之间定时互相发送诊断信号，获取各自的工况信息及健康状态并进行存储，内务下位机可以与地面测控站进行通信。若内务下位机工作异常，当值星务计算机重新启动内务下位机，使内务下位机重构后进入正常工作状态；当星务计算机复位或切机时，内务下位机将保存好的实时数据传输给星务计算机，星务计算机重构后进入正常工作状态。本发明专利技术方法可靠性高、实时性好，可实现卫星的不间断服务。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于卫星控制领域，涉及一种星务系统星务主机的双机冷备结构的三机实现方法。
技术介绍
一般的，为了保证卫星运行的可靠性，星载设备一般都采用双机冗余备份的方式。双机备份方式又分为热备份和冷备份两种。热备份方式的功耗较大，但由于其切换是从某些进程开始热启动，因此恢复时间短。冷备份方式可靠性高，可以节省星上能源，并能够提供空间单粒子的辐射″退火″效应，但由于需要从冷启动重新开始，因此其恢复过程时间较长。为了提高可靠性，目前星载计算机的配置方式多采用三机冗余热备份方式，有的大卫星还采用五机冗余热备份方式，这些多机工作方式要求各星载计算机均处于工作状态，星上能源消耗大。当星载计算机出现故障时进行三机比对，三取二实现控制管理，这就要求增加一个“三取二”比对环节，该环节构成了“单点”危险点。在小卫星中，通常采用双机冗余结构，在出现故障时不能采用上述比对的方法，而是直接由主份机切换到备用机，因此双机管理环节逻辑构成简单，由此建立的可靠性模型可以消除“单点”危险点，又利于长寿命的使用要求，同时节省了星上能源。但是双机冷备的方式存在以下缺点：当主份机复位或切换到备用机时，会丢失当前工作的参数和工作模式，备份机的工作必须重新开始，从而使得卫星对外服务中断，这对卫星用户来说是不允许的。为此需要开发一种具有对外应用无扰的，能连续不间断地进行卫星应用服务工作的切记机制和方法，保证星上机进行故障切机后卫星的对外应用服务不受影响。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种可靠性高、实时性好的小卫星星务主机双机冷备结构的三机实现方法。本专利技术的技术解决方案是：小卫星星务主机双机冷备结构的三机实现方法，步骤如下：(1)构建由星务主机和星载下位机组成的星务系统，星载各智能设备分别配置星载下位机，星务主机通过星上网总线与星载下位机进行通信，获取星载各智能设备的工况信息；星务主机采用互为冷备份的两个星务计算机实现，两个星务计算机配置有共同的内务下位机，星务计算机和内务下位机之间定时互相发送诊断信号，获取各自的工况信息及健康状态并进行存储，内务下位机可以与地面测控站进行通信；(2)若内务下位机工作异常，则当值星务计算机向内务下位机发出切机指令，内务下位机重新启动，待内务下位机重新启动并工作正常后由当值星务计算机向其发送存储的内务下位机非正常工作期间的工况信息及健康状态，内务下位机重构后进入正常工作状态；-->(3)若当值星务计算机工作异常，则当值星务计算机的软件看门狗发出中断信息，当值星务计算机向备份星务计算机发出切机指令，当值星务计算机复位并重新启动，同时备份星务计算机加电启动，备份星务计算机的启动时间应设定大于当值星务计算机重新启动一次的时间而小于当值星务计算机重新启动两次的时间；(4)若当值星务计算机重新启动后工作正常，则该当值星务计算机向备份星务计算机发出关机指令，同时该当值星务计算机从内务下位机获取已存储的该当值星务计算机工作异常前的工况信息，当值星务计算机进行重构后进入正常工作状态；(5)若当值星务计算机重新启动后仍旧工作异常，则当值星务计算机的软件看门狗再次发出中断信息，当值星务计算机复位并再次重新启动，备份星务计算机向该当值星务计算机发出关机指令，由备份星务计算机从内务下位机获取已存储的当值星务计算机工作异常前的工况信息，备份星务计算机进行重构后进入正常工作状态；(6)若两个星务计算机均发生异常情况并关机，内务下位机接替该两个星务计算机的任务，同时内务下位机将最新存储的星务计算机的工况信息以及两个星务计算机的故障信息下传至地面测控站。所述的星务计算机或者内务下位机存储的工况信息包括时间、地面上注的卫星工作数据块以及各星载下位机的工况信息。本专利技术与现有技术相比的优点在于：本专利技术方法采用三机实现小卫星星务主机的冷备结构，内务下位机作为第三方存储更新，保存星务计算机和星上其他设备的实时工况，当星务计算机复位或切换到备用机时，传递事故前的工况信息，实现工作的连续性，形成无缝不间断的卫星运行。内务下位机不要求与星务计算机同样的高质量元器件组成，它可以在线工作时暂时中断工作，只需能恢复工作即可，降低了设备的成本。内务下位机可以作为星务计算机的降级备用机，当星务计算机双机均出现故障时，内务下位机在低功能级上对地通信，利用地面专家系统诊断，抢救星上设备。通过该技术手段，当星务计算机出现故障时，星务计算机可以自动恢复，同时还能够实时地、不间断的提供卫星运行服务，具有较高的可靠性和实时性。附图说明图1为本专利技术方法的实现原理图；图2为本专利技术两个星务计算机冷备切换机制的状态迁移图；图3为本专利技术方法实现的三机冷备结构的工作流程图。具体实施方式如图1所示，构建由星务主机和星载下位机组成的星务系统，星载各智能设备分别配置星载下位机(图中共有n个)，星务主机通过星上网总线(图中为CAN总线)与星载设备下位机进行通信，获取星载各智能设备的工况信息。星务主机在双机冷备份(采用两个星务计算机实现)的基础上，加入一个内务下位机。