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(航天東方紅衛(wèi)星有限公司，北京 100094)

中法海洋衛(wèi)星有效載荷系統(tǒng)級(jí)故障檢測(cè)隔離與恢復(fù)實(shí)現(xiàn)方法研究

韓浪,王韶波,陳娟,丁振宇

(航天東方紅衛(wèi)星有限公司，北京100094)

中法海洋衛(wèi)星搭載了波譜儀分系統(tǒng)、微波散射計(jì)分系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸分系統(tǒng)3種載荷，三類載荷在軌每天連續(xù)24小時(shí)不間斷工作；為提高衛(wèi)星在軌期間有效載荷運(yùn)行的安全性，提出了有效載荷系統(tǒng)級(jí)故障檢測(cè)隔離與恢復(fù)(FDIR, Fault detection, isolation and recovery)實(shí)現(xiàn)方法；有效載荷FDIR由衛(wèi)星主機(jī)和載荷下位機(jī)協(xié)同完，各載荷下位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自身運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)故障時(shí)按照故障預(yù)案執(zhí)行隔離操作或上報(bào)故障信息交由衛(wèi)星主機(jī)處理；衛(wèi)星主機(jī)還能通過平臺(tái)其他分系統(tǒng)獲得更高級(jí)別的有效載荷狀態(tài)參數(shù)，綜合分析后及時(shí)執(zhí)行故障隔離操作；文章介紹了三類有效載荷故障監(jiān)測(cè)參數(shù)選擇方法、故障判斷準(zhǔn)則和故障隔離措施；各有效載荷的FDIR功能都能夠獨(dú)立使能/禁止，F(xiàn)DIR門限值、連續(xù)異常錯(cuò)誤次數(shù)在軌均可軟件調(diào)整；中法海洋衛(wèi)星有效載荷的FDIR實(shí)現(xiàn)方法已通過地面試驗(yàn)驗(yàn)證，符合設(shè)計(jì)要求，其方法可推廣至其他衛(wèi)星型號(hào)。

中法海洋衛(wèi)星；有效載荷；FDIR ;故障檢測(cè)

0 引言

FDIR(Fault detection, isolation and recovery)是指故障檢測(cè)隔離與恢復(fù)[1-3]。預(yù)先定義一組能夠表征被檢測(cè)系統(tǒng)工作狀態(tài)的特征參數(shù),通過計(jì)算機(jī)軟件周期性采集特征數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)分析，特征參數(shù)值超出合理范圍并持續(xù)一定的時(shí)間則判定系統(tǒng)發(fā)生故障,工作出現(xiàn)異常。根據(jù)故障危害程度及時(shí)采取相應(yīng)的故障隔離措施，避免故障蔓延。故障恢復(fù)是將系統(tǒng)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，一般有效載荷硬件故障采取切換備份模塊的策略，軟件模塊故障恢復(fù)包括系統(tǒng)軟啟動(dòng)、硬件系統(tǒng)斷電重啟、軟件重構(gòu)、系統(tǒng)補(bǔ)丁等措施。有效載荷是衛(wèi)星系統(tǒng)最重要的功能模塊，執(zhí)行衛(wèi)星的遙感探測(cè)任務(wù)，有效載荷系統(tǒng)工作狀態(tài)發(fā)生嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)進(jìn)行故障隔離，經(jīng)故障分析、排查后制訂故障恢復(fù)措施，確保故障恢復(fù)方案合理有效，安全可靠。

中法海洋衛(wèi)星(CFOSAT-1，Chinese French Oceanic Satellite)是由中法合作研制的一顆海洋觀測(cè)衛(wèi)星。法方提供波譜儀，中方提供衛(wèi)星平臺(tái)和散射計(jì)，中方負(fù)責(zé)衛(wèi)星發(fā)射與測(cè)控。中法雙方共同開展衛(wèi)星研制與應(yīng)用，以獲取海面風(fēng)場(chǎng)、海浪等海洋動(dòng)力環(huán)境參數(shù)。CFOSAT-1衛(wèi)星有效載荷包括波譜儀分系統(tǒng)、微波散射計(jì)分系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸分系統(tǒng)，文章介紹了CFOSAT-1衛(wèi)星有效載荷系統(tǒng)級(jí)的FDIR實(shí)現(xiàn)方法，包括故障檢測(cè)[4-6]參數(shù)選擇方法、故障判斷準(zhǔn)則和隔離措施。有效載荷系統(tǒng)級(jí)FDIR特指針對(duì)有效載荷運(yùn)行安全、功能完整性、重要性能指標(biāo)而設(shè)計(jì)的FDIR，一般情況不包括分系統(tǒng)內(nèi)部模塊的FDIR設(shè)計(jì)，但如果分系統(tǒng)內(nèi)部單機(jī)、模塊發(fā)生異常會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)也可將內(nèi)部FDIR按照系統(tǒng)級(jí)FDIR處理對(duì)待。

