本發(fā)明涉及深空航天器遙測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及深空航天器在超低碼率下的遙測(cè)數(shù)據(jù)傳輸方法，尤其是一種深空航天器在低碼率下快速、可靠傳輸遙測(cè)包的技術(shù)方案。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有技術(shù)中，航天器遙測(cè)包設(shè)計(jì)一般采用2048字節(jié)或4096字節(jié)固定長(zhǎng)度，在深空航天器低碼率發(fā)送模式下遙測(cè)包的發(fā)送時(shí)間較長(zhǎng)，且地面接收和處理所需時(shí)間較長(zhǎng)，不利于快速判斷航天器的運(yùn)行狀態(tài)；同時(shí)由于接收時(shí)間長(zhǎng)，地面站需要長(zhǎng)時(shí)間保障對(duì)航天器微弱信號(hào)的穩(wěn)定接收，增加了地面接收設(shè)備的技術(shù)難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種深空航天器低碼率下遙測(cè)方法。本發(fā)明目的是優(yōu)化深空航天器的遙測(cè)包設(shè)計(jì)，縮短遙測(cè)包的長(zhǎng)度，滿足深空航天器在低碼率下快速發(fā)送遙測(cè)數(shù)據(jù)的要求，縮短了地面站接收和處理遙測(cè)包的時(shí)間。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用一種新的設(shè)計(jì)技術(shù)，將深空航天器的遙測(cè)包進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在滿足CCSDS標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，重新設(shè)計(jì)了遙測(cè)數(shù)據(jù)域的內(nèi)部各幀，大幅度縮短了遙測(cè)包的長(zhǎng)度，可在8bps超低碼率下，快速發(fā)送和接收遙測(cè)數(shù)據(jù)，比傳統(tǒng)遙測(cè)數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)間縮短32倍以上。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種深空航天器低碼率下遙測(cè)方法，包括利用遙測(cè)包傳輸遙測(cè)數(shù)據(jù)，所述遙測(cè)包具體為：

遙測(cè)包由幀頭、數(shù)據(jù)域、RS校驗(yàn)位構(gòu)成；

幀頭包括同步序列、版本號(hào)、航天器標(biāo)識(shí)符、虛擬信道識(shí)別；

數(shù)據(jù)域包括固定遙測(cè)幀、循環(huán)計(jì)數(shù)幀以及奇偶校驗(yàn)位幀。

優(yōu)選地，遙測(cè)包的數(shù)據(jù)域長(zhǎng)度為固定的50字節(jié)；

固定遙測(cè)幀傳送航天器的重要遙測(cè)信息，重要遙測(cè)信息包括幀計(jì)數(shù)器、星上時(shí)鐘、電源參數(shù)、軟件狀態(tài)、姿態(tài)參數(shù)這些重要參數(shù)；

循環(huán)記數(shù)遙測(cè)幀傳送航天器的非重要遙測(cè)信息，并由幀記數(shù)器來識(shí)別不同的遙測(cè)幀；

奇偶校驗(yàn)幀根據(jù)需要對(duì)數(shù)據(jù)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)。

優(yōu)選地，同步序列：8bit×4長(zhǎng)度；

版本號(hào)：2bits長(zhǎng)度，用來標(biāo)示：航天器方案階段設(shè)計(jì)版本、航天器初樣階段設(shè)計(jì)版本、表示航天器正樣階段設(shè)計(jì)版本以及航天器定型后系列設(shè)計(jì)版本；

虛擬信道識(shí)別：6bits長(zhǎng)度：用于標(biāo)識(shí)多個(gè)虛擬信道；

固定遙測(cè)幀：8bit×20長(zhǎng)度；

幀計(jì)數(shù)器：16bits長(zhǎng)度，循環(huán)計(jì)算，用于區(qū)別不同遙測(cè)包；

星上時(shí)鐘：48bits長(zhǎng)度，第一個(gè)8bit的高4位標(biāo)識(shí)年，低4位標(biāo)識(shí)月，第2個(gè)8bit標(biāo)識(shí)日，第3個(gè)8bit標(biāo)識(shí)小時(shí)值，第4個(gè)8bit標(biāo)識(shí)分鐘值，第5、第6個(gè)8bit連續(xù)計(jì)算，標(biāo)識(shí)毫秒值；