内务下位机通过A/D采集星务计算机的遥测数据，对星务计算机的工作状态和基础数据、健康状态进行监视，以用于故障诊断，并对其进行指令控制。内务下位机分别通过两个串口实现与两个星务计算机的通信，通过该串口获得当-->班星务计算机运行过程中的实时数据并存储和分析；当分析出当班星务计算机硬件故障而当班星务计算机没有切机动作时，内务下位机发送星务计算机切机指令。当星务计算机在轨切机后，星务计算机通过该内务下位机获得切机前的实时数据，从而能够保持飞行任务连续性，达到无缝和无扰切换，提高卫星的自主管理能力。内务下位机通过CAN总线接口实现接收总线上的指令，进行协助星务计算机完成全星管理任务，减轻星务计算机工作量和确保其安全、可靠。当两个星务计算机都故障时，内务下位机通过输出OC(集电极开路输出)型指令将两个星务计算机关机，内务下位机接替该两个星务计算机的任务，内务下位机还设计有两路遥测(TM 1/2)接口，将星上遥测数据下传到地面测控站，同时内务下位机将最新存储的星务计算机的工况信息以及两个星务计算机的故障信息下传至地面测控站，实现卫星管理的“信息多路径”。在图1所示系统的基础上，若内务下位机工作异常，则当值星务计算机向内务下位机发出切机指令，内务下位机重新启动，待内务下位机重新启动并工作正常后由当值星务计算机向其发送存储的内务下位机非正常工作期间的工况信息及健康状态，内务下位机重构后进入正常工作状态。若当值星务计算机工作异常，情况要相对复杂一些，如图2所示，为两个星务计算机冷备切换机制的状态迁移图，图中假设甲机为当值星务计算机，乙机为其备份机，甲机和乙机的切换控制电路完全一样，两机可以互相向对方发出关机指令，通过软件设置甲机的优先级高于乙机(乙机启动一次所需时间在甲机启动一次所需时间和甲机启动两次所需时间之间)。初始时刻，如图2所示，甲机由于工作异常发生了第1次看门狗狗咬事件后，甲机自己复位，同时给乙机加电。由状态1迁移到状态2，双机均处于上电过程，双机进行控制权的竞争。甲机复位后，重新进行初始化，自检，并根据复位状态计数进行诊断、重构和延时。当上述动作正常结束后，表明甲机正常，甲机发出一条命令关乙机电源，甲机继本文档来自技高网...

【技术保护点】
小卫星星务主机双机冷备结构的三机实现方法，其特征在于步骤如下：（１）构建由星务主机和星载下位机组成的星务系统，星载各智能设备分别配置星载下位机，星务主机通过星上网总线与星载下位机进行通信，获取星载各智能设备的工况信息；星务主机采用互为冷备份的两个星务计算机实现，两个星务计算机配置有共同的内务下位机，星务计算机和内务下位机之间定时互相发送诊断信号，获取各自的工况信息及健康状态并进行存储，内务下位机可以与地面测控站进行通信；（２）若内务下位机工作异常，则当值星务计算机向内务下位机发出切机指令，内务下位机重新启动，待内务下位机重新启动并工作正常后由当值星务计算机向其发送存储的内务下位机非正常工作期间的工况信息及健康状态，内务下位机重构后进入正常工作状态；（３）若当值星务计算机工作异常，则当值星务计算机的软件看门狗发出中断信息，当值星务计算机向备份星务计算机发出切机指令，当值星务计算机复位并重新启动，同时备份星务计算机加电启动，备份星务计算机的启动时间应设定大于当值星务计算机重新启动一次的时间而小于当值星务计算机重新启动两次的时间；（４）若当值星务计算机重新启动后工作正常，则该当值星务计算机向备份星务计算机发出关机指令，同时该当值星务计算机从内务下位机获取已存储的该当值星务计算机工作异常前的工况信息，当值星务计算机进行重构后进入正常工作状态；（５）若当值星务计算机重新启动后仍旧工作异常，则当值星务计算机的软件看门狗再次发出中断信息，当值星务计算机复位并再次重新启动，备份星务计算机向该当值星务计算机发出关机指令，由备份星务计算机从内务下位机获取已存储的当值星务计算机工作异常前的工况信息，备份星务计算机进行重构后进入正常工作状态；（６）若两个星务计算机均发生异常情况并关机，内务下位机接替该两个星务计算机的任务，同时内务下位机将最新存储的星务计算机的工况信息以及两个星务计算机的故障信息下传至地面测控站。...

【技术特征摘要】
1.小卫星星务主机双机冷备结构的三机实现方法，其特征在于步骤如下：(1)构建由星务主机和星载下位机组成的星务系统，星载各智能设备分别配置星载下位机，星务主机通过星上网总线与星载下位机进行通信，获取星载各智能设备的工况信息；星务主机采用互为冷备份的两个星务计算机实现，两个星务计算机配置有共同的内务下位机，星务计算机和内务下位机之间定时互相发送诊断信号，获取各自的工况信息及健康状态并进行存储，内务下位机可以与地面测控站进行通信；(2)若内务下位机工作异常，则当值星务计算机向内务下位机发出切机指令，内务下位机重新启动，待内务下位机重新启动并工作正常后由当值星务计算机向其发送存储的内务下位机非正常工作期间的工况信息及健康状态，内务下位机重构后进入正常工作状态；(3)若当值星务计算机工作异常，则当值星务计算机的软件看门狗发出中断信息，当值星务计算机向备份星务计算机发出切机指令，当值星务计算机复位并重新启动，同时备份星务计算机加电启动，备份星务计算机的启动时间应设定大于当值星务计算机重新启动一次的时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：李孝同，施思寒，
申请(专利权)人：航天东方红卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]