1 波譜儀分系統(tǒng)FDIR

波譜儀分系統(tǒng)由配電單元、數(shù)字單元、高頻收發(fā)模塊、行放、行放電源、微波前端、伺服控制器、掃描機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置、饋源與掃描機(jī)構(gòu)、反射面天線等單機(jī)組成[7]。波譜儀在軌長(zhǎng)期工作，采取饋源機(jī)械掃描和波束電子切換的方式實(shí)現(xiàn)天線波束全方位掃描和不同入射角的微波探測(cè)，通過數(shù)據(jù)反演獲得海浪方向譜信息。中法海洋衛(wèi)星波譜儀分系統(tǒng)針對(duì)設(shè)備工作溫度異常、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)溫度異常、掃描機(jī)構(gòu)溫度異常、CAN總線通信異常進(jìn)行了FDIR設(shè)計(jì)，所有FDIR全部由星務(wù)分系統(tǒng)完成，包括故障檢測(cè)點(diǎn)遙測(cè)采集、故障判讀和隔離操作。

圖1 波譜儀分系統(tǒng)FDIR實(shí)現(xiàn)方法

1.1 設(shè)備工作溫度異常FDIR

根據(jù)衛(wèi)星布局，除天線及掃描機(jī)構(gòu)外波譜儀各單機(jī)設(shè)備都位于載荷艙內(nèi)部，衛(wèi)星在軌工作期間，由衛(wèi)星平臺(tái)保證載荷艙內(nèi)部溫度，當(dāng)溫度過低時(shí)衛(wèi)星開啟補(bǔ)償加熱設(shè)備，當(dāng)工作溫度超過高溫門限值時(shí)停止補(bǔ)償加熱，確保荷艙各設(shè)備工作在合適的溫度范圍。波譜儀各單機(jī)溫度超出FDIR門限范圍表明波譜儀設(shè)備或衛(wèi)星平臺(tái)工作環(huán)境存在某種異常，不宜繼續(xù)工作，星務(wù)主機(jī)應(yīng)當(dāng)及時(shí)自主地對(duì)波譜儀進(jìn)行關(guān)機(jī)操作。波譜儀艙內(nèi)八臺(tái)單機(jī)每臺(tái)設(shè)置一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)都設(shè)置上下門限值，各溫度門限值在軌可獨(dú)立調(diào)整。8臺(tái)單機(jī)溫度監(jiān)測(cè)FDIR具有使能/禁止功能，單條遙控指令同時(shí)控制8臺(tái)設(shè)備的FDIR執(zhí)行。設(shè)備工作溫度異常且FDIR處于使能狀態(tài)時(shí)，星務(wù)主機(jī)通過熱控下位機(jī)每隔8秒采集一次各設(shè)備的溫度，同時(shí)判斷各設(shè)備的溫度是否超出對(duì)應(yīng)的溫度門限范圍，任何一臺(tái)設(shè)備的溫度超出了對(duì)應(yīng)的門限范圍都被認(rèn)定為設(shè)備溫度異常，默認(rèn)連續(xù)9次監(jiān)測(cè)到設(shè)備溫度異常即64秒，則確認(rèn)波譜儀工作異常，開始執(zhí)行波譜儀關(guān)機(jī)操作，設(shè)備溫度異常FDIR使能/禁止功能、各設(shè)備溫度FDIR上下限值、連續(xù)錯(cuò)誤次數(shù)可軟件上注調(diào)整。

