基于數(shù)據(jù)包的航天器數(shù)管模擬器軟件設計
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2 軟件機制
2．1 數(shù)據(jù)包
隨著航天技術的發(fā)展，航天器上下行數(shù)據(jù)的信息量急劇增大，種類繁多復雜，各種信息的特點和對傳輸?shù)囊蟛町惔?，信源已?jīng)不是單點信息字，而是經(jīng)過處理的信息集合，同時多用戶信源的信息需要通過同一物理信道傳輸。傳統(tǒng)的PCM測控傳輸幀已很難適應這些變化。
數(shù)據(jù)包是由星上信源(分系統(tǒng)或設備)的一個應用過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包，它包含了一組觀測數(shù)據(jù)及相應的輔助數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包概念的本質(zhì)是航天器內(nèi)運行的多個應用系統(tǒng)創(chuàng)建各自的單元數(shù)據(jù)，允許航天器上各數(shù)據(jù)系統(tǒng)通過空地通信信道傳輸這些數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)包由航天器內(nèi)的應用系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)處理需要產(chǎn)生，間隔和長度固定或者可變，數(shù)據(jù)包允許各個應用系統(tǒng)優(yōu)化它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和長度，這樣每個數(shù)據(jù)源就可以獨立于其他數(shù)據(jù)源定義與自身相適應數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。除了標識數(shù)據(jù)源和包特征的包頭外，數(shù)據(jù)內(nèi)容完全由航天器上各個應用系統(tǒng)決定。
同傳統(tǒng)的傳輸幀格式比較，基于數(shù)據(jù)包的傳輸幀包含有應用系統(tǒng)及數(shù)據(jù)路由信息，數(shù)據(jù)裝配能力強，數(shù)據(jù)傳輸靈活，采樣時間間隔可以不固定。這樣就對航天器和地面設備之間的數(shù)據(jù)通信帶來了很大的方便。
2．2 數(shù)據(jù)處理分層體制
現(xiàn)代數(shù)據(jù)系統(tǒng)主要面向數(shù)據(jù)包信源信宿，用戶可以按照“需求驅(qū)動”的原則自主轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)包格式和內(nèi)容，使用分層數(shù)據(jù)處理的方法，為用戶提供更高的靈活性。
數(shù)管模擬器使用分層數(shù)據(jù)處理體制可以利用數(shù)據(jù)包，將復雜的航天器控制過程簡化為由各層一系列簡單的標準操作同等實現(xiàn)，層與層之間按照一定的協(xié)議有標準的數(shù)據(jù)格式接口，其層次模型可以用圖3說明。本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/186899.htm
應用過程層主要完成星上設備數(shù)據(jù)的管理和分發(fā)功能，這個層中不同應用過程構(gòu)成一個系統(tǒng)，分別對應管理星上某一個任務，對應于與模擬器對接的各個星上設備數(shù)據(jù)的產(chǎn)生與接收。
分包層的業(yè)務是提供星上設備和數(shù)管模擬器之間端對端的用戶應用數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)下傳時，分包層接收應用過程層經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換后的具體數(shù)據(jù)流，將它封裝在標準的交換數(shù)據(jù)格式中，依靠分段層支持，完成數(shù)據(jù)下傳功能。數(shù)據(jù)上傳時，分包層將分段層發(fā)送過來的數(shù)據(jù)解析，并以數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送給應用過程層。
分段層完成數(shù)管模擬器與地面總控設備的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)下傳時，提供的業(yè)務是單向的。數(shù)據(jù)上傳時，分段層接收地面總控設備信息，并將數(shù)據(jù)解析后以數(shù)據(jù)包發(fā)送給不同的星上設備。
信道業(yè)務層是數(shù)管模擬器和地面總控設備通信的物理鏈路，本模擬器使用RS422總線通信，通信速率為115．2kb／s。
3 軟件實現(xiàn)
3．1 上下行通道數(shù)據(jù)幀
在新一代航天器應用中不同的應用程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)源包可能是不同的發(fā)生率和包長度，這些源包是自主發(fā)生的，源包之間是異步的。數(shù)管模擬器需要接收組織這些數(shù)據(jù)包，并在分段層內(nèi)完成下行數(shù)據(jù)幀的組織發(fā)送，參見CCSDS遙測數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議建議，設計下行數(shù)據(jù)幀格式如圖4所示。
下行數(shù)據(jù)幀長度固定，共有768個字節(jié)。頭兩個字節(jié)為數(shù)據(jù)幀的幀同步字，占用兩個字節(jié)，用于完成相鄰幀的區(qū)分；星上時間共占用了6個字節(jié)的長度：第768個字節(jié)為幀計數(shù)，大小為0～255：第9個字節(jié)到第767個字節(jié)存放源包數(shù)據(jù)，如果源包數(shù)據(jù)小于767個字節(jié)，將下行數(shù)據(jù)幀中的多余部分填充為0。數(shù)據(jù)域中的數(shù)據(jù)包可以是遙測采集數(shù)據(jù)包、GNC數(shù)字量遙測數(shù)據(jù)包、下卸內(nèi)存包等。
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