一种基于星内路由的航天器数管软件框架设计

传统航天器数管分系统开发时,往往需要深入分析各类传输协议细节,对协议数据的格式处理、数据转换等功能需要占用大量的开发时间。文章提出了一种基于星内路由的数管软件框架,其遥测链路协议(AOS Link)、遥控链路协议(TC Link)和星内总线链路协议(1553BLink)等链路层协议都由网络层路由接管,并以软件构件的形式存在。星载数管应用层程序在对数据进行收发时,仅仅调用网络层"发送"和"接收"接口即可,而后台路由程序将根据路由表选择链路层协议下一跳地址和对应的传输服务,实现地面、数管系统和其他分系统之间的数据流转。该框架将底层通信和应用层功能严格分离,大幅度简化了应用层软件设计。     

应用扩展帧的航天器CAN总线应用层协议设计

为了适应航天器信息流多样性需求,提升信息交互的灵活性,提出一种应用扩展帧的CAN总线应用层协议设计.对CAN总线扩展帧29 bit标志符进行合理划分,将其分为数据优先级、源节点地址、组播标志、目的节点地址、帧序号标志、帧序号、帧数据类型7个部分,使得该协议可以支持多优先级、主从、多主、组播、广播等多种灵活通信方式,支持CAN帧起始帧、结束帧、帧连续性判断,以及应用层数据包检验,提高数据传输的可靠性.另外,给出了组播、广播地址分配及屏蔽策略,满足复杂航天器的信息流需求,简化信息流设计过程.最后,通过构建组播、多主及多优先级场景进行应用实例验证,证明了文章提出的协议设计具有适用范围广、灵活性高等优点.     

支持多主通信的星载CAN总线应用协议设计

为提升星上设备间信息交互灵活性,文章对现有小卫星星上CAN总线应用层通信协议进行了改进,新的应用层协议通过合理的地址域设计、地址编排、屏蔽策略设计,使得该协议可以灵活支持总线设备多主通信,同时为了确保卫星系统按照一定的节拍有序运行,建议对总线采取周期调度下的多主通信模式。文章通过构建多主通信场景对该协议进行验证,结果表明该协议可以有效支持总线节点多主通信、组播、广播等,提升了总线通信的灵活性和通信效率。     

1553B总线应用层协议可靠性机制设计方法

1553B总线协议标准只规定了链路层可靠性机制,缺少应用层面的可靠性指导,而航天器上应用的可靠性设计不严谨易导致总线通讯故障。根据目前多种航天型号的实践基础,提出一套针对总线应用层协议的总线通讯可靠性设计方法。应用层可靠性设计方法制定了总线通讯分类隔离、分时通讯控制、中断响应机制、矢量请求握手机制、通讯实时性策略、数据检错纠错反馈机制等可靠性规范,力图对航天器1553B总线通讯的应用层进行全面的可靠性设计,弥补总线链路层可靠性机制的不足,为航天器总线应用时的可靠性设计提供参考,满足1553B总线通讯实时性、隔离性、信息反馈等可靠性要求。     

“太原号”立方星气动增阻辅助离轨帆装置

在基于IP路由交换的卫星网络中,由于受宇航级器件能力限制,大规模路由协议的处理往往成为制约网络规模的瓶颈.针对这一问题,在分析IP网络中协议数据包特点的基础上,设计了一种星地协同的路由协议处理架构方案.方案设计了新的IP路由处理架构和业务流程,增加了IP数据包的星地协同处理机制,在少量改动现有载荷设计的前提下实现对IP包的识别与分类,通过专用星地链路实现将路由协议数据包发送到地面处理.测试结果表明,相比传统处理方案,星地协同的路由协议处理架构方案当路由条目数相同时,在路由收敛时间上可体现出巨大优势;当收敛时间相同时,收敛的路由条目数极大提高.该方案突破了目前卫星IP网络的规模瓶颈,极大提升了网络规模的上限,在大规模星地协同组网、一体化网络架构中具有较高应用价值.     

“天和”核心舱数据管理分系统设计

<正>空间站核心舱作为超大型的复杂航天器,由于其规模大、产品数量多、数据量大、信息交互复杂、长期在轨运行的特点,对信息系统的性能、可靠性及自主能力提出了很高的要求。数据管理分系统(以下简称“数管分系统”)是空间站信息系统的核心,实现整站及单舱系统级任务和信息管理功能。数据管理分系统通过三层总线网络实现对整舱信息的融合管理,利用标准化的软件分层架构提供软件通用性,采用并行调度实现多总线、多终端的信息交互,基于统一策略实现了飞行程序的常规管理和快速恢复。     

