0 引言

    衛(wèi)星綜合電子系統(tǒng)集成了平臺大多數(shù)電子設備,，作為一個具有一定功能的、由軟硬件資源組成的完整系統(tǒng),，它是以多種不同的功能模塊組成的集成系統(tǒng),，在統(tǒng)一的任務調(diào)度和管理下,完成整星的所有管理功能,。

    綜合電子系統(tǒng)的信息流主要是遙控信息流和遙測信息流,，目前國內(nèi)大部分衛(wèi)星均采用了符合CCSDS標準的分包遙測方案和AOS協(xié)議；但在遙控數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議方面仍采用PCM遙控,，遙控注入數(shù)據(jù)的格式由各航天器自行定義,，由此帶來了一系列的問題，如重復的遙控遙測應用層格式定義,、重復的設備研制,、軟件無法通用等^[1]。

    新研衛(wèi)星型號大量應用綜合電子設計,，且開始采用CCSDS分包遙控方案,，遙控遙測信息流與傳統(tǒng)衛(wèi)星型號有較多不同，中心計算機(CTU)根據(jù)APID(應用過程識別符)對遙控包進行分發(fā),，由綜合電子路由模塊對遙控包分層進行逐次轉發(fā),，遙控遙測的包格式不僅僅只在單機級存在，而是作為模塊級的輸入輸出接口貫穿整個綜合電子系統(tǒng)的遙控遙測信息交互,。該方式既保證了遙控遙測信息流轉的可靠和完整,，也利于實現(xiàn)綜合電子模塊的標準化與通用化。

    本文對基于CCSDS包路由的綜合電子系統(tǒng)架構進行了簡要介紹,，并對綜合電子核心的遙控信息流和遙測信息流應用實現(xiàn)進行了研究,。

1 綜合電子系統(tǒng)架構簡介 

    基于CCSDS包路由的綜合電子從整星層面對衛(wèi)星信息流、控制流進行整體規(guī)劃,、集成設計,，以實現(xiàn)電系統(tǒng)資源配置、性能指標綜合最優(yōu)為目標,，覆蓋測控,、數(shù)管,、姿軌控、能源,、熱控,、推進、機構驅動,、功率驅動等功能,。系統(tǒng)由1臺管理單元和多臺擴展單元組成。管理單元是整星的處理,、運算,、管理和控制中心。擴展單元是管理單元接口資源的擴展,，其配置數(shù)量取決于整星對接口資源的需求,。管理單元通過標準串口或總線控制擴展單元^[2]。

    功能模塊是綜合電子的基本單元,，是功能硬件與管理運算邏輯的有機結合,，具備一定的自治能力，可獨立完成服務的解析,、執(zhí)行和監(jiān)控功能,，模塊間關系簡單，支持基于模塊測試,、產(chǎn)保,，并便于系統(tǒng)集成。型號根據(jù)需要從貨架上選擇功能模塊,，快速集成單機,。

    系統(tǒng)采用CCSDS標準，設計了基于分包遙控和分包遙測的統(tǒng)一測控方案,，制定統(tǒng)一串行通信協(xié)議和總線通信協(xié)議,，統(tǒng)一各項功能服務數(shù)據(jù)的采集、傳輸,、處理,、分發(fā)等流程和信息接口^[3]。形成了基于1553B總線的總線型拓撲結構和基于路由模塊為中心節(jié)點的星形拓撲構成的混合型系統(tǒng)架構,，綜合電子架構相對傳統(tǒng)衛(wèi)星型號的單總線拓撲結構有以下優(yōu)點：

    (1)簡化單機間和單機內(nèi)模塊間通信協(xié)議,，節(jié)點間均以標準CCSDS包交互，利于綜合電子標準化,、模塊化實現(xiàn),；

    (2)支持遙控指令和程控指令的驅動合并，所有的程控指令均可通過地面遙控執(zhí)行,，解決了地面遙控指令路數(shù)受限的問題,；

    (3)降低1553B總線負載壓力,。

2 遙控信息流實現(xiàn)

    遙控信息流是對來自外部或星上自主產(chǎn)生的，用于控制衛(wèi)星,、單機狀態(tài)和動作（包括開關機,、狀態(tài)切換、參數(shù)修改等）的指令或數(shù)據(jù)進行傳輸,、存儲,、處理的渠道和過程。遙控指令分為直接指令和間接指令,。綜合電子單機/模塊接收,、生成、解析并逐級轉發(fā)控制信息^[4],。

