卫星通信运行控制系统体系结构研究

濮 迪

（电子科技集团公司 第五十四研究所，河北 石家庄 050081）

卫星通信运行控制系统体系结构研究

濮 迪

（电子科技集团公司 第五十四研究所，河北 石家庄 050081）

文章阐述了卫星通信运行控制系统的基本概念以及对卫星通信运行控制系统的认知和理解，分析了卫星通信运控系统功能，提出了多层次卫星通信运行控制系统体系结构，以期满足未来卫星通信运控系统可重构和可扩充的能力要求。

卫星通信；体系结构；运控系统；多层分布式

卫星通信运行控制系统是卫星通信系统的重要组成部分，是保障系统可靠、高效运行的主要手段。运行控制系统用数台计算机指挥和监视卫星的运行，负责向卫星发出各种指令，安排卫星工作程序，控制卫星运行姿态，指挥传感器工作及信息的传输以及控制星载仪器与地面接收站的工作配合等。通过建立卫星运控系统，可提高卫星通信系统的使用效能，提高卫星通信网络管理与决策的科学化、自动化水平、提高地面装备的利用率和卫星的资源利用率，并能够使地面系统高效运行。本文重点研究了卫星运行控制体系结构，提出了一种体系结构设计方案，以满足卫星通信运控系统业务重构和灵活扩充的要求。

1　卫星运控系统功能

所有卫星通信系统均分为用户段、空间段和控制段三大部分，其中控制段称之为运控系统［1-2］。运控系统主要包括如下功能：（1）遥测遥控功能。利用遥测、遥控手段对卫星有效载荷进行全面的监测、控制和管理。（2）载波监视功能。接收卫星转发器的通信载波，测量并分析其功率、带宽、频谱等数据以及发现干扰信号，以确保卫星转发器的安全与转发器资源的合理配置。（3）卫星管理功能。卫星有效载荷和平台状态进行监视，对卫星转发器进行管理控制。（4）网络管理功能。通信网管理宏观掌握各卫星通信系统的运行情况，并对各卫星通信网进行配置管理、资源管理、性能管理和故障管理。（5）决策支持功能。可提供快速科学的决策支持辅助系统高效运行。决策支持包括评估、故障诊断、任务规划、网络规划等子功能。（6）记帐功能。收集规划的和实际使用的卫星资源（EIRP和带宽），生成报告，通知机构或用户付费。（7）密钥管理功能。控制产生、分配、分发与跟踪密钥。（8）星历表传播功能。基于轨道矢量，传播卫星星历数据，预测卫星轨道参数，帮助地面站捕获与跟踪卫星，帮助调制解调器补偿多普勒频率影响。

2　体系结构设计

传统的运行控制系统体系结构多采用两层的C/S结构，将一个复杂的计算机运行控制系统分解为多个互相独立的子系统。系统由服务器和客户机两部分组成，服务器实现对整个系统资源的存储和管理，多个客户机各自处理相应的业务，共同实现系统的完整应用。随着系统管理规模的不断扩大和用户需求的不断提高，传统的C/S模式已经不能适应卫星运控系统新的使用要求，因此，卫星运行控制体系结构应采用“管理应用层/业务逻辑层/数据层”多层分布式结构［3］，如图1所示。

多层分布式体系结构具有跨平台、易重构、扩展灵活和稳定性好等优点。整个体系结构自上而下划分为3个层次，管理应用层、业务逻辑层和数据层。根据业务逻辑层所提供的服务类型的不同，又将业务逻辑层分为核心服务和基础服务2个子层。体系结构内部采用中间件技术作为主要的分布式计算平台，3层之间通过中间件平台进行互连，形成一个分布式的计算环境。分布式的体系结构使得各层逻辑上相互独立，从而使系统内部的耦合性大大降低，提高了系统的适用性。

管理应用层处于体系结构的顶层，实现用户与系统之间的人机交互。该层接收用户输入请求，根据用户请求通过CORBA中间件调用业务逻辑层相应的服务，获取处理结果，并将处理结果以图形和文字的方式展现。

业务逻辑层是体系架构的核心，将各种业务服务逻辑集中实现，对系统中的各类业务进行处理，是用户管理层和数据层的桥梁，接收管理应用层发来的业务请求，按照确定的业务规则进行业务处理并调用数据层中的数据访问服务，处理完成后将结果返回管理应用层。

数据层由数据访问服务与业务数据组成，负责统一处理业务逻辑层中不同服务的业务数据访问。数据层的主要作用是存储和管理业务数据，并向业务逻辑层提供数据访问服务。

（1）管理应用层。管理应用层是运行控制系统中人机交互的接口，对外提供用户操作的界面，对内则调用业务逻辑层中的服务。管理应用层采用插件的方式，由主程序和多个插件组成，其中主程序作为其它插件的容器，所有插件都作为主程序的一部分运行，主程序可以控制所有插件的运行和显示。用户通过操作管理应用层中的各个功能插件，调用业务逻辑层中的不同服务，在数据层提供的业务数据的基础下，生成操作结果并在人机界面显示。例如，进行任务规划时，通过对管理应用层的任务规划插件进行操作，输入任务信息，通过数据访问服务获取需要的业务数据，并调用业务逻辑层中的任务规划服务实现新的任务资源的分配，生成的任务规划结果呈现给管理应用层的任务规划应用程序。（2）业务逻辑层（核心服务）。核心服务层完成信息的获取、写入以及流程信息的分发，向上为管理应用层提供各项服务，向下获取各项业务数据，并将管理应用以及其他相关信息通过数据层进行存储。主要实现卫星管理、决策支持、载波监视等与业务逻辑密切相关的服务。（3）业务逻辑层（基础服务）。基础服务层实现系统的数据访问、地图资源管理、数据库备份与恢复等公共的与业务处理逻辑无关的基础服务，由管理应用层相应的应用程序调用。（4）数据层。数据层实现对业务数据的存储、维护和管理控制，从数据字典定义、表格式定义、数据库访问接口、同步机制等方面对数据库进行统一设计，并对外提供统一的数据查询和存储的服务。

3　结语

文章阐述了对卫星运行控制系统的认知和理解，提出了多层次分布式的卫星运行控制系统体系结构，既满足对未来卫星运控系统可重构和易扩充的能力需求，也有助于实现对已有系统的综合集成。

图1　卫星运行控制系统体系结构

［1］冯少栋，张卫锋，张晓静.美军下一代转型卫星运控系统设计［J］.数字通信世界，2009（5）：59-63.

［2］杨红俊.美军空军卫星控制网的现状与发展趋势［J］.电讯技术，2002（3）：12-15.

［3］张学庆，马万权，高朝晖，等.卫星管理控制体系结构研究［J］.无线电工程，2006（5）：36-38.

Research on Satellite Operation Control System Architecture

Pu Di
（The 54th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation， Shijiazhuang 050081， China）

Basic concept， knowledge and understand of the satellite operation control system are described in this paper and satellite operation control system is analyzed. In this paper， a multi-level architecture of the satellite operation control system is proposed to meet the reconfigurable and scalable requirements of the satellite operation control system in the future.

satellite communication； system architecture； operation control system； multi-layer distributed

濮迪（1978— ），男，江苏溧水。