一种星地协同的路由协议处理架构方案

在基于IP路由交换的卫星网络中,由于受宇航级器件能力限制,大规模路由协议的处理往往成为制约网络规模的瓶颈.针对这一问题,在分析IP网络中协议数据包特点的基础上,设计了一种星地协同的路由协议处理架构方案.方案设计了新的IP路由处理架构和业务流程,增加了IP数据包的星地协同处理机制,在少量改动现有载荷设计的前提下实现对IP包的识别与分类,通过专用星地链路实现将路由协议数据包发送到地面处理.测试结果表明,相比传统处理方案,星地协同的路由协议处理架构方案当路由条目数相同时,在路由收敛时间上可体现出巨大优势;当收敛时间相同时,收敛的路由条目数极大提高.该方案突破了目前卫星IP网络的规模瓶颈,极大提升了网络规模的上限,在大规模星地协同组网、一体化网络架构中具有较高应用价值.     

应用网络编码的空间信息网多径路由协议设计

针对空间信息网的长时延和高误码问题,提出一种应用网络编码的多径路由协议。该协议设计了基于最佳路径可用度的多径路由建立方法;同时在传统多径路由传输的基础上,采用随机线性网络编码方式对数据包进行编码,通过同时考虑链路状况和接收数据包个数确定编码次数,以优化编码策略;利用网络编码带来的冗余改进重传机制。在网络仿真-2(NS-2)平台上对路由协议设计进行仿真,结果表明,文章提出的路由协议设计分组投递率高,时延短,提高了网络性能。     

FC-AE-1553总线在箭载测量系统中应用研究

现代航天飞行器电子系统的设计已经向着高度综合化和以信息交换为中心的方向发展,同时随着我国航天数据通信系统对光纤总线技术越来越重视,以FC-AE为代表的光纤总线技术已经渗透应用到航天运载火箭、卫星、空间站和导弹武器系统等许多方面。数据通信总线已向着具有更高的信息传输速率、传输容量及适应性以及定向数据分配协议的新型高速数据总线发展,介绍了FC-AE-1553总线的基本特性,并以航天器测量系统为背景,构建总线简单环形拓扑结构,为系统典型设备设计FC-AE-1553总线接口模块,设计航天器系统工作模式和FC-AE-1553总线通信协议,并通过联试模拟航天器系统工作,仿真FC-AE-1553总线主要性能,验证FC-AE-1553总线作为航天器系统骨干总线的适用性。     

一种航天器上多子网数据网络设计

基于1553B总线归纳了对等子网和上下级子网2种子网间的连接方式,并结合网络连接关系、数据传输机制,提出多子网的数据网络设计思想。该设计既能保证子网的独立性,又能将子网连接为一体,既可解决突发数据的传输问题,又能适用于复杂多子网网络的航天器。以某具体航天器为例,完成包含对等子网和上下级子网的多子网网络数据系统设计,并验证了其可行性。文章提出的设计已应用到航天器工程中,降低了多子网航天器协议设计的难度。     

一种航天器综合电子系统业务及协议体系架构设计

对航天器综合电子系统的通用功能需求进行分析,设计了基于空间数据系统咨询委员会(CCSDS)标准和欧洲空间标准化合作组织(ECSS)标准的综合电子系统业务及协议体系架构。体系架构包含应用层、应用支持层、传送层和亚网层,可通过各层的业务及协议组合实现系统功能。从标准业务及协议的选择过程、业务及协议体系架构设计、解决的关键技术问题等方面进行详细阐述。该体系架构可为航天器的智能化和网络化提供技术支撑,实现器载接口及协议的标准化,促进航天器设备和软件的通用化,并为航天器提供更为灵活、强大的功能。     

航天器总线管理系统的SOC设计与研究

高速、高可靠、低功耗的智能型串行系统总线是航天器进一步发展必须解决的一个关键问题。以1553B总线控制器为例,采用SOC设计方法,研究了航天器系统总线的设计和实现。首先按照1553B总线标准设计了总线管理SOC的系统结构,然后重点解决了SOC设计中的IP开发应用、可靠性设计、容错机制及低功耗实现等关键技术。采用这些SOC设计方法的1553B总线协议处理器取得了一次流片成功,为今后更高速率的航天器总线管理系统的SOC研究提供了一种思路和方法上的借鉴。     

一种分布式航天器综合电子系统设计

以综合电子系统层次模型为基础,提出并实现了一种分布式航天器综合电子系统设计方案。该方案以标准通用硬件模块、ASIC芯片、分层总线体系结构和空间通信协议体系作为基本的技术支撑,采用分布式的协同和并行处理,既可以提升信息网络服务能力和信息计算处理能力,也可以实现硬件模块和资源的共享及任务迁移和系统重构。在航天器上的应用表明:此方案可有效提升综合电子系统的运行效率及任务处理能力,增强综合电子系统对故障的容忍和处理能力,也能够显著提高综合电子系统的研制效率和产品化程度,使综合电子系统为构建高可靠、智能化的航天器提供所需的技术保障。     