1.2 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)FDIR

旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)是波譜儀天線饋源的重要模塊，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)了靜止到旋轉(zhuǎn)的功能切換，是射頻信號(hào)收發(fā)必經(jīng)之路，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)工作狀態(tài)直接影響回波信號(hào)強(qiáng)度，進(jìn)而影響波浪譜數(shù)據(jù)產(chǎn)品精度[8]。旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)插入損耗與工作環(huán)境溫度有關(guān)，通常環(huán)境溫度增加會(huì)引起旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)插損增加，另外旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接松動(dòng)、熱變形等引起的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化也會(huì)造成插入損耗變大，大功率射頻信號(hào)通過時(shí)會(huì)有更多的能量轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的熱能，造成旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)溫度升高。另外旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)位于載荷艙外，即使外部包裹了熱控多層，依然受外熱流影響較大。因此將旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)作為波譜儀系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵監(jiān)測(cè)點(diǎn)，溫度超出門限范圍時(shí)，星務(wù)主機(jī)應(yīng)當(dāng)及時(shí)自主地對(duì)波譜儀進(jìn)行關(guān)機(jī)操作。旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)溫度監(jiān)測(cè)FDIR具有單獨(dú)的使能/禁止功能, 星務(wù)主機(jī)通過熱控下位機(jī)每隔8秒采集一次旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的溫度并判斷是否超出FDIR溫度門限范圍，默認(rèn)連續(xù)9次即64秒監(jiān)測(cè)到旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)溫度異常，則確認(rèn)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)工作異常，執(zhí)行波譜儀關(guān)機(jī)操作。旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)FDIR使能/禁止功能、溫度上下門限值、連續(xù)異常次數(shù)可軟件上注調(diào)整。

1.3 掃描機(jī)構(gòu)異常FDIR

掃描機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了波譜儀天線波束360度的掃描功能，波束掃描是形成波浪方向譜的必備條件。波譜儀在軌工作期間掃描機(jī)構(gòu)按照5.7轉(zhuǎn)/分鐘的速度勻速旋轉(zhuǎn)，為保證掃描機(jī)構(gòu)長(zhǎng)期可靠穩(wěn)定工作，需確保掃描機(jī)構(gòu)處于合適的工作溫度。掃描機(jī)構(gòu)屬于艙外設(shè)備，外熱流環(huán)境復(fù)雜，將掃描機(jī)構(gòu)工作溫度作為波譜儀系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵監(jiān)測(cè)點(diǎn)，溫度超出門限范圍時(shí)，衛(wèi)星主機(jī)應(yīng)當(dāng)及時(shí)自主地對(duì)波譜儀進(jìn)行關(guān)機(jī)操作。掃描機(jī)構(gòu)FDIR的實(shí)現(xiàn)方法與旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)FDIR類似。

1.4 CAN總線通信異常FDIR

波譜儀分系統(tǒng)與衛(wèi)星平臺(tái)通過CAN總線進(jìn)行遙控指令、遙測(cè)數(shù)據(jù)、上注數(shù)據(jù)塊等信息傳遞，CAN總線通信異常將會(huì)造成波譜儀無法正確執(zhí)行地面發(fā)送的遙控指令，地面也無法準(zhǔn)確了解波譜儀的工作狀態(tài)。CAN總線通信狀態(tài)作為波譜儀故障判斷的依據(jù)之一，CAN總線通信發(fā)生持續(xù)故障時(shí)衛(wèi)星主機(jī)應(yīng)當(dāng)及時(shí)自主地對(duì)波譜儀進(jìn)行關(guān)機(jī)操作。波譜儀正常工作期間，星務(wù)主機(jī)每8秒對(duì)波譜儀進(jìn)行一次緩變輪詢，波譜儀收到緩變輪詢指令后將應(yīng)答數(shù)據(jù)包中的計(jì)數(shù)器遞增加1，星務(wù)主機(jī)默認(rèn)連續(xù)7次即48秒監(jiān)測(cè)到計(jì)數(shù)器未正常加1則確定CAN總線通信異常，執(zhí)行波譜儀關(guān)機(jī)操作。CAN總線通信異常FDIR使能/禁止功能、連續(xù)監(jiān)測(cè)次數(shù)軟件可調(diào)。

