固定波道位置下的星地?cái)?shù)據(jù)遙測(cè)設(shè)計(jì)

謝任遠(yuǎn)彭瑞

（1.上海航天控制技術(shù)研究所，上海 201109；2.上海市空間智能控制技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201109）

固定波道位置下的星地?cái)?shù)據(jù)遙測(cè)設(shè)計(jì)

謝任遠(yuǎn)1、2彭瑞1、2

（1.上海航天控制技術(shù)研究所，上海 201109；2.上海市空間智能控制技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201109）

本文以某衛(wèi)星型號(hào)為背景，在固定波道位置的綜合測(cè)控框架下，針對(duì)波道位置有限的情況，利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和格式提出了兩種設(shè)計(jì)方法來提升星地?cái)?shù)據(jù)遙測(cè)的效率，并給出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)方法流程。最后通過型號(hào)的應(yīng)用，表明設(shè)計(jì)的方法合理可行，達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的。

固定波道 星地?cái)?shù)據(jù) 遙測(cè)

測(cè)控技術(shù)，是無線電信息傳輸技術(shù)發(fā)展的巨大成果，是人類當(dāng)代社會(huì)文明重要的標(biāo)志之一，同時(shí)也是全球各國社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和軍事等主要技術(shù)支柱。衛(wèi)星上應(yīng)用的測(cè)控技術(shù)為地面站對(duì)衛(wèi)星在軌狀態(tài)的監(jiān)視、對(duì)衛(wèi)星的修復(fù)提供了可能，大大的增加了衛(wèi)星的壽命。

固定波道位置下的遙測(cè)由于綜合測(cè)控的特殊性，其設(shè)計(jì)方法有別于一般的遙測(cè)設(shè)計(jì)方法。綜合測(cè)控框架下，其遙測(cè)的星地?cái)?shù)據(jù)由綜合電子進(jìn)行編碼解碼，由FPGA對(duì)所有星地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行固定操作。本文以某衛(wèi)星型號(hào)為背景，在綜合測(cè)控框架下，根據(jù)數(shù)據(jù)重要類別及遙測(cè)頻率需求，對(duì)數(shù)據(jù)遙測(cè)進(jìn)行了效率提升設(shè)計(jì)。

1 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

某型號(hào)衛(wèi)星使用CCSDS格式組成遙測(cè)源包，同時(shí)為了和國內(nèi)PCM遙測(cè)體制兼容，在CCSDS標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上，裁減和增添部分內(nèi)容。其遙測(cè)在綜合測(cè)控框架下，采用固定波道位置的FPGA硬件組幀方式。在遙測(cè)排列的傳輸方式上，分為主波道遙測(cè)和副波道遙測(cè)，主波道遙測(cè)對(duì)應(yīng)于快傳波道，波道位置在每個(gè)遙測(cè)幀里固定；具有幾種下傳周期的副波道遙測(cè)對(duì)應(yīng)于慢傳波道，各個(gè)下傳周期的波道位置也是在遙測(cè)幀里固定的。

圖1 時(shí)分復(fù)用設(shè)計(jì)方法流程圖

已知主波道遙測(cè)在每一幀中固定的遙測(cè)波道上每次傳輸相同的遙測(cè)參數(shù)，遙測(cè)下傳周期為0.5s；副波道遙測(cè)在遙測(cè)幀中每次傳輸不同的遙測(cè)參數(shù)，即多個(gè)遙測(cè)參數(shù)復(fù)用幀中的一個(gè)遙測(cè)波道，副波道具有幾種下傳周期，包括2s的4幀一循環(huán)周期，8s的16幀一循環(huán)周期等。

國內(nèi)衛(wèi)星的設(shè)計(jì)由于多種因素的限制，遙測(cè)速率普遍不高，尤其是USB測(cè)控體制下遙測(cè)速率一般不超過8192bps。因此，在總體測(cè)控框架提供資源有限的情況下，本文根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和格式提出了兩種設(shè)計(jì)方法來提升星地?cái)?shù)據(jù)遙測(cè)的效率，以滿足實(shí)際任務(wù)的需求。

2 時(shí)分復(fù)用設(shè)計(jì)

3 數(shù)據(jù)重用設(shè)計(jì)

時(shí)分復(fù)用的設(shè)計(jì)方法如下：根據(jù)同一功能類型的多種單機(jī)的不同重要性以及當(dāng)前時(shí)刻的開機(jī)狀態(tài)由軟件實(shí)時(shí)來判定需要下傳的數(shù)據(jù)，通過軟件將判斷后的單機(jī)數(shù)據(jù)填寫至同一個(gè)固定的位置來實(shí)現(xiàn)時(shí)分復(fù)用的設(shè)計(jì)。其具體設(shè)計(jì)方法如下：

