蔣志雄，王玉爽，顧 斌，傅秀濤，朱 琦，謝鳴宇

0 引 言

國(guó)外航天器姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用基于1553B總線的體系結(jié)構(gòu)，如Lockheed Martin公司的LM900平臺(tái)，國(guó)內(nèi)航天器姿軌控系統(tǒng)隨著近年來(lái)智能自主功能拓展和控制性能指標(biāo)提升，已開(kāi)始在遙感和空間站等領(lǐng)域航天器應(yīng)用基于1553B內(nèi)總線的體系結(jié)構(gòu)[1-3].在實(shí)際應(yīng)用中，各航天器姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線僅采用了GJB289A-97鏈路基本層和物理層協(xié)議，該協(xié)議使用復(fù)雜，缺乏應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)[4-5]，導(dǎo)致：①可集成性差，不同航天器上應(yīng)用的單機(jī)數(shù)據(jù)協(xié)議不一致，無(wú)法直接集成；②可擴(kuò)展性差，已有系統(tǒng)難以新增單機(jī)RT或融入整星大系統(tǒng)；③通用性差，各航天器星載設(shè)備和軟件需要重復(fù)研制.

針對(duì)上述問(wèn)題，歐洲航天局(ESA)的航天標(biāo)準(zhǔn)化組織(ECSS)從20世紀(jì)90年代開(kāi)始研究空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，2003年發(fā)布了ECSS-E-70-41A PUS(packet utilization standard)數(shù)據(jù)包應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議第2版[6]，2008年發(fā)布了ECSS-E-ST-50-13C 1553B協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)[7].其中，PUS標(biāo)準(zhǔn)首次規(guī)定了遙控遙測(cè)數(shù)據(jù)包協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢(xún)委員會(huì)已將其納入到CCSDSS標(biāo)準(zhǔn)中[8]；1553B協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)作為MIL-STD-1553B基本協(xié)議的補(bǔ)充，在鏈路基本層協(xié)議上提供了面向用戶(hù)的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)[9].ESA規(guī)定后續(xù)所有航天器必須強(qiáng)制應(yīng)用該標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議[10].國(guó)內(nèi)已開(kāi)展了ECSS數(shù)據(jù)協(xié)議的研究和應(yīng)用，提出并設(shè)計(jì)了適應(yīng)于我國(guó)航天器特點(diǎn)的綜合電子系統(tǒng)業(yè)務(wù)及協(xié)議，使得整星級(jí)1553B數(shù)據(jù)總線協(xié)議國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化[9-11].

本文基于ECSS標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，對(duì)其在姿軌控系統(tǒng)內(nèi)1553B總線上的擴(kuò)展應(yīng)用進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，有助于實(shí)現(xiàn)姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)內(nèi)1553B總線數(shù)據(jù)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化.

1 ECSS星載數(shù)據(jù)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)介紹

1.1 PUS包應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

ECSS PUS包應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)(ECSS-E-70-41A)定義了地面和航天器之間的應(yīng)用層級(jí)別的接口，用來(lái)滿(mǎn)足電氣組裝、測(cè)試及飛行操作的需求.該標(biāo)準(zhǔn)主要包括：(1)描述了地面對(duì)航天器監(jiān)視和操作的基本需求；(2)定義16類(lèi)業(yè)務(wù)，滿(mǎn)足地面標(biāo)準(zhǔn)化操作的需要[6].

ECSS PUS標(biāo)準(zhǔn)中定義的16種通用業(yè)務(wù)包括：(1)遙控確認(rèn)業(yè)務(wù)；(2)設(shè)備指令分發(fā)業(yè)務(wù)；(3)事務(wù)和診斷數(shù)據(jù)報(bào)告業(yè)務(wù)；(4)參數(shù)統(tǒng)計(jì)報(bào)告業(yè)務(wù)；(5)事件報(bào)告業(yè)務(wù)；(6)內(nèi)存管理業(yè)務(wù)；(7)功能管理業(yè)務(wù)；(8)時(shí)間管理業(yè)務(wù)；(9)操作調(diào)度業(yè)務(wù)；(10)監(jiān)視業(yè)務(wù)；(11)大數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)；(12)包傳送控制業(yè)務(wù)；(13)存儲(chǔ)和獲取業(yè)務(wù)；(14)測(cè)試業(yè)務(wù)；(15)操作程序業(yè)務(wù)；(16)時(shí)間-動(dòng)作業(yè)務(wù).每類(lèi)業(yè)務(wù)都保護(hù)若干子業(yè)務(wù)，航天器應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)需求對(duì)上述業(yè)務(wù)以及子業(yè)務(wù)進(jìn)行選擇和裁剪.

