基于數(shù)據(jù)包的航天器數(shù)管模擬器軟件設(shè)計(jì)
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2 軟件機(jī)制
2．1 數(shù)據(jù)包
隨著航天技術(shù)的發(fā)展，航天器上下行數(shù)據(jù)的信息量急劇增大，種類繁多復(fù)雜，各種信息的特點(diǎn)和對(duì)傳輸?shù)囊蟛町惔螅旁匆呀?jīng)不是單點(diǎn)信息字，而是經(jīng)過(guò)處理的信息集合，同時(shí)多用戶信源的信息需要通過(guò)同一物理信道傳輸。傳統(tǒng)的PCM測(cè)控傳輸幀已很難適應(yīng)這些變化。
數(shù)據(jù)包是由星上信源(分系統(tǒng)或設(shè)備)的一個(gè)應(yīng)用過(guò)程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包，它包含了一組觀測(cè)數(shù)據(jù)及相應(yīng)的輔助數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包概念的本質(zhì)是航天器內(nèi)運(yùn)行的多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)創(chuàng)建各自的單元數(shù)據(jù)，允許航天器上各數(shù)據(jù)系統(tǒng)通過(guò)空地通信信道傳輸這些數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)包由航天器內(nèi)的應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)處理需要產(chǎn)生，間隔和長(zhǎng)度固定或者可變，數(shù)據(jù)包允許各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)優(yōu)化它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)度，這樣每個(gè)數(shù)據(jù)源就可以獨(dú)立于其他數(shù)據(jù)源定義與自身相適應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。除了標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)源和包特征的包頭外，數(shù)據(jù)內(nèi)容完全由航天器上各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)決定。
同傳統(tǒng)的傳輸幀格式比較，基于數(shù)據(jù)包的傳輸幀包含有應(yīng)用系統(tǒng)及數(shù)據(jù)路由信息，數(shù)據(jù)裝配能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳輸靈活，采樣時(shí)間間隔可以不固定。這樣就對(duì)航天器和地面設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信帶來(lái)了很大的方便。
2．2 數(shù)據(jù)處理分層體制
現(xiàn)代數(shù)據(jù)系統(tǒng)主要面向數(shù)據(jù)包信源信宿，用戶可以按照“需求驅(qū)動(dòng)”的原則自主轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)包格式和內(nèi)容，使用分層數(shù)據(jù)處理的方法，為用戶提供更高的靈活性。
數(shù)管模擬器使用分層數(shù)據(jù)處理體制可以利用數(shù)據(jù)包，將復(fù)雜的航天器控制過(guò)程簡(jiǎn)化為由各層一系列簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)操作同等實(shí)現(xiàn)，層與層之間按照一定的協(xié)議有標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式接口，其層次模型可以用圖3說(shuō)明。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/186899.htm
應(yīng)用過(guò)程層主要完成星上設(shè)備數(shù)據(jù)的管理和分發(fā)功能，這個(gè)層中不同應(yīng)用過(guò)程構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，分別對(duì)應(yīng)管理星上某一個(gè)任務(wù)，對(duì)應(yīng)于與模擬器對(duì)接的各個(gè)星上設(shè)備數(shù)據(jù)的產(chǎn)生與接收。
分包層的業(yè)務(wù)是提供星上設(shè)備和數(shù)管模擬器之間端對(duì)端的用戶應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)下傳時(shí)，分包層接收應(yīng)用過(guò)程層經(jīng)過(guò)格式轉(zhuǎn)換后的具體數(shù)據(jù)流，將它封裝在標(biāo)準(zhǔn)的交換數(shù)據(jù)格式中，依靠分段層支持，完成數(shù)據(jù)下傳功能。數(shù)據(jù)上傳時(shí)，分包層將分段層發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)解析，并以數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送給應(yīng)用過(guò)程層。
分段層完成數(shù)管模擬器與地面總控設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)下傳時(shí)，提供的業(yè)務(wù)是單向的。數(shù)據(jù)上傳時(shí)，分段層接收地面總控設(shè)備信息，并將數(shù)據(jù)解析后以數(shù)據(jù)包發(fā)送給不同的星上設(shè)備。
信道業(yè)務(wù)層是數(shù)管模擬器和地面總控設(shè)備通信的物理鏈路，本模擬器使用RS422總線通信，通信速率為115．2kb／s。
3 軟件實(shí)現(xiàn)
3．1 上下行通道數(shù)據(jù)幀
在新一代航天器應(yīng)用中不同的應(yīng)用程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)源包可能是不同的發(fā)生率和包長(zhǎng)度，這些源包是自主發(fā)生的，源包之間是異步的。數(shù)管模擬器需要接收組織這些數(shù)據(jù)包，并在分段層內(nèi)完成下行數(shù)據(jù)幀的組織發(fā)送，參見(jiàn)CCSDS遙測(cè)數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議建議，設(shè)計(jì)下行數(shù)據(jù)幀格式如圖4所示。
下行數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度固定，共有768個(gè)字節(jié)。頭兩個(gè)字節(jié)為數(shù)據(jù)幀的幀同步字，占用兩個(gè)字節(jié)，用于完成相鄰幀的區(qū)分；星上時(shí)間共占用了6個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)度：第768個(gè)字節(jié)為幀計(jì)數(shù)，大小為0～255：第9個(gè)字節(jié)到第767個(gè)字節(jié)存放源包數(shù)據(jù)，如果源包數(shù)據(jù)小于767個(gè)字節(jié)，將下行數(shù)據(jù)幀中的多余部分填充為0。數(shù)據(jù)域中的數(shù)據(jù)包可以是遙測(cè)采集數(shù)據(jù)包、GNC數(shù)字量遙測(cè)數(shù)據(jù)包、下卸內(nèi)存包等。
評(píng)論