電源參數(shù)：24bits長(zhǎng)度，每8bit為一個(gè)字節(jié)，共分為3個(gè)字節(jié)，分別代表航天器母線電壓、母線電流、蓄電池電壓參數(shù)；

軟件狀態(tài)：8bits長(zhǎng)度，表示航天器軟件處于的不同工作狀態(tài)；

姿態(tài)參數(shù)：64bits長(zhǎng)度，每8bit為一個(gè)字節(jié)，共分為8個(gè)字節(jié)，每2個(gè)字節(jié)代表一個(gè)姿態(tài)參數(shù)，分別代表航天器4個(gè)方向的陀螺狀態(tài)；

循環(huán)記數(shù)幀：8bit×29長(zhǎng)度，按8bit代表一個(gè)遙測(cè)參數(shù)；

奇偶校驗(yàn)幀：8bit長(zhǎng)度，根據(jù)需要對(duì)數(shù)據(jù)域內(nèi)奇偶校驗(yàn)幀前的數(shù)據(jù)進(jìn)行奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明解決了深空航天器在超遠(yuǎn)距離，超低遙測(cè)碼率下，微弱遙測(cè)信號(hào)下，長(zhǎng)遙測(cè)包接收處理時(shí)間長(zhǎng)，容易產(chǎn)生中斷，導(dǎo)致遙測(cè)丟失的問題。提出了適合在超低碼率下使用的遙測(cè)包設(shè)計(jì)，滿足了深空超遠(yuǎn)距離低碼率模式下可靠傳輸航天器重要遙測(cè)信息的要求。

本發(fā)明主要是設(shè)計(jì)了短幀格式的遙測(cè)包，在低遙測(cè)碼率下，可快速可靠的發(fā)送航天器的重要遙測(cè)信息。本發(fā)明對(duì)深空航天器的遙測(cè)包格式進(jìn)行改進(jìn)，在滿足CCSDS標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采取了較短長(zhǎng)度的遙測(cè)包設(shè)計(jì)方法，滿足了在超低碼率下遙測(cè)包的快速發(fā)送和接收處理要求。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明兼容CCSDS遙測(cè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，改進(jìn)了遙測(cè)包內(nèi)部格式設(shè)計(jì)，使遙測(cè)包長(zhǎng)度從2048字節(jié)縮短到64字節(jié)，在深空航天器以8bps低碼率下傳送遙測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，接收一幀遙測(cè)包的時(shí)間從2048秒縮短到64秒，時(shí)間縮短32倍，可快速傳送航天器重要遙測(cè)數(shù)據(jù)，是一種保證深空航天器遙測(cè)信號(hào)可靠傳輸?shù)募夹g(shù)。

每個(gè)遙測(cè)包格式均符合CCSDS標(biāo)準(zhǔn)，幀頭采用國(guó)際推薦標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，包括同步序列、版本號(hào)、航天器標(biāo)識(shí)符、虛擬信道，可適用于各種深空航天器的遙測(cè)包發(fā)送和接收。

每個(gè)遙測(cè)包的數(shù)據(jù)域長(zhǎng)度為固定50字節(jié)，包括了固定遙測(cè)幀、循環(huán)記數(shù)遙測(cè)幀和奇偶校驗(yàn)幀。

每個(gè)遙測(cè)數(shù)據(jù)包中的固定遙測(cè)幀傳送航天器重要遙測(cè)信息，包括了星上時(shí)鐘、電源、軟件狀態(tài)、航天器姿態(tài)等重要參數(shù)；循環(huán)記數(shù)遙測(cè)傳送航天器其他遙測(cè)信息，并由幀記數(shù)器來識(shí)別不同的遙測(cè)幀；奇偶校驗(yàn)幀可根據(jù)需要對(duì)數(shù)據(jù)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)。

每個(gè)遙測(cè)包設(shè)計(jì)有RS校驗(yàn)幀，可對(duì)遙測(cè)包進(jìn)行RS編碼工作，是遙測(cè)包具有一定的糾錯(cuò)能力。