波譜儀分系統(tǒng)開機(jī)后星務(wù)主機(jī)應(yīng)當(dāng)設(shè)置CAN總線FDIR、設(shè)備溫度FDIR、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)FDIR、掃描機(jī)構(gòu)FDIR處于使能狀態(tài)，同時(shí)衛(wèi)星平臺(tái)提供遙測(cè)參數(shù)表征波譜儀各FDIR運(yùn)行狀態(tài)，遙測(cè)參數(shù)包括每類FDIR的使能/禁止?fàn)顟B(tài)、門限值、允許的連續(xù)異常次數(shù)、各FDIR觸發(fā)狀態(tài)。波譜儀關(guān)機(jī)程序如下所示：

1)發(fā)送波譜儀停止數(shù)據(jù)采集指令。

2)5秒后發(fā)送波譜儀設(shè)備關(guān)機(jī)指令。

3)10秒后發(fā)送波譜儀分系統(tǒng)關(guān)機(jī)指令。

4)5秒后再次發(fā)送波譜儀分系統(tǒng)關(guān)機(jī)指令。

5)5秒后發(fā)送禁止波譜儀CAN總線FDIR使能、禁止設(shè)備溫度FDIR使能、禁止旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)FDIR使能、禁止掃描機(jī)構(gòu)FDIR使能4條指令。

2 散射計(jì)分系統(tǒng)FDIR

散射計(jì)分系統(tǒng)由配電單元、數(shù)字單元、收發(fā)單元、行放、行放電源、微波前端、射頻接收機(jī)、伺服控制器、天線與掃描機(jī)構(gòu)等單機(jī)組成[9]。散射計(jì)在軌長(zhǎng)期工作，天線與掃描機(jī)構(gòu)默認(rèn)按照3.4轉(zhuǎn)/分鐘的速度勻速掃描，獲取全方位海面風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)。中法海洋衛(wèi)星散射計(jì)分系統(tǒng)在軌FDIR包括行放電流異常FDIR、天線轉(zhuǎn)速異常FDIR和散射計(jì)母線1電流異常FDIR。

圖2 散射計(jì)分系統(tǒng)FDIR實(shí)現(xiàn)方法

散射計(jì)分系統(tǒng)將行放和行放電源作為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象，行放總線電流遙測(cè)超出預(yù)定門限值則執(zhí)行行放關(guān)機(jī)操作，并禁止行放電流FDIR使能。由于行放由平臺(tái)母線2獨(dú)立供電，與散射計(jì)其他單機(jī)設(shè)備供電通道隔離，行放與其他單機(jī)電氣耦合度低，因此行放工作異常時(shí)無需關(guān)斷散射計(jì)其他單機(jī)。

天線與掃描機(jī)構(gòu)在軌勻速旋轉(zhuǎn)，設(shè)計(jì)最大轉(zhuǎn)速為3.74轉(zhuǎn)/分鐘，天線轉(zhuǎn)速超過該值表明伺服控制器或掃描機(jī)構(gòu)工作異常，天線轉(zhuǎn)速過大造成散射計(jì)星上多普勒距離補(bǔ)償信號(hào)處理算法誤差增加，影響散射計(jì)測(cè)量精度。另外從衛(wèi)星安全角度考慮，散射計(jì)天線與掃描機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速異常過高會(huì)影響衛(wèi)星姿態(tài)控制，星務(wù)主機(jī)應(yīng)及時(shí)切斷伺服控制器供電，斷電后天線轉(zhuǎn)速由于摩擦力矩的存在會(huì)慢慢降低到停止，這種情況下散射計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)無法滿足業(yè)務(wù)使用要求，因此關(guān)閉行放以及信道各單機(jī)，僅保留下位機(jī)與衛(wèi)星的基本通信功能。

散射計(jì)母線1負(fù)責(zé)配電單元、數(shù)字單元、收發(fā)單元、微波前端、射頻接收機(jī)5臺(tái)單機(jī)的供電，星務(wù)主機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)散射計(jì)母線1電流變化，當(dāng)電流超出預(yù)定門限時(shí)表明上述設(shè)備工作異常，應(yīng)及時(shí)切斷散射計(jì)各單機(jī)電源進(jìn)行隔離保護(hù)。雖然伺服控制器和行放與母線1隔離或獨(dú)立供電，此時(shí)也建議執(zhí)行散射計(jì)關(guān)機(jī)操作，降低不必要的能源損耗。相比天線轉(zhuǎn)速異常的關(guān)機(jī)操作，母線1電流異常時(shí)將散射計(jì)分系統(tǒng)各設(shè)備全部關(guān)機(jī)，不再保留下位機(jī)的的基本通信功能。

