基于CCSDS标准的卫星遥控LDPC编码方案探讨

随着天地一体化及遥控可靠性需求的不断提高,传统卫星遥控标准中广泛采用的BCH码很难满足未来卫星遥控链路复杂多样的需求。为此,文章将卫星遥控指令分为短指令模式和内存上注指令模式两大类,设计低密度奇偶校验(LDPC)编码方案。对于帧长较短的遥控指令,采用3种码长较短的LDPC码,与目前空间数据系统咨询委员会(CCSDS)遥控标准推荐的BCH(63,56)码相比,在误码字率为10~(-5)量级时,可以额外获得4～6dB的增益。对于大数据量的内存上注指令,应用现有CCSDS遥测标准推荐的LDPC(8160,7136)编码方案,当误码字率为10~(-5)量级时,所需信噪比(Eb/N0)约为3.8dB,编码增益约为7dB。为了实现LDPC编码方案,文章设计了与BCH码相似的协议格式,改动量较小且具有良好的兼容性,不会对已有遥控系统产生影响。译码方案采用并行的FPGA译码器架构及最小和译码算法,其译码复杂度较低,硬件实现资源占用较少,具有可行性。     

航天器遥控FPGA片上容错设计技术研究

结合深空探测项目研制任务研究遥控数据接收处理电路FPGA片上容错设计技术。在研究航天器遥控数据接收处理电路数据模型的基础上,提出遥控数据接收处理电路FPGA片上小粒度自主备份容错设计方法;应用此新方法进行遥控指令通道FPGA设计优化;针对FPGA缺陷成团性,进行遥控指令通道FPGA布局优化,最终设计出能够自主容错,容错能力更强,可以应对缺陷成团性影响的新一代遥控指令通道FPGA。这一FPGA的实现,验证了文中提出的新方法,也为未来深空探测项目、微小卫星等提供新的遥控产品。     

一种遥控异常情况下的卫星安全管理方法

针对卫星在轨管理过程中出现的数管直接指令和地面直接指令无法正常执行的遥控异常,从卫星遥控信息的传输流程、遥控译码的工作原理入手,对导致直接指令执行异常的因素进行了排查,定位了异常原因为遥控译码故障。提出了对于单一频段遥控通道的卫星,通过调整部件的指令控制策略和将直接指令转换为数据指令的方法来实现卫星管理;对于多个频段遥控通道的卫星,除以上两种方式外还可以通过拓展遥控上行通道的方法,增加遥控上行冗余度来降低遥控译码通道异常的风险。所提出的安全管理方法经故障卫星在轨管理阶段的试验验证,在一定程度上有效控制了因一路译码故障给卫星安全带来的风险,可为卫星其它重大故障的及时发现、定位和有效规避提供参考。     

卫星遥测遥控数据库设计

卫星的测控系统正在利用计算机技术发展成一个开放的系统环境。在开放结构系统中,所有网络数据的建立、处理和显示均以数据库为基础。以国军标为依据,从国内各类卫星平台的测控系统实际出发,兼顾预研型号的发展方向,研究和分析了各种PCM遥测帧格式、遥测数据处理方法和遥控指令及遥控帧结构;利用数据库建模技术建立了一个通用的卫星遥测遥控数据库模型;提出了数据库的总体设计方案;结合国内外同类数据库的特点,设计并实现了符合我国卫星实际发展需要,既具有继承性,同时又有通用性和可靠性的通用卫星遥测遥控数据库。可满足对多颗星同时测控的需求,适用于不同的卫星平台;采用资源共享模式,提供灵活的接口;实现了遥测和遥控参数的综合管理。     

遥感卫星在轨可用性约束条件分析及对策

从任务注入、设备控制、信息获取、数据传输、能源平衡五个维度,分析了制约遥感卫星在轨可用性的瓶颈因素;提出新一代遥感卫星运控策略,采用"宏指令"取代"指令模板",提升卫星操控性;采用"动态规划"取代"静态规划",提升星载资源在轨使用效率;采用"自主指令序列优化"取代"被动执行预设指令",提升成像获取和数据传输任务的执行效率。某领域遥感卫星在轨测试和地面仿真表明,与传统运控模式相比,任务注入效率提升了约5倍,操作接口复杂度降低了约94%,并显著提升了星载能源、存储资源、对地数据传输资源的使用效率。     