（1）單機(jī)X、單機(jī)Y、單機(jī)Z為同一功能類型的三種單機(jī)，三種單機(jī)的重要性如下：單機(jī)X ＞單機(jī)Y ＞單機(jī)Z；（2）已有的遙測(cè)幀只有a、b兩個(gè)固定波道位置供三種單機(jī)放置；（3）在軌運(yùn)行時(shí)，軟件獲取單機(jī)X、單機(jī)Y、單機(jī)Z的開關(guān)機(jī)狀態(tài)；（4）根據(jù)單機(jī)X、單機(jī)Y、單機(jī)Z開關(guān)機(jī)狀態(tài)和產(chǎn)品的優(yōu)先級(jí)，軟件自主進(jìn)行判斷并使用時(shí)分復(fù)用的方法，在a波道里下傳單機(jī)X或單機(jī)Z，在b波道里下傳單機(jī)Y或單機(jī)Z，并給出時(shí)分復(fù)用標(biāo)識(shí)供地面解碼；（5）重復(fù)步驟c，實(shí)現(xiàn)連續(xù)在軌遙測(cè)自主調(diào)整。

其流程框圖如圖1所示：

地面根據(jù)解碼標(biāo)志對(duì)波道a和波道b用相應(yīng)單機(jī)的解碼系數(shù)進(jìn)行解析，從而獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)，保證了波道a、波道b下傳通道的利用，避免了有些情況下單機(jī)不開機(jī)卻占用波道的現(xiàn)象，將波道遙測(cè)下傳的有效利用率提升了33.3%。

數(shù)據(jù)重用的設(shè)計(jì)方法如下：在主波道遙測(cè)數(shù)據(jù)量有限的情況下，根據(jù)剩余未排到主波道遙測(cè)數(shù)據(jù)的重要性等級(jí)，將最重要的數(shù)據(jù)在副波道中通過數(shù)據(jù)重用的方法提高重要數(shù)據(jù)的下傳速率，通過軟件將數(shù)據(jù)重復(fù)寫入下傳的波道位置來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)重用的設(shè)計(jì)。其具體設(shè)計(jì)方法如下：

圖2 數(shù)據(jù)重用設(shè)計(jì)遙測(cè)示意圖

（1）已知未排到主波道的數(shù)據(jù)有數(shù)據(jù)U、數(shù)據(jù)V、數(shù)據(jù)W，其重要性排列如下：數(shù)據(jù)U＞數(shù)據(jù)V ＞數(shù)據(jù)W；（2）副波道遙測(cè)中有4幀一循環(huán)周期的慢傳波道位置供數(shù)據(jù)放置；（3）根據(jù)數(shù)據(jù)的重要性，在F0幀里下傳數(shù)據(jù)U，在F1幀里下傳數(shù)據(jù)V，在F2幀里下傳數(shù)據(jù)U，在F3幀里下傳數(shù)據(jù)W，如此循環(huán)，從而將數(shù)據(jù)U的下傳速率提升一倍。（4）地面通過已定義好的波道定義進(jìn)行解碼，從而得到的數(shù)據(jù)U的數(shù)據(jù)刷新率得到了提高。

其遙測(cè)下傳示意圖如圖2所示：

地面通過已定義好的解析方法，對(duì)第1幀和第3幀的數(shù)據(jù)用數(shù)據(jù)U的解碼系數(shù)進(jìn)行解析，從而將數(shù)據(jù)U的下傳速率由2s提升至1s，遙測(cè)下傳速率提升了1倍。

4 結(jié)語

本文以某衛(wèi)星研制型號(hào)為背景，根據(jù)實(shí)際的波道位置有限的情況，在固定波道位置的綜合測(cè)控框架下，利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和格式提出了兩種設(shè)計(jì)方法來提升星地?cái)?shù)據(jù)遙測(cè)的效率，并給出了詳細(xì)的遙測(cè)設(shè)計(jì)方法流程。最終通過型號(hào)的應(yīng)用，表明遙測(cè)設(shè)計(jì)的時(shí)分復(fù)用、數(shù)據(jù)重用兩種方法均合理可行，達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的，有效的提高了遙測(cè)的效率。

［1］謝勝民，楊根慶.基于FPGA的衛(wèi)星遙測(cè)遙控通道設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).航空計(jì)算技術(shù)，2006.9第5期，p13-p16.

［2］周志成.空間測(cè)控衛(wèi)星技術(shù)進(jìn)展.航天器工程，2008.3第2期，p6-p11.

謝任遠(yuǎn)，男，1984年5月，碩士，工程師，研究方向：衛(wèi)星控制系統(tǒng)技術(shù)。