母線1電流FDIR功能全部由星務(wù)主機(jī)獨(dú)立完成，星務(wù)主機(jī)默認(rèn)連續(xù)3次即2秒(速變遙測(cè))監(jiān)測(cè)到母線1電流超出門限值則執(zhí)行散射計(jì)分系統(tǒng)關(guān)機(jī)操作序列。行放電流異常FDIR和天線轉(zhuǎn)速異常FDIR由散射計(jì)分系統(tǒng)獨(dú)自完成，散射計(jì)下位機(jī)直接采集行放電流遙測(cè)、收集天線轉(zhuǎn)速遙測(cè)，每隔8秒檢測(cè)一次行放電流和天線轉(zhuǎn)速是否超出門限值，并將檢查結(jié)果通過速變輪詢遙測(cè)上報(bào)星務(wù)主機(jī)，下位機(jī)默認(rèn)連續(xù)3次即16秒監(jiān)測(cè)到行放電流、天線轉(zhuǎn)速大于門限值執(zhí)行各自的關(guān)機(jī)操作。散射計(jì)3種FDIR功能獨(dú)立，每種FDIR都有專門的使能/禁止功能，門限值、連續(xù)錯(cuò)誤次數(shù)可軟件上注調(diào)整。

3 數(shù)傳分系統(tǒng)FDIR

數(shù)傳分系統(tǒng)包括數(shù)傳控制器、數(shù)據(jù)處理器、固態(tài)存儲(chǔ)器、X頻段調(diào)制器，行放電源、行波管放大器[10]、高功率隔離器、天線，根據(jù)衛(wèi)星任務(wù)特點(diǎn)，波譜儀和微波散射計(jì)載荷在軌長(zhǎng)期開機(jī)，數(shù)傳分系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收載荷數(shù)據(jù)，當(dāng)衛(wèi)星位于地面站之外時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在自身的固存中，過境時(shí)將實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)和固存中的數(shù)據(jù)回放至地面站。因此數(shù)傳控制器、數(shù)據(jù)處理器和固態(tài)存儲(chǔ)器為在軌長(zhǎng)期開機(jī)設(shè)備，而調(diào)制器、行放、行放電源、高功率隔離器只有衛(wèi)星過地面站時(shí)才開機(jī)工作，過境則關(guān)機(jī)。由于中法海洋衛(wèi)星每軌都經(jīng)過法方地面站，每軌都會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，某些軌道圈次可能會(huì)出現(xiàn)中方地面站、法方地面站同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的情況，因此在軌數(shù)傳發(fā)射通道需頻繁進(jìn)行開關(guān)機(jī)操作。衛(wèi)星業(yè)務(wù)運(yùn)行階段星務(wù)主機(jī)采用程控指令的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)傳分系統(tǒng)自動(dòng)開關(guān)機(jī)操作，一般程控區(qū)保存70軌以上的數(shù)傳分系統(tǒng)操作指令，能夠完成5～7天的數(shù)傳分系統(tǒng)開關(guān)機(jī)操作。行放、行放電源、隔離器屬于大功率發(fā)熱設(shè)備，在軌頻繁開關(guān)機(jī)導(dǎo)致熱環(huán)境變化劇烈，影響設(shè)備工作穩(wěn)定工作，而且行放及行放電源作為射頻信號(hào)放大的主要單機(jī)，工作狀態(tài)異常時(shí)需要及時(shí)識(shí)別和快速隔離，以免造成不可逆的損傷。

