[发明专利]一种基于智能型高速路由器的星上载荷信息流管理系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于智能型高速路由器的星上有效载荷信息管理系统，特别是针对信息获取型卫星的一种基于智能型高速路由器的有效载荷高速和低速信息流管理系统，属于卫星数据传输与信息管理领域。

背景技术

目前的小卫星系统中，有效载荷系统用来实现小卫星在轨运行的特定航天任务。对于信息获取型卫星，有效载荷产生高速数据并输出给数据传输系统。数据传输系统则对载荷原始数据进行处理、存储并回传地面站。另外，有效载荷与数据传输系统状态的监测与功能的维持还需要进行低速遥测与遥控数据的交换。

目前的有效载荷系统以及数据传输系统的信息流管理的设计采用的是针对每颗卫星的实际需求进行针对性专门设计的方法，即一星一设计的模式，不同的卫星在总线传输格式、节点设备数量上会有所差异，但总体架构基本一致。根据传输数据类型的差异可以将其分为高速网络和低速网络。其中高速网络用来进行高速载荷数据的处理、存储和传输；低速网络主要用来进行测控信息传输和译码。

图1和图2给出了目前小卫星通用的一种有效载荷数据管理系统的高速数据管理系统与低速数据管理系统组成。

高速数据管理系统主要由效载荷模块、预处理模块、调度复接模块、固存模块、编码模调制模块、发射机模块以及模块之间的接口和电缆组成。有效载荷产生一路或多路高速原始数据，并传送给预处理模块或者调度复接模块。预处理模块根据实际需要进行配置，可对原始数据进行压缩编码等操作。调度复接模块主要包括两个方面的功能：调度功能、复接功能。调度功能主要根据数传工作模式对数据源、数据处理流程和方式等进行调度。主要用来完成在多路载荷数据、固存数据、整星遥测数据之间利用调度原则选择数据进行复接；完成复接数据的输出选择；完成对固存数据的写入和读出控制。复接功能实现对选定的数据进行AOS复接和组帧。固存模块用来存储载荷数据和整星遥测数据。编码调制模块用来完成对AOS传输帧的信道编码和调制。发射机则将调制后的数据流进行变频、放大滤波后输出。

不同的模块之间的数据传输采用LVDS接口，具体传输速率和接口传输线的数量则需要根据实际需求进行设计。调度复接模块与固存之间的操作指令则利用RS485接口传输。

目前的数据传输模式主要包括：记录模式、回放模式、直传+回放模式、直传+记录模式、记录+回放模式。

记录模式主要用于卫星在地面接收站可视范围外的情况，由调度复接模块完成将经过预处理的载荷数据以及星务计算机通过CAN总线送来的卫星工程遥测等辅助数据，进行格式编排、并送固态存储器进行记录。

回放模式用来将记入固态存储器的经过调度复接模块进行格式编排后的载荷数据进行回放传输。

直传+回放模式主要用于数据传输系统对地可传输码速率大于载荷实时产生码速率的情况。该模式下，调度复接模块将载荷产生的数据以及来自固态存储器的数据进行复接和编排后送编码调制器处理后对地传输。

直传+记录模式主要用于数据传输系统对地可传输码速率小于载荷实时产生码速率的情况。该模式下，调度复接模块根据优先级将载荷产生的部分数据复接编排后传送给编码调制器，部分数据进行格式编排后存入固态存储器。

记录+回放模式用于数据传输系统对地可传输码速率小于载荷实时产生码速率的情况。该模式下，调度复接模块一方面将载荷产生的数据复接编排后存入固态存储器，另一方面将固态存储器的数据进行回放传输。该模式相当于准实时传输模式，利用固态存储器作为缓存使用。

如图2所示，低速数据管理系统由有效载荷下位机、数传下位机以及有效载荷管理模块组成。低速数据管理系统主要负责对有效载荷和数传系统遥测信息的采集和遥控指令的分配和译码，并完成对高精度时间的广播。有效载荷下位机负责完成有效载荷遥测参数的采集，并通过二级CAN总线传送给有效载荷管理单元，并完成部分有效载荷遥控指令的解译。数传下位机则完成数传系统各设备遥测参数的采集，并传送给有效载荷管理单元，还负责数传系统遥控指令的解译。有效载荷管理模块通过二级总线负责完成有效载荷和数传系统遥测参数的采集，并通过一级CAN总线传送给星务管理计算机。此外，有效载荷管理模块还完成对部分遥控指令的解译，并通过对继电器的控制完成对有效载荷和数传设备的指令执行。

目前的有效载荷高速数据和低速数据管理系统主要存在以下不足之处：

(1)采用的传输端口类型和数据传输协议不统一，包括各种速率的LVDS接口、CAN接口、485接口等，增加了设备的复杂度，不利于卫星的快速组装和测试；