PUS在CCSDS標(biāo)準(zhǔn)定義的空間包格式基礎(chǔ)上，規(guī)定了每種業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)域，定義了空間遙控包和遙測(cè)包的數(shù)據(jù)域副導(dǎo)頭和應(yīng)用數(shù)據(jù)的格式.PUS將CCSDS空間包中可選的包副導(dǎo)頭區(qū)域定義為各類(lèi)業(yè)務(wù)格式，要求該區(qū)域必選，其中業(yè)務(wù)與子業(yè)務(wù)的組合用(X，Y)表示，X和Y分別表示業(yè)務(wù)類(lèi)型和子業(yè)務(wù)類(lèi)型，業(yè)務(wù)組合代表了PUS的某一具體子子業(yè)務(wù)，與實(shí)際空間數(shù)據(jù)包相對(duì)應(yīng).PUS定義的遙測(cè)包和遙控包的數(shù)據(jù)域副導(dǎo)頭結(jié)構(gòu)如表1和表2.

表1 ECSS PUS 遙測(cè)包數(shù)據(jù)域副導(dǎo)頭結(jié)構(gòu)

表2 ECSS PUS 遙控包數(shù)據(jù)域副導(dǎo)頭結(jié)構(gòu)

1.2 1553B總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

ECSS-E-ST-50-13C總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)在美軍標(biāo)1553B協(xié)議基礎(chǔ)上，提供了5種上層接口服務(wù)，分別為：時(shí)間服務(wù)、通信同步服務(wù)、置數(shù)/取數(shù)服務(wù)、數(shù)據(jù)塊傳輸服務(wù)以及終端管理服務(wù)，并以原語(yǔ)方式說(shuō)明了各項(xiàng)服務(wù)的交互信息和時(shí)序邏輯，同時(shí)給出了子地址編排和方式碼消息使用建議[7].5種服務(wù)定義如下：

1)時(shí)間服務(wù)：用于BC周期性給終端RT授時(shí)，除分發(fā)時(shí)間碼外，還可發(fā)布時(shí)間同步.

2)通信同步服務(wù)：用于總線上各設(shè)備數(shù)據(jù)通信的同步，確保所有的通信消息在確定的通信幀內(nèi).該服務(wù)將約定的時(shí)間周期定義為一個(gè)通信幀周期，BC每個(gè)通信幀以同步消息與各RT同步，保證了協(xié)議的實(shí)時(shí)性.該服務(wù)為精確劃分總線數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序和合理均衡總線資源提供了條件.

3)置數(shù)/取數(shù)服務(wù)：用于傳輸預(yù)先分配好的固定長(zhǎng)度數(shù)據(jù)，該服務(wù)支持無(wú)握手、無(wú)確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸.置數(shù)服務(wù)用于BC至RT的數(shù)據(jù)傳輸，取數(shù)服務(wù)用于RT至BC的數(shù)據(jù)傳輸.

4)數(shù)據(jù)塊傳輸服務(wù)：用于傳輸可變大小的數(shù)據(jù)塊，該服務(wù)支持有握手、有確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸，包括BC至RT的數(shù)據(jù)塊分發(fā)傳輸和 RT 至BC的數(shù)據(jù)塊獲取傳輸.

5)終端管理服務(wù)：用于BC管理各終端RT，提供RT健康管理、監(jiān)視、報(bào)警通知、終端配置以及數(shù)據(jù)卷繞標(biāo)準(zhǔn)功能.

這5種服務(wù)相互聯(lián)系，通信同步服務(wù)為協(xié)議要求的強(qiáng)制服務(wù)，保證了協(xié)議的實(shí)時(shí)性并用于其他服務(wù)，終端管理服務(wù)依賴(lài)于置數(shù)和取數(shù)服務(wù)，時(shí)間服務(wù)、置數(shù)和取數(shù)服務(wù)以及數(shù)據(jù)塊傳輸服務(wù)依賴(lài)于通信同步服務(wù)，各服務(wù)之間的關(guān)系如圖1所示[9].