表1為應(yīng)用本發(fā)明的遙測(cè)包設(shè)計(jì)方案。

表1

遙測(cè)包格式采用CCSDS AOS推薦的信道訪問數(shù)據(jù)單元格式，對(duì)遙測(cè)包各部分的設(shè)計(jì)說明如下：

同步序列：8bit×4長(zhǎng)度，采用國(guó)際通用建議標(biāo)準(zhǔn)，定義為0x1ACFFC1D；

版本號(hào)：2bits長(zhǎng)度，“00”，表示航天器方案階段設(shè)計(jì)版本；“01”，表示航天器初樣階段設(shè)計(jì)版本；“10”，表示航天器正樣階段設(shè)計(jì)版本，“11”，表示航天器定型后系列設(shè)計(jì)版本；

虛擬信道識(shí)別：6bits長(zhǎng)度：最多可標(biāo)識(shí)64個(gè)虛擬信道；

數(shù)據(jù)單元區(qū)(即數(shù)據(jù)域)：是有效的用戶數(shù)據(jù)，長(zhǎng)度為50字節(jié)(8bit×50)，是航天器遙測(cè)包中的有效數(shù)據(jù)，包括固定遙測(cè)幀、循環(huán)記數(shù)幀和奇偶校驗(yàn)幀，具體如下；

(1)固定遙測(cè)幀：8bit×20長(zhǎng)度，包括航天器最重要的遙測(cè)信息，每個(gè)遙測(cè)包均發(fā)送一次，主要由幀計(jì)數(shù)器、星上時(shí)鐘、電源參數(shù)、軟件參數(shù)、姿態(tài)參數(shù)組成；

幀計(jì)數(shù)器：16bits長(zhǎng)度，循環(huán)計(jì)算，最多可有65536個(gè)不同遙測(cè)幀號(hào)，用于區(qū)別不同遙測(cè)包；

星上時(shí)鐘：48bits長(zhǎng)度，第一個(gè)8bit的高4位標(biāo)識(shí)年，低4位標(biāo)識(shí)月，第2個(gè)8bit標(biāo)識(shí)日，第3個(gè)8bit標(biāo)識(shí)小時(shí)值，第4個(gè)8bit標(biāo)識(shí)分鐘值，第5、第6個(gè)8bit連續(xù)計(jì)算，標(biāo)識(shí)毫秒值，最長(zhǎng)可標(biāo)識(shí)16年；

電源參數(shù)：24bits長(zhǎng)度，每8bit為一個(gè)字節(jié)，共分為3個(gè)字節(jié)，分別代表航天器母線電壓、母線電流、蓄電池電壓參數(shù)；

軟件狀態(tài)：8bits長(zhǎng)度，表示航天器軟件處于的不同工作狀態(tài)，最多可標(biāo)識(shí)256種模式；

姿態(tài)參數(shù)：64bits長(zhǎng)度，每8bit為一個(gè)字節(jié)，共分為8個(gè)字節(jié)，每2個(gè)字節(jié)代表一個(gè)姿態(tài)參數(shù)，分別代表航天器4個(gè)方向的陀螺狀態(tài)；

(2)循環(huán)記數(shù)幀：8bit×29長(zhǎng)度，代表航天器其他剩余的遙測(cè)參數(shù)，由數(shù)據(jù)域幀計(jì)數(shù)器進(jìn)行區(qū)別，按常規(guī)8bit代表一個(gè)遙測(cè)參數(shù)，一次可傳29個(gè)遙測(cè)參數(shù)，最多可標(biāo)識(shí)190萬個(gè)不同的遙測(cè)參數(shù)，可滿足航天器遙測(cè)參數(shù)要求；

(3)奇偶校驗(yàn)幀：8bit長(zhǎng)度，可根據(jù)需要對(duì)數(shù)據(jù)域內(nèi)校驗(yàn)幀前的數(shù)據(jù)進(jìn)行奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)，校驗(yàn)內(nèi)容見表2；

表2

RS校驗(yàn)幀：64bits長(zhǎng)度，可對(duì)RS校驗(yàn)幀前的遙測(cè)包數(shù)據(jù)進(jìn)行RS校驗(yàn)，RS校驗(yàn)時(shí)去除同步序列數(shù)據(jù)，并填充24bit(3個(gè)字節(jié))長(zhǎng)度的“00”，校驗(yàn)內(nèi)容見表3。

表3

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例和實(shí)施例中的特征可以任意相互組合。