謝任遠彭瑞

（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)重點實驗室，上海 201109）

固定波道位置下的星地數(shù)據(jù)遙測設(shè)計

謝任遠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)重點實驗室，上海 201109）

本文以某衛(wèi)星型號為背景，在固定波道位置的綜合測控框架下，針對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)計方法來提升星地數(shù)據(jù)遙測的效率，并給出了詳細(xì)的設(shè)計方法流程。最后通過型號的應(yīng)用，表明設(shè)計的方法合理可行，達到了設(shè)計的目的。

固定波道 星地數(shù)據(jù) 遙測

測控技術(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)代社會文明重要的標(biāo)志之一，同時也是全球各國社會、經(jīng)濟和軍事等主要技術(shù)支柱。衛(wèi)星上應(yīng)用的測控技術(shù)為地面站對衛(wèi)星在軌狀態(tài)的監(jiān)視、對衛(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由于綜合測控的特殊性，其設(shè)計方法有別于一般的遙測設(shè)計方法。綜合測控框架下，其遙測的星地數(shù)據(jù)由綜合電子進行編碼解碼，由FPGA對所有星地數(shù)據(jù)進行固定操作。本文以某衛(wèi)星型號為背景，在綜合測控框架下，根據(jù)數(shù)據(jù)重要類別及遙測頻率需求，對數(shù)據(jù)遙測進行了效率提升設(shè)計。

1 設(shè)計基礎(chǔ)

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

圖1 時分復(fù)用設(shè)計方法流程圖

已知主波道遙測在每一幀中固定的遙測波道上每次傳輸相同的遙測參數(shù)，遙測下傳周期為0.5s；副波道遙測在遙測幀中每次傳輸不同的遙測參數(shù)，即多個遙測參數(shù)復(fù)用幀中的一個遙測波道，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)計由于多種因素的限制，遙測速率普遍不高，尤其是USB測控體制下遙測速率一般不超過8192bps。因此，在總體測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)計方法來提升星地數(shù)據(jù)遙測的效率，以滿足實際任務(wù)的需求。

2 時分復(fù)用設(shè)計

3 數(shù)據(jù)重用設(shè)計

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

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

其流程框圖如圖1所示：

地面根據(jù)解碼標(biāo)志對波道a和波道b用相應(yīng)單機的解碼系數(shù)進行解析，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不開機卻占用波道的現(xiàn)象，將波道遙測下傳的有效利用率提升了33.3%。

數(shù)據(jù)重用的設(shè)計方法如下：在主波道遙測數(shù)據(jù)量有限的情況下，根據(jù)剩余未排到主波道遙測數(shù)據(jù)的重要性等級，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現(xiàn)數(shù)據(jù)重用的設(shè)計。其具體設(shè)計方法如下：

圖2 數(shù)據(jù)重用設(shè)計遙測示意圖

（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。

其遙測下傳示意圖如圖2所示：

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

4 結(jié)語

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

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

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

謝任遠，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)。