2 姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)內(nèi)1553總線數(shù)據(jù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)由控制器、敏感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)3部分組成，其中控制器作為核心，采集各類(lèi)姿態(tài)敏感器的測(cè)量數(shù)據(jù)，按設(shè)計(jì)的控制律計(jì)算出期望的控制指令，輸出至執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)品，完成航天器姿態(tài)軌道控制任務(wù).

基于1553B內(nèi)部總線體系結(jié)構(gòu)的姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)總線拓?fù)鋱D如圖2，其中控制器為控制計(jì)算機(jī)，作為BC端；敏感器RT包括：紅外地球敏感器、星敏感器和陀螺等部件；執(zhí)行機(jī)構(gòu)RT包括：驅(qū)動(dòng)控制裝置、控制力矩陀螺和帆板驅(qū)動(dòng)裝置等部件.采用虛線表示的為姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)控制器與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)通過(guò)外部總線連接，傳輸遙測(cè)數(shù)據(jù)和遙控指令.

圖1 5種服務(wù)關(guān)系

圖2 基于1553B內(nèi)部總線體系結(jié)構(gòu)的姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2.2 總線數(shù)據(jù)包業(yè)務(wù)需求分析

通過(guò)對(duì)遙感、導(dǎo)航、通信等多個(gè)領(lǐng)域航天器姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)總線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行需求分析，可以歸納出總線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通用需求包括9項(xiàng)頂層功能，分別為：閉環(huán)控制數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、部件狀態(tài)遙測(cè)獲取業(yè)務(wù)、部件指令分發(fā)業(yè)務(wù)、部件內(nèi)存管理業(yè)務(wù)、部件程序修改業(yè)務(wù)、部件時(shí)間管理業(yè)務(wù)、部件事件報(bào)告業(yè)務(wù)、控制器重要數(shù)據(jù)保存恢復(fù)業(yè)務(wù)、以及總線管理業(yè)務(wù).

1)閉環(huán)控制數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：控制器完成姿態(tài)閉環(huán)控制計(jì)算用的數(shù)據(jù)包，包括各類(lèi)敏感器數(shù)據(jù)包、執(zhí)行機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)包和執(zhí)行機(jī)構(gòu)指令包，如星敏感器的姿態(tài)信息數(shù)據(jù)包、控制力矩陀螺的框架角速度控制指令包等.

2)部件狀態(tài)遙測(cè)獲取業(yè)務(wù)：控制器獲取各類(lèi)部件的狀態(tài)遙測(cè)數(shù)據(jù)，如星敏感器的狀態(tài)遙測(cè)包等.

3)部件指令分發(fā)業(yè)務(wù)：用于操作部件，包括各部件狀態(tài)設(shè)置指令包.

4)部件內(nèi)存管理業(yè)務(wù)：用于各部件的內(nèi)存修改和內(nèi)存讀出.

5)部件程序修改業(yè)務(wù)：用于對(duì)復(fù)雜單機(jī)如星敏感器的程序進(jìn)行在軌修改.

6)部件時(shí)間管理業(yè)務(wù)：將控制器時(shí)間分發(fā)至各部件.

7)部件事件報(bào)告業(yè)務(wù)：部件將在軌運(yùn)行中的重要或異常事件報(bào)告至控制器.

8)控制器重要數(shù)據(jù)保持恢復(fù)業(yè)務(wù)：為保證姿態(tài)安全，控制器將自身運(yùn)行過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)作為重要數(shù)據(jù)保存在部件，復(fù)位或切機(jī)時(shí)恢復(fù).

9)總線管理業(yè)務(wù)：包括各部件總線同步、RT健康監(jiān)測(cè)以及總線連接測(cè)試.

上述業(yè)務(wù)中閉環(huán)控制業(yè)務(wù)和控制器重要數(shù)據(jù)保存恢復(fù)業(yè)務(wù)為姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)特有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能，其余7項(xiàng)業(yè)務(wù)為航天器共性數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在整星數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛.9類(lèi)通用業(yè)務(wù)涉及到的總線數(shù)據(jù)包和數(shù)據(jù)流向見(jiàn)表3.需要說(shuō)明的是，部件內(nèi)存管理業(yè)務(wù)、部件程序修改業(yè)務(wù)、部件事件報(bào)告業(yè)務(wù)和控制器重要數(shù)據(jù)保持恢復(fù)業(yè)務(wù)為復(fù)雜單機(jī)產(chǎn)品具備的功能，該類(lèi)單機(jī)一般采用TSC695、DSP等高性能處理器，如星敏感器產(chǎn)品、控制力矩陀螺產(chǎn)品等.