基于星上动态指令调度的卫星使用效能提升技术

针对传统任务管理模式采用静态约束指令序列导致卫星使用效能的不足,提出一种基于有向图模型的动态约束自适应任务管理方案。采用面向用户的星地任务控制接口,利用地面仿真和星上实时遥测获取任务运行过程的动态约束参数,星载计算机据此动态生成任务指令序列。针对某高性能光学卫星的仿真试验表明,与传统任务管理模式相比,卫星操作接口复杂度减少88.5%,任务注入效率提升699%,有效载荷数据传输效率提升10%,全球数据获取能力提升11%,对我国区域的实时数据获取能力提升100%。方案对遥感卫星在轨运行管理具有借鉴意义。     

一种小卫星在轨自主测试方法

提出了一种基于星上网络的小卫星系统层面的自主测试方法,能够在较少的人工参与下,可靠地完成卫星的在轨测试。主要测试内容有卫星重要参数监视、遥控指令的自主测试、指定任务的自主测试。该星载自主测试方法是通过软件实现的一种开放式的测试框架,藉此进行卫星上的各种测试。     

应用CCSDS空间数据链路安全协议的卫星遥控安全方案探讨

针对国内卫星遥控体制国际化的需求,结合已有的空间数据系统咨询委员会(CCSDS)遥控协议体系架构,设计了应用CCSDS空间数据链路安全协议(SDLS)的遥控安全方案。该方案选用认证和加密认证2种业务,并针对不同的遥控安全业务,分别设计了定制遥控帧格式、安全关联、算法管理及密钥管理业务。以目标机为核心搭建验证系统,通过2个典型应用场景验证遥控安全方案的可行性,结果表明:该方案可提高遥控安全系统的灵活性、可扩展性,并且能够有效保护密钥强度,延长密钥生命周期。遥控安全方案的设计及其在遥控单元中的实现,可为我国卫星遥控体制与国际接轨提供参考。     

基于双总线的FY-4卫星测控数管分系统及应用

介绍了风云四号(FY-4)卫星测控数管分系统特点及其应用。给出了测控数管分系统的组成和工作流程。采用CCSDS协议分包遥测,提出了虚拟信道遥测包调度策略、遥测包传输灵活配置策略、高精度高频可编程遥测,以及境外遥测全程采集4种分包遥测优化方法,实现了自主动态遥测采集和下传、在轨遥测异常排查、重点遥测波道高精度高频采样、卫星发射至定点过程的遥测盲区消除。分包遥控采用遥控数据优先级选择策略,保证了遥控与程控指令同时输出,实现了卫星发射至定点全过程的程控管理功能。设计了部件级和整星级故障管理策略,对部件级故障具备一定自主管理功能,其检测策略可对部件级故障进行诊断与切换重组,实现了对卫星重要故障状态的监视与应急处置。采用1553B+SpaceWire双总线结构,既满足了高低速数据使用需求,又提高了数据传输接口的通用性,同时对卫星重要参数有备份与恢复功能。FY-4A星表明:其测控数管分系统实现了预期的功能。     

基于有向图模型的卫星任务指令生成算法

面向任务的卫星操控模式具有操作简便、星载资源使用效率高的优点,正在取代指令序列注入成为遥感卫星运控的新模式。文章提出一种基于有向图模型的遥感卫星任务指令序列生成算法,具有线性存储复杂度和计算复杂度,适合存储资源和计算资源受限的星载计算机应用。此算法已在某遥感卫星应用,测试试验表明,采用3个面向任务的高级指令即可生成52种指令序列,任务上行注入效率提升了5倍。本文方法根据有效载荷的使用约束条件,配置有向图模型参数,即可满足各种类型卫星使用。