    綜合電子遙控信息處理流程如圖1所示,。

    信道關口模塊根據(jù)應答機鎖定信號來對輸入通道進行選擇，在收到上行PCM信號后,，完成BCH解碼,、解擾和解CRC校驗，對遙控信息進行VCID(虛擬信道識別符)判斷,。按照圖1流程對不同的遙控幀/包進行校驗和分發(fā),。

    綜合電子系統(tǒng)各單機間和單機內(nèi)的遙控信息流均以遙控包的形式進行傳輸,。遙控包格式如圖2所示,。

    (1)包主導頭

    ①版本號：3 bit，位0～2,，固定為000,，表示源包格式；

    ②類型指示：1 bit,，位3,，固定為1，表示遙控包,，與遙測包相區(qū)分,；

    ③副導頭標志：1 bit，位4,，0表示無副導頭,，1表示有副導頭；

    ④應用過程識別符：11 bit,，位5～15,，用于區(qū)分遙控包的去向標識及數(shù)據(jù)類型標識；

    ⑤序列標志（2 bit）：00－中間包,，01－首包,，10－末包,，11－獨立包，固定為11b,；

    ⑥包名稱或包序列計數(shù)（14 bit）：表示遙控包在相關包序列中的序號,，固定填充全0；

    ⑦包長：遙控包的長度,，等于遙控包數(shù)據(jù)域的字節(jié)數(shù)減1,。

    (2)數(shù)據(jù)域

    ①遙控應用數(shù)據(jù)：偶數(shù)個字節(jié)；

    ②和校驗：對遙控應用數(shù)據(jù)進行按字異或和校驗,。

    遙控信息轉發(fā)流程如圖3所示,。遙控包來源共兩處：信道關口模塊解析上行遙控信息產(chǎn)生的遙控包和數(shù)管軟件根據(jù)程控流程產(chǎn)生的遙控包信息。

    信道關口模塊提供的上行遙控注數(shù)直接指令包和數(shù)管軟件產(chǎn)生的程控指令包均輸出給管理單元的路由模塊,；路由模塊根據(jù)“APID”域,，對遙控包的目的地址進行識別，進一步轉發(fā)至相應的擴展單元或內(nèi)部功能模塊,；其中通過信道關口模塊輸入的上行遙控指令通道在轉發(fā)和解析執(zhí)行過程中均無軟件參與,，全程均以CCSDS遙控包格式流轉，理論上所有程控功能均可通過該通道實現(xiàn)地面遙控,。

    管理單元功能模塊接收轉發(fā)數(shù)據(jù)后對包進行合法性檢驗,，據(jù)此執(zhí)行或丟棄該包，并實時返回接收與校驗狀態(tài),；管理單元路由模塊若接收到返回的“錯誤”狀態(tài)或在規(guī)定時間內(nèi)（ms單位）未接收到返回,，則安排注入數(shù)據(jù)包的重傳；每包數(shù)據(jù)只進行一次重傳,；若重傳仍不能得到“正確”返回,，則安排相應遙測參數(shù)返回狀態(tài)。

    擴展單元路由模塊接收管理單元轉發(fā)的數(shù)據(jù)后對包進行合法性檢驗,，據(jù)此執(zhí)行/轉發(fā)或丟棄該包,，并實時向管理單元返回接收與校驗狀態(tài)；管理單元接收到應答狀態(tài)后的重傳機制與對內(nèi)部功能模塊的處理方式一致,。

    擴展單元路由模塊根據(jù)接收到的遙控包“APID”域,，對遙控包的目的地址進行識別，進一步轉發(fā)至單機內(nèi)部模塊,；單機內(nèi)部的遙控包轉發(fā)和重發(fā)與管理單元一致,。

3 遙測信息流實現(xiàn)

    遙測信息流是對反映衛(wèi)星狀態(tài)的各類數(shù)據(jù)進行采集、處理,、存儲,、傳輸?shù)那篮瓦^程。其涉及遙測分類、分配原則,、采集方式,、接口電路、傳輸路徑,、數(shù)據(jù)處理(包括加密,、壓縮、編碼等),、組幀方式等,。綜合電子單機/模塊生成、逐級轉發(fā)并組合遙測信息,。

