0 引言

    衛星綜合電子系統集成了平臺大多數電子設備，作為一個具有一定功能的、由軟硬件資源組成的完整系統，它是以多種不同的功能模塊組成的集成系統，在統一的任務調度和管理下,完成整星的所有管理功能。

    綜合電子系統的信息流主要是遙控信息流和遙測信息流，目前國內大部分衛星均采用了符合CCSDS標準的分包遙測方案和AOS協議；但在遙控數據鏈路協議方面仍采用PCM遙控，遙控注入數據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衛星型號有較多不同，中心計算機(CTU)根據APID(應用過程識別符)對遙控包進行分發，由綜合電子路由模塊對遙控包分層進行逐次轉發，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進行了研究。

1 綜合電子系統架構簡介 

    基于CCSDS包路由的綜合電子從整星層面對衛星信息流、控制流進行整體規劃、集成設計，以實現電系統資源配置、性能指標綜合最優為目標，覆蓋測控、數管、姿軌控、能源、熱控、推進、機構驅動、功率驅動等功能。系統由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、執行和監控功能，模塊間關系簡單，支持基于模塊測試、產保，并便于系統集成。型號根據需要從貨架上選擇功能模塊，快速集成單機。

    系統采用CCSDS標準，設計了基于分包遙控和分包遙測的統一測控方案，制定統一串行通信協議和總線通信協議，統一各項功能服務數據的采集、傳輸、處理、分發等流程和信息接口^[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點的星形拓撲構成的混合型系統架構，綜合電子架構相對傳統衛星型號的單總線拓撲結構有以下優點：

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

    (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行，解決了地面遙控指令路數受限的問題；

    (3)降低1553B總線負載壓力。

2 遙控信息流實現

    遙控信息流是對來自外部或星上自主產生的，用于控制衛星、單機狀態和動作（包括開關機、狀態切換、參數修改等）的指令或數據進行傳輸、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。

    綜合電子系統各單機間和單機內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，用于區分遙控包的去向標識及數據類型標識；

    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（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，等于遙控包數據域的字節數減1。

    (2)數據域

    ①遙控應用數據：偶數個字節；

    ②和校驗：對遙控應用數據進行按字異或和校驗。

    遙控信息轉發流程如圖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生的遙控包和數管軟件根據程控流程產生的遙控包信息。

    信道關口模塊提供的上行遙控注數直接指令包和數管軟件產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“APID”域，對遙控包的目的地址進行識別，進一步轉發至相應的擴展單元或內部功能模塊；其中通過信道關口模塊輸入的上行遙控指令通道在轉發和解析執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地面遙控。

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

    擴展單元路由模塊接收管理單元轉發的數據后對包進行合法性檢驗，據此執行/轉發或丟棄該包，并實時向管理單元返回接收與校驗狀態；管理單元接收到應答狀態后的重傳機制與對內部功能模塊的處理方式一致。

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

3 遙測信息流實現

    遙測信息流是對反映衛星狀態的各類數據進行采集、處理、存儲、傳輸的渠道和過程。其涉及遙測分類、分配原則、采集方式、接口電路、傳輸路徑、數據處理(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總線收集整星數字量遙測，經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直接采集的模擬量、開關量、溫度量經遙測采集模塊轉換為數字量后，以標準遙測包格式送路由模塊。

    遙測包由起始字、主導頭和數據域組成，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生源包的數據源；

    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：位18～31，此域為一順序計數器，對標有特有的應用過程識別符的應用過程所產生的每個包進行計數。包數據長度=數據域長度－1。

    (2)數據域

    遙測應用數據：偶數個字節。

    遙測信息采集流程如圖5所示。綜合電子系統各單機間和單機內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實現數據交互，由星上軟件接收后組幀下傳。

    管理單元星上軟件按程控節拍生成“數字量遙測采集啟動包”遙控包，路由模塊在收到該遙控包后，根據模塊內置路由表（決定各終端的主備選用）修改遙測采集包APID主備標識后轉發給內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，則在規定時間內將已準備好的遙測數據包發送至路由模塊，否則丟棄該包不執行。各功能模塊在執行該包后自行刷新遙測數據，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，則在規定時間內將已準備好的遙測數據包發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送“數字量遙測數據傳輸啟動”控制信息包，功能模塊執行情況與管理單元內部類似。

    從遙測信息流實現過程也可以看出，在兩級路由架構下，管理單元自身模塊的遙測數據相對當前狀態存在1個星上軟件程控周期的延時，而擴展單元的遙測數據則存在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架構，并對綜合電子系統的遙控信息流和遙測信息流應用及實現進行了研究，對采用分包遙控和分包遙測方案的衛星綜合電子系統設計有一定的參考價值。

參考文獻

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[4] 張亞航，趙思陽，何熊文.基于傳統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)