圖3 數(shù)傳分系統(tǒng)FDIR實(shí)現(xiàn)方法

行放及行放電源的工作狀態(tài)可通過螺旋電流、陽(yáng)極電壓[11]、行放電源內(nèi)部溫度遙測(cè)參數(shù)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)控制器每隔8秒采集一次螺流、陽(yáng)壓、行放電源內(nèi)部遙測(cè)，在行放高壓開機(jī)的前提下，數(shù)傳控制器比較螺流、陽(yáng)壓、行放電源內(nèi)部溫度是否超出門限值范圍，默認(rèn)連續(xù)3次即16秒監(jiān)測(cè)到螺流、陽(yáng)壓或行放電源內(nèi)部溫度超出對(duì)應(yīng)門限范圍則立即執(zhí)行數(shù)傳射頻設(shè)備關(guān)機(jī)操作。螺流、陽(yáng)壓、行放電源內(nèi)部溫度上下門限值、連續(xù)異常次數(shù)、FDIR使能/禁止功能軟件獨(dú)立可調(diào)。

行放輸入信號(hào)功率即調(diào)制器輸出功率過大或過小都會(huì)造成行放輸出功率下降，導(dǎo)致星地鏈路傳輸信噪比減小甚至影響數(shù)據(jù)正常接收，因此有必要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)調(diào)制器輸出功率大小。在調(diào)制器開機(jī)的前提下，數(shù)據(jù)控制器默認(rèn)連續(xù)3次即16秒監(jiān)測(cè)到調(diào)制器輸出功率超出門限值范圍則執(zhí)行數(shù)傳射頻設(shè)備關(guān)機(jī)操作。調(diào)制器輸出功率FDIR門限值、連續(xù)異常次數(shù)可軟件調(diào)整，具有使能禁止功能。

行放、行放電源、高功率隔離器等大功率設(shè)備工作異常時(shí)往往也會(huì)出現(xiàn)設(shè)備工作溫度異常的現(xiàn)象，類似波譜儀設(shè)備溫度FDIR實(shí)現(xiàn)方法，數(shù)傳分系統(tǒng)的FDIR也將設(shè)備工作溫度作為重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。該項(xiàng)工作由星務(wù)主機(jī)完成，星務(wù)主機(jī)通過熱控下位機(jī)每隔8秒采集一次各設(shè)備的溫度，同時(shí)判讀各設(shè)備的溫度是否超出對(duì)應(yīng)的溫度門限范圍，任何一臺(tái)設(shè)備的溫度超出了對(duì)應(yīng)的門限范圍都被認(rèn)定為設(shè)備溫度異常，默認(rèn)連續(xù)9次即64秒監(jiān)測(cè)到設(shè)備溫度異常，則確認(rèn)大功率設(shè)備工作異常，執(zhí)行數(shù)傳射頻設(shè)備關(guān)機(jī)操作,各設(shè)備溫度上下限、連續(xù)錯(cuò)誤次數(shù)可軟件上注調(diào)整，數(shù)傳設(shè)備溫度FDIR具有統(tǒng)一的使能/禁止功能。

CFOSAT-1衛(wèi)星數(shù)傳分系統(tǒng)FDIR由星務(wù)主機(jī)和數(shù)傳下位機(jī)共同完成，數(shù)傳下位機(jī)負(fù)責(zé)行放螺流、行放陽(yáng)壓、行放電源內(nèi)部溫度、調(diào)制器輸出功率遙測(cè)的采集，判讀各遙測(cè)是否超出對(duì)應(yīng)的FDIR門限范圍，如果滿足FDIR觸發(fā)條件則立即執(zhí)行關(guān)機(jī)隔離操作。下位機(jī)通過CAN總線速變輪詢遙測(cè)向星務(wù)主機(jī)報(bào)告FDIR觸發(fā)狀態(tài)，星務(wù)主機(jī)檢測(cè)到任一FDIR觸發(fā)則禁止程控區(qū)指令執(zhí)行，防止在未排除故障異常的情況下后續(xù)時(shí)間程控指令繼續(xù)執(zhí)行數(shù)傳設(shè)備開機(jī)操作。數(shù)傳射頻設(shè)備關(guān)機(jī)程序如下：

1)發(fā)送調(diào)制器關(guān)機(jī)指令。

2)5秒后發(fā)送行放電源關(guān)機(jī)指令。

3)5秒后禁止星務(wù)主機(jī)程控區(qū)指令執(zhí)行。

數(shù)傳下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)保證螺流、陽(yáng)壓、和行放電源內(nèi)部溫度FDIR超門限判讀只有在行放開機(jī)條件下才執(zhí)行，因此不需要發(fā)送禁止螺流FDIR使能、禁止陽(yáng)壓FDIR使能、禁止行放電源FDIR使能三條指令，行放重新加電后，F(xiàn)DIR使能狀態(tài)同關(guān)機(jī)前一致。同理調(diào)制器關(guān)機(jī)后輸出功率FDIR也失效，無需專門發(fā)送停止使能指令。