小卫星星载CAN总线的应用层传输方法研究

数据总线是小卫星上各模块之间的主要数据传输通道,充分利用现场总线技术,选择合适的数据总线标准,改善数据总线应用的标准设计,提高可靠性,将工业、商业总线技术引入航天领域是小卫星数据总线未来的发展方向.小卫星星上控制局域网(CAN)总线网络组成包括物理层、数据链路层和应用层.文章分析了小卫星星上网络的应用层协议的基本组成,...     

近距空间链路通信协议及其软件实现

为实现航天器间的近距通信,CCSDS提出近距空间链路通信协议.分析近距空间链路通信协议的应用场景、协议结构、协议特点及其通信流程,研究协议仿真软件的实现方法,提出基于C/C++语言的软件实现方案,使用MFC平台实现人机交互界面.该仿真软件实现了对协议通信流程的完备仿真,提供各个通信参数配置接口,作为仿真平台为应用层协议...     

空间站电源系统信息管理软件重构方案

针对空间站电源系统内部多个单机与其他系统进行多总线通信,实现系统内外之间数据交换的复杂信息管理需求,同时考虑到软件的可靠性和继承性,设计采用架构重构和代码重构的空间站电源系统信息管理软件,具有多任务处理实时性高的特征,能实现传统电源下位机软件代码复用,提高代码复用率。另外,通过设计基于多级静态优先级的任务调度模块,实现多总线数据流的合理通信和多任务的有效处理。文章提出的软件重构方案在空间站电源系统信息管理软件中进行应用,实现了38.47%的软件代码复用率,实时性任务的响应率提高了44.48%,可有效满足空间站电源系统的信息管理任务需求。     

天地一体化互联网络中航天器网关的设计及实现

当前空间通信的发展趋势是空间通信网与地面通信网融合,建立天地一体化互联网络的信息传输系统。针对空间数据系统咨询委员会(CCSDS)推荐的基于CCSDS空间链路承载网际协议业务(IP over CCSDS)网关协议转换技术,文章提出一种实现天地一体化互联网络的航天器网关的设计思路,即通过研制航天器网关实现IP协议与CCSDS高级在轨系统(AOS)空间数据链路协议的相互转换,并对服务质量(QoS)保证方法进行了设计。针对航天器网络搭建了测试系统平台,并对高清图像、高质量话音、计算机数据和遥测数据等网络数据的传输进行了测试,测试中通过航天器网关进行传输的所有网络数据包均无丢帧现象发生,文章提出的IP over CCSDS网关可用于构建天地一体化互联网络。     

MSC.NASTRAN子结构法在航天器结构动力学分析中的应用

航天器结构系统日趋庞大和复杂,为实现对复杂系统的高效分析和计算,同时为解决不同研制单位之间的模型传递和交互中的技术保护问题,文章介绍了一种基于MSC.NASTRAN软件的子结构分析方法（MSC.NASTRAN超单元法）,可用于复杂航天器的系统级动力学分析,并给出航天器结构分析实例。实际应用表明,该方法能够有效屏蔽结构设计参数,显著提高复杂航天器系统分析效率。     

一种高可靠模块化的航天器通用接口单元设计

以综合电子系统的层次化设计模型为基础,提出并实现了一种基于模块化可伸缩的高可靠航天器通用接口单元设计.该设计以标准通用硬件模块、ASIC芯片、层次化总线体结构作为技术支撑,既可实现面向多种平台与载荷航天器的多任务接口适应性,也可实现数据接口单元内部模块资源的交叉重组与系统重构.该航天器通用接口单元已在多个航天器综合电子系统中成功应用,应用情况表明此方案能显著提升航天器通用接口单元的通用性与可靠性,增强系统故障容忍及自主处理能力,利于提升航天器的产品化批产能力与研制效率.     

遥控和遥测包应用标准在航天器中的使用方法

对遥控和遥测包应用标准（PUS）的产生历史、应用现状以及主要特性进行了分析。针对中国航天器中遥控遥测应用层格式不统一、设备和软件无法通用等问题,探讨了在中国航天器中如何使用包应用标准。文章从遥控应用和遥测应用两方面阐述了包应用标准在中国航天器上的应用方法,着重分析了遥控遥测链路协议选择、包应用标准业务选择、遥控遥测包的传输方法等方面。使用包应用标准,将有助于进一步实现遥控遥测系统的标准化,以及航天器上设备和软件的通用化。