表3 總線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)表

2.3 總線數(shù)據(jù)通訊協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)包業(yè)務(wù)需求分析，結(jié)合ECSS星載數(shù)據(jù)系統(tǒng)協(xié)議規(guī)范，將姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)總線數(shù)據(jù)通訊協(xié)議體系結(jié)構(gòu)分為4層，如圖3所示，依次為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用支持層和應(yīng)用層，除物理層外，其余3層應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)總線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和底層協(xié)議良好分離.針對(duì)當(dāng)前各型號(hào)應(yīng)用時(shí)定制的鏈路層協(xié)議和應(yīng)用支持層協(xié)議，引入ECSS標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范.數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議分為基本層和服務(wù)層兩層：在GJB 289A-97(對(duì)應(yīng)美軍標(biāo)MIL-STD-1553B)基本接口協(xié)議基礎(chǔ)上引入面向“服務(wù)”的ECSS總線協(xié)議，直接面向應(yīng)用.應(yīng)用支持層引入ECSS PUS協(xié)議，規(guī)范姿態(tài)軌道控制 系統(tǒng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù).

采用該基于ECSS標(biāo)準(zhǔn)的總線通訊體系結(jié)構(gòu)，航天器姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)內(nèi)部總線通訊實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，并具有良好的可擴(kuò)展性，大大提升了姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)的可集成性.按該協(xié)議實(shí)現(xiàn)的各類(lèi)部件產(chǎn)品既可接入姿態(tài)軌道控制 系統(tǒng)，也可無(wú)縫接入綜合電子體系結(jié)構(gòu)的航天器，實(shí)現(xiàn)了整星數(shù)據(jù)通訊協(xié)議的統(tǒng)一，便于未來(lái)實(shí)現(xiàn)航天器內(nèi)設(shè)備的互連.

圖3 姿態(tài)軌道控制總線通訊協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

3 應(yīng)用支持層協(xié)議設(shè)計(jì)

3.1 各類(lèi)數(shù)據(jù)包業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)

姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)9類(lèi)總線數(shù)據(jù)包業(yè)務(wù)中，控制器重要數(shù)據(jù)管理業(yè)務(wù)、總線管理業(yè)務(wù)以及部件指令分發(fā)業(yè)務(wù)中的參數(shù)指令子業(yè)務(wù)為在ECSS PUS協(xié)議規(guī)范上的自定義擴(kuò)展業(yè)務(wù)，其他業(yè)務(wù)均對(duì)應(yīng)ECSS協(xié)議規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)子業(yè)務(wù).9類(lèi)總線數(shù)據(jù)包業(yè)務(wù)與PUS業(yè)務(wù)的對(duì)應(yīng)表見(jiàn)表4，表中子業(yè)務(wù)編號(hào)(X，Y)對(duì)應(yīng)PUS協(xié)議規(guī)范，X為業(yè)務(wù)編號(hào)，Y為子業(yè)務(wù)編號(hào).

表4 姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)總線數(shù)據(jù)包業(yè)務(wù)與PUS業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)表

3.2 數(shù)據(jù)包格式設(shè)計(jì)

根據(jù)姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)內(nèi)部1553B總線上9類(lèi)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包特點(diǎn)，按照PUS包格式標(biāo)準(zhǔn)[6]和 CCSDS空間包標(biāo)準(zhǔn)[12]，兼顧實(shí)用、可靠和可擴(kuò)展性，將姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)遙測(cè)數(shù)據(jù)包和遙控?cái)?shù)據(jù)包格式統(tǒng)一定義為圖4所示，由包主導(dǎo)頭+包數(shù)據(jù)域兩部分組成.其中：包主導(dǎo)頭結(jié)構(gòu)與CCSDSS標(biāo)準(zhǔn)一致，為6字節(jié)包頭，通過(guò)應(yīng)用進(jìn)程標(biāo)識(shí)符APID定義姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)具體業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包，APID由部件RT(5bit)+包標(biāo)識(shí)符(6bit)組成；數(shù)據(jù)域副導(dǎo)頭按PUS標(biāo)準(zhǔn)定義，由業(yè)務(wù)類(lèi)型+業(yè)務(wù)子類(lèi)型2字節(jié)組成；數(shù)據(jù)域結(jié)構(gòu)包括2字節(jié)的包差錯(cuò)控制域，用于包數(shù)據(jù)校驗(yàn)，采用ISO 8473-1:1998校驗(yàn)算法，確保總線數(shù)據(jù)可靠應(yīng)用.