4 軟件編程方法

衛(wèi)星主機(jī)軟件運(yùn)行在80C86微處理器平臺(tái)，采用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)各載荷FDIR功能，各載荷下位機(jī)以80C32 單片機(jī)為平臺(tái)，也采用C語(yǔ)言編程方式實(shí)現(xiàn)載荷內(nèi)部FDIR以及故障信息上報(bào)。載荷下位機(jī)開機(jī)后，軟件初始化各FDIR參數(shù)為默認(rèn)值，各FDIR狀態(tài)為禁止使能，軟件默認(rèn)不進(jìn)入FDIR判斷分支。等待衛(wèi)星主機(jī)設(shè)置允許使能后，對(duì)應(yīng)的FDIR軟件程序開始執(zhí)行。主機(jī)開機(jī)后軟件初始化各FDIR參數(shù)為默認(rèn)值，各載荷FDIR狀態(tài)為禁止使能，軟件默認(rèn)不進(jìn)入FDIR判斷分支，待用戶發(fā)送FDIR使能指令后啟動(dòng)自身或載荷下位機(jī)FDIR功能。各載荷下位機(jī)采用定時(shí)器中斷方式定時(shí)采集分系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)遙測(cè)參數(shù)，主機(jī)軟件按照衛(wèi)星時(shí)鐘定時(shí)輪詢載荷下位機(jī)遙測(cè)參數(shù)，通過衛(wèi)星平臺(tái)其他分系統(tǒng)獲得更高級(jí)別的有效載荷狀態(tài)參數(shù)，綜合分析后執(zhí)行故障隔離操作。

5 結(jié)束語(yǔ)

中法海洋衛(wèi)星有效載荷在軌長(zhǎng)期開機(jī)工作，文章介紹了波譜儀分系統(tǒng)、散射計(jì)分系統(tǒng)和數(shù)傳分系統(tǒng)三類有效載荷系統(tǒng)級(jí)的FDIR設(shè)計(jì)要點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)方法，確保有效載荷在軌工作期間發(fā)生故障異常時(shí)衛(wèi)星能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，自主執(zhí)行預(yù)定的故障隔離操作指令，避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大，影響有效載荷甚至衛(wèi)星平臺(tái)安全，有效載荷在軌工作期間可以根據(jù)實(shí)際情況通過地面上注的方式調(diào)整各類FDIR的參數(shù)值。

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ResearchonPayloadFDIRImplementationMethodofCFOSAT-1

Han Lang, Wang Shaobo, Chen Juan, Ding Zhenyu

(DFH Satellite Co.,Ltd., Beijing 100094, China)

CFOSAT-1 satellite takes three kinds of payloads which includes SWIM(Surface Wave Investigation and Monitoring), SCAT(Scatterometer) and DTS(Data Transmission System). All of the three payloads work 24 hours per day with no interval. In order to enhance the security ability during the operation phase. Payload FDIR (Fault detection, isolation and recovery) implementation method is introduced. The payload FDIR is implemented both at subsystem level and the satellite level. The payload sub-computer monitors the internal parameters and if any abnormality occurs the pre-defined isolation procedure will be executed or reported to the OBDH. Besides the diagnoses report, the OBDH could get more information for the payload working status. Based on the analysis of those fault information the OBDH performs the specific isolation procedure. The article demonstrates methods of fault detection, fault definition, fault insulation of the three payloads. All of the FDIRs could be abled and disabled independently and all of the thresholds and successive fault numbers could be modified by the OBDH ( Onboard data handling ) software. The payload FDIR implementation method has been validated by dedicated test and is compliant to the specification. Besides this FDIR implementation method could be used in other satellite project.

CFOSAT；payload；FDIR; fault detection

2017-05-02；

2017-05-23。

韓 浪(1986-)，男，陜西綏德人，工程師，主要從事航天器有效載荷總體設(shè)計(jì)度方向的研究。

1671-4598(2017)11-0193-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.11.049

V443.5

A