固定波道位置下的星地数据遥测设计

2015-10-25谢任远彭瑞

中国科技纵横 2015年6期

关键词：星地单机遥测

谢任远彭瑞

（1.上海航天控制技术研究所，上海 201109；2.上海市空间智能控制技术重点实验室，上海 201109）

固定波道位置下的星地数据遥测设计

谢任远1、2彭瑞1、2

（1.上海航天控制技术研究所，上海 201109；2.上海市空间智能控制技术重点实验室，上海 201109）

本文以某卫星型号为背景，在固定波道位置的综合测控框架下，针对波道位置有限的情况，利用数据结构和格式提出了两种设计方法来提升星地数据遥测的效率，并给出了详细的设计方法流程。最后通过型号的应用，表明设计的方法合理可行，达到了设计的目的。

固定波道星地数据遥测

测控技术，是无线电信息传输技术发展的巨大成果，是人类当代社会文明重要的标志之一，同时也是全球各国社会、经济和军事等主要技术支柱。卫星上应用的测控技术为地面站对卫星在轨状态的监视、对卫星的修复提供了可能，大大的增加了卫星的寿命。

固定波道位置下的遥测由于综合测控的特殊性，其设计方法有别于一般的遥测设计方法。综合测控框架下，其遥测的星地数据由综合电子进行编码解码，由FPGA对所有星地数据进行固定操作。本文以某卫星型号为背景，在综合测控框架下，根据数据重要类别及遥测频率需求，对数据遥测进行了效率提升设计。

1 设计基础

某型号卫星使用CCSDS格式组成遥测源包，同时为了和国内PCM遥测体制兼容，在CCSDS标准的基础之上，裁减和增添部分内容。其遥测在综合测控框架下，采用固定波道位置的FPGA硬件组帧方式。在遥测排列的传输方式上，分为主波道遥测和副波道遥测，主波道遥测对应于快传波道，波道位置在每个遥测帧里固定；具有几种下传周期的副波道遥测对应于慢传波道，各个下传周期的波道位置也是在遥测帧里固定的。

图1 时分复用设计方法流程图

已知主波道遥测在每一帧中固定的遥测波道上每次传输相同的遥测参数，遥测下传周期为0.5s；副波道遥测在遥测帧中每次传输不同的遥测参数，即多个遥测参数复用帧中的一个遥测波道，副波道具有几种下传周期，包括2s的4帧一循环周期，8s的16帧一循环周期等。

国内卫星的设计由于多种因素的限制，遥测速率普遍不高，尤其是USB测控体制下遥测速率一般不超过8192bps。因此，在总体测控框架提供资源有限的情况下，本文根据数据结构和格式提出了两种设计方法来提升星地数据遥测的效率，以满足实际任务的需求。

2 时分复用设计

3 数据重用设计

时分复用的设计方法如下：根据同一功能类型的多种单机的不同重要性以及当前时刻的开机状态由软件实时来判定需要下传的数据，通过软件将判断后的单机数据填写至同一个固定的位置来实现时分复用的设计。其具体设计方法如下：

（1）单机X、单机Y、单机Z为同一功能类型的三种单机，三种单机的重要性如下：单机X ＞单机Y ＞单机Z；（2）已有的遥测帧只有a、b两个固定波道位置供三种单机放置；（3）在轨运行时，软件获取单机X、单机Y、单机Z的开关机状态；（4）根据单机X、单机Y、单机Z开关机状态和产品的优先级，软件自主进行判断并使用时分复用的方法，在a波道里下传单机X或单机Z，在b波道里下传单机Y或单机Z，并给出时分复用标识供地面解码；（5）重复步骤c，实现连续在轨遥测自主调整。

其流程框图如图1所示：

地面根据解码标志对波道a和波道b用相应单机的解码系数进行解析，从而获得相应的数据，保证了波道a、波道b下传通道的利用，避免了有些情况下单机不开机却占用波道的现象，将波道遥测下传的有效利用率提升了33.3%。

数据重用的设计方法如下：在主波道遥测数据量有限的情况下，根据剩余未排到主波道遥测数据的重要性等级，将最重要的数据在副波道中通过数据重用的方法提高重要数据的下传速率，通过软件将数据重复写入下传的波道位置来实现数据重用的设计。其具体设计方法如下：

图2 数据重用设计遥测示意图

（1）已知未排到主波道的数据有数据U、数据V、数据W，其重要性排列如下：数据U＞数据V ＞数据W；（2）副波道遥测中有4帧一循环周期的慢传波道位置供数据放置；（3）根据数据的重要性，在F0帧里下传数据U，在F1帧里下传数据V，在F2帧里下传数据U，在F3帧里下传数据W，如此循环，从而将数据U的下传速率提升一倍。（4）地面通过已定义好的波道定义进行解码，从而得到的数据U的数据刷新率得到了提高。

其遥测下传示意图如图2所示：

地面通过已定义好的解析方法，对第1帧和第3帧的数据用数据U的解码系数进行解析，从而将数据U的下传速率由2s提升至1s，遥测下传速率提升了1倍。