該數(shù)據(jù)包格式定義的優(yōu)勢(shì)如下：

(1)標(biāo)準(zhǔn)化程度高.符合CCSDS空間包標(biāo)準(zhǔn)和PUS標(biāo)準(zhǔn)；

(2)傳輸效率高.通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的可選部分根據(jù)姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行定義，數(shù)據(jù)域副導(dǎo)頭只保留PUS要求必須存在的業(yè)務(wù)類(lèi)型和業(yè)務(wù)子類(lèi)型，減少副導(dǎo)頭字節(jié)數(shù)，確保各數(shù)據(jù)包包頭字節(jié)數(shù)少，傳輸高效；

(3)可靠性高.遙測(cè)包和遙控包均定義標(biāo)準(zhǔn)算法的差錯(cuò)控制域，確?？刂破骱筒糠挚煽繎?yīng)用總線數(shù)據(jù)；

(4)可擴(kuò)展性好.通過(guò)定義APID字段，可接入姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)不同的部件RT，自定義業(yè)務(wù)類(lèi)型，可擴(kuò)展姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)新的業(yè)務(wù)需求.

圖4 姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)遙測(cè)包和遙控包包格式

4 鏈路服務(wù)層協(xié)議設(shè)計(jì)

4.1 各類(lèi)數(shù)據(jù)包服務(wù)應(yīng)用

姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)控制器核心功能為“在設(shè)計(jì)的控制周期(如125 ms)內(nèi)完成姿態(tài)、軌道計(jì)算和控制任務(wù)”，具有高實(shí)時(shí)性和可靠性特點(diǎn)，總線數(shù)據(jù)通訊作為實(shí)現(xiàn)該任務(wù)的功能模塊，各類(lèi)總線數(shù)據(jù)包需要根據(jù)ECSS-E-ST-50-13C協(xié)議5類(lèi)服務(wù)的特點(diǎn)開(kāi)展針對(duì)性設(shè)計(jì).采用如下原則設(shè)計(jì)各數(shù)據(jù)包總線協(xié)議對(duì)應(yīng)的服務(wù)：

1)對(duì)于嚴(yán)格時(shí)序且實(shí)時(shí)性要求高的數(shù)據(jù)包，如閉環(huán)控制計(jì)算用的敏感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)遙測(cè)包等，采用簡(jiǎn)單高效的取數(shù)/置數(shù)服務(wù)協(xié)議；

2)復(fù)雜單機(jī)產(chǎn)品具有的部件內(nèi)存管理業(yè)務(wù)、部件程序修改業(yè)務(wù)、部件事件報(bào)告業(yè)務(wù)和控制器重要數(shù)據(jù)保持恢復(fù)業(yè)務(wù)，為突發(fā)或慢周期的數(shù)據(jù)量較大(大于32字)的數(shù)據(jù)包，采用通用性好的數(shù)據(jù)塊傳輸服務(wù)協(xié)議；

3)對(duì)于部件狀態(tài)遙測(cè)獲取業(yè)務(wù)和指令分發(fā)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包，為兼容簡(jiǎn)單單機(jī)產(chǎn)品(如紅外地球敏感器)和復(fù)雜單機(jī)，采用實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單的取數(shù)/置數(shù)服務(wù)協(xié)議；

4)總線管理業(yè)務(wù)中的同步數(shù)據(jù)包采用總線同步服務(wù)、監(jiān)視數(shù)據(jù)包采用總線管理服務(wù).

根據(jù)上述原則，姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)內(nèi)部總線數(shù)據(jù)包應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議服務(wù)如表5.

續(xù)表

4.2 各類(lèi)服務(wù)消息設(shè)計(jì)

ECSS 1553B標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議應(yīng)用于姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)內(nèi)部總線通訊時(shí)，需要結(jié)合控制器和各部件任務(wù)特點(diǎn)，對(duì)各項(xiàng)服務(wù)開(kāi)展如下具體設(shè)計(jì)：

1)通信同步服務(wù)的通信幀周期設(shè)置時(shí)，保持與控制器完成姿態(tài)軌道控制任務(wù)設(shè)計(jì)的控制周期一致，用于BC與RT的通信同步，保證了通訊的實(shí)時(shí)性.通信同步消息數(shù)據(jù)格式與標(biāo)準(zhǔn)一致，采用帶數(shù)據(jù)字的方式命令進(jìn)行同步(方式代碼17)，數(shù)據(jù)字為通訊幀號(hào).