    管理單元通過路由模塊和1553B總線收集整星數(shù)字量遙測,，經(jīng)CCSDS格式化后，通過信道關口模塊送應答機下傳,。部分由綜合電子分系統(tǒng)直接采集的模擬量,、開關量、溫度量經(jīng)遙測采集模塊轉換為數(shù)字量后,，以標準遙測包格式送路由模塊,。

    遙測包由起始字、主導頭和數(shù)據(jù)域組成,，主導頭包含包識別,、包順序控制、包長三部分,，固定為6 B,，如圖4所示。

    (1)包主導頭

    ①版本號：3 bit,，位0～2,，固定為000,，表示源包格式,；

    ②類型指示：1 bit，位3,，固定為0,，表示遙測包，與遙控包相區(qū)分,；

    ③副導頭標志：1 bit,，位4，有副導頭為1,，無副導頭為0,；

    ④應用過程識別符（APID）：11 bit，位5～15，用于識別航天器上產(chǎn)生源包的數(shù)據(jù)源,；

    ⑤分組標志（2 bit）：00－中間包,，01－首包，10－末包,，11－獨立包,；

    ⑥包序列計數(shù)：位18～31，此域為一順序計數(shù)器,，對標有特有的應用過程識別符的應用過程所產(chǎn)生的每個包進行計數(shù),。包數(shù)據(jù)長度=數(shù)據(jù)域長度－1。

    (2)數(shù)據(jù)域

    遙測應用數(shù)據(jù)：偶數(shù)個字節(jié),。

    遙測信息采集流程如圖5所示,。綜合電子系統(tǒng)各單機間和單機內(nèi)的遙測信息流均以遙測包的形式進行傳輸。遙測包的生成和傳輸需與“數(shù)字量遙測傳輸啟動”遙控包配合工作,。遙測包的信息流向與遙控包正好相反,，最終所有遙測包均匯總到管理單元的路由模塊，以并行總線接口與CPU實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互,，由星上軟件接收后組幀下傳,。

    管理單元星上軟件按程控節(jié)拍生成“數(shù)字量遙測采集啟動包”遙控包，路由模塊在收到該遙控包后,，根據(jù)模塊內(nèi)置路由表（決定各終端的主備選用）修改遙測采集包APID主備標識后轉發(fā)給內(nèi)部功能模塊或擴展單元,。

    管理單元功能模塊接收該包后對包進行合法性檢驗，若包合法,，則在規(guī)定時間內(nèi)將已準備好的遙測數(shù)據(jù)包發(fā)送至路由模塊,，否則丟棄該包不執(zhí)行。各功能模塊在執(zhí)行該包后自行刷新遙測數(shù)據(jù),，供下一次傳輸使用,。

    擴展單元路由模塊接收該包后對包進行合法性檢驗，若包合法,，則在規(guī)定時間內(nèi)將已準備好的遙測數(shù)據(jù)包發(fā)送至管理單元路由模塊,，完成后向其管控下的各功能模塊發(fā)送“數(shù)字量遙測數(shù)據(jù)傳輸啟動”控制信息包，功能模塊執(zhí)行情況與管理單元內(nèi)部類似,。

    從遙測信息流實現(xiàn)過程也可以看出,，在兩級路由架構下，管理單元自身模塊的遙測數(shù)據(jù)相對當前狀態(tài)存在1個星上軟件程控周期的延時,，而擴展單元的遙測數(shù)據(jù)則存在2個周期的延時,。

4 結論

    本文介紹了一種基于CCSDS包路由結構的綜合電子系統(tǒng)架構，并對綜合電子系統(tǒng)的遙控信息流和遙測信息流應用及實現(xiàn)進行了研究,，對采用分包遙控和分包遙測方案的衛(wèi)星綜合電子系統(tǒng)設計有一定的參考價值,。

參考文獻

[1] 何熊文，張猛.遙控和遙測包應用標準在航天器中的使用方法[J].航天器工程，2012,，21(3)：54-60.

[2] 李明峰,，郝燕艷，陳曉,，等.新一代通信衛(wèi)星平臺綜合電子系統(tǒng)研究[J].國際太空,，2013(6)：46-50.

[3] 劉利軍.微型衛(wèi)星綜合電子系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].上海：東華大學，2015.

[4] 張亞航,，趙思陽,，何熊文.基于傳統(tǒng)遙控體制的分包遙控方案設計[J].飛行器測控學報，2012,，31(S1)：81-85.

作者信息:

彭  飛,，楊  鹿，吳  杰,，李  毅,，彭小燕

(上海航天電子技術研究所，上海201109)