2)簡(jiǎn)化時(shí)間服務(wù)協(xié)議，采用“一步方式”，即僅發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的時(shí)間消息而不發(fā)送時(shí)間同步消息，時(shí)間周期設(shè)置為控制周期的N倍，一般取1 s，一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)的通信同步消息總幀數(shù)為1 s內(nèi)控制周期個(gè)數(shù).

3)取數(shù)/置數(shù)服務(wù)的消息數(shù)據(jù)字?jǐn)?shù)要求不大于32字，確保各部件RT實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單.

4)數(shù)據(jù)塊傳輸服務(wù)應(yīng)用時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)定義的高效率QoS塊分發(fā)業(yè)務(wù)，對(duì)于數(shù)據(jù)正確性的檢驗(yàn)需由RT端服務(wù)用戶(hù)通過(guò)上層措施保證，保證總線數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性.子地址采用“Flat”子地址方案，不同的子地址用于傳輸數(shù)據(jù)塊的不同段，從子地址11開(kāi)始，數(shù)據(jù)塊最大傳輸長(zhǎng)度為1024字節(jié).

5)終端管理服務(wù)中的RT健康及監(jiān)測(cè)服務(wù)、數(shù)據(jù)卷繞服務(wù)保持與標(biāo)準(zhǔn)一致，其中RT健康及監(jiān)測(cè)服務(wù)各終端僅實(shí)現(xiàn)RT健康數(shù)據(jù)報(bào)告功能.

4.3 終端RT子地址設(shè)計(jì)

姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)部件RT子地址設(shè)計(jì)如表6所示，各部件RT端子地址設(shè)計(jì)時(shí)，ECSS-E-ST-50-13C協(xié)議要求的子地址保持與標(biāo)準(zhǔn)一致，對(duì)于采用取數(shù)/置數(shù)服務(wù)的數(shù)據(jù)包，規(guī)定子地址2～6為閉環(huán)控制計(jì)算用到的數(shù)據(jù)包，子地址7～10為其它數(shù)據(jù)包，可以滿(mǎn)足姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)各類(lèi)單機(jī)RT子地址配置要求.

表6 終端RT子地址配置表

5 應(yīng)用情況

某敏捷機(jī)動(dòng)遙感衛(wèi)星姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)采用二級(jí)1553B總線架構(gòu)，外部1553B總線與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)通訊，內(nèi)部1553B總線用于控制計(jì)算機(jī)與各部件RT通訊，姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)內(nèi)共有25個(gè)部件RT，涵蓋了紅外敏感器、陀螺、星敏感器、控制力矩陀螺和驅(qū)動(dòng)控制單元產(chǎn)品.

該項(xiàng)目初期在外部1553B協(xié)議上應(yīng)用了ECSS PUS和1553B總線標(biāo)準(zhǔn)，獲得了良好的應(yīng)用效果.在此基礎(chǔ)上，將外總線上的應(yīng)用成果按本文提出的協(xié)議在姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行了初步移植和測(cè)試驗(yàn)證，結(jié)果表明：該協(xié)議能滿(mǎn)足姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)完成姿態(tài)與軌道控制功能要求的內(nèi)部BC與RT之間通訊協(xié)議要求，協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化程度、可集成性和可擴(kuò)展性大大提高，與外部1553B數(shù)據(jù)總線通訊協(xié)議做到了無(wú)縫銜接.

6 結(jié) 論

國(guó)內(nèi)姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)內(nèi)1553B數(shù)據(jù)總線上層協(xié)議未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的弊端日益凸顯，制約姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)的快速發(fā)展.本文設(shè)計(jì)的姿態(tài)軌道控制內(nèi)1553B總線數(shù)據(jù)協(xié)議，基于ECSS標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了總線數(shù)據(jù)包業(yè)務(wù)，統(tǒng)一了數(shù)據(jù)應(yīng)用支持層和數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)層協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)內(nèi)1553B總線數(shù)據(jù)協(xié)議國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化，提升了姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)可集成性、可擴(kuò)展性和星載設(shè)備的通用化，并為后續(xù)融入整星綜合電子系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)，顯著提高了姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)研制效益.