阅读说明：本技术 卫星载荷数据接收监测和自主复位装置及方法 (Satellite load data receiving monitoring and autonomous resetting device and method ) 是由 杨帅 扈宗鑫 李侃 王民建 蒋应富 崔国刚 黄小虎 陈占胜 于 2020-06-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种卫星载荷数据接收监测和自主复位装置及方法,包括第一级缓存器、组帧格式化单元、第二级缓存器以及监测和复位判断单元；载荷输入原始数据调度进入第一级缓存器进行缓存,通过组帧格式化单元对原始数据进行组帧处理后由第二级缓存器对组帧数据进行缓存,并由监测和复位判断单元对第二级缓存器缓存的数据进行监测和判断后执行对第二级缓存器进行复位操作或执行第二级缓存器将数据发送至后端编码和调制单元,本发明通过对载荷输入数据监测能够在输入速率出现异常后,及时进行复位操作,从而具备在异常工作状态恢复正常的能力,提高了基带处理设备的可靠性,具有工程实现简单、在轨应用灵活的优点。(The invention provides a satellite load data receiving monitoring and autonomous resetting device and a method thereof, comprising a first-stage buffer, a framing formatting unit, a second-stage buffer and a monitoring and resetting judging unit; load input original data are scheduled to enter a first-level buffer for buffering, original data are subjected to framing processing through a framing formatting unit, then framing data are buffered through a second-level buffer, monitoring and resetting judgment units monitor and judge the data buffered by the second-level buffer, and then resetting operation is carried out on the second-level buffer or the second-level buffer is executed to send the data to a rear-end coding and modulating unit.)

卫星载荷数据接收监测和自主复位装置及方法

技术领域

本发明涉及卫星数据传输领域，具体地，涉及一种卫星载荷数据接收监测和自主复位装置及方法。

背景技术

卫星数据传输系统基带处理设备的主要功能是对卫星有效载荷设备获取的数据进行复接、格式化、存储、编码、加扰等处理。数据接收缓存及组帧模块是基带处理设备的核心部分，主要完成各类载荷数据的接收、复接和组帧处理。在以往的数传系统基带处理设备设计中，为了保证将载荷数据正确、可靠传输至地面，数据接收缓存及组帧模块设计的调度速率大于载荷数据输入总速率。但是在载荷设备异常工作时，其输出数据速率会短时超过数传系统设计的调度能力，在这种情况下数据接收缓存及组帧模块会工作于异常状态，输出不完整数据帧或错误数据帧，导致地面站接收数据异常。当载荷设备输出数据速率恢复正常时，由于数据接收缓存及组帧模块无法进行载荷输入速率的监测和自主复位，不具有从异常工作状态恢复正常的能力。

在卫星数据传输领域，根据已检索的专利，该领域研究人员针对单机如何从异常工作状态恢复到正常工作状态已提出多种方法，例如，专利文献CN104572330B公开了一种敏捷卫星星务中心计算机在轨复位或切机自主恢复方法，该发明实现了星务计算机在异常复位后，通过在轨读取第三方模块数据实现恢复星务计算机、整星的状态和任务数据，并自主判读复位后应执行的任务。该发明主要解决了单机异常复位后自主恢复正常工作的能力，但不能解决本发明提出的载荷输入速率超过设计速率的问题。

再例如，专利文献CN103051310B公开了一种用于星载高速调制器编码FPGA中的DCM自动复位方法，该发明实现了调制器编码FPGA的DCM模块在输入信号异常时，自动进行判断并进行复位。该发明主要解决了输入时钟抖动或频率变化导致DCM锁定异常的问题，但不能解决本发明提出的载荷输入速率超过设计速率的问题。

又例如，专利文献CN102710396B公开了一种卫星载荷数据重传设计方法，该发明实现了载荷数据受到干扰异常中断后，自动进行重传的功能。但不能解决本发明提出的载荷输入速率超过设计速率的问题。

因此，目前尚无解决载荷输入速率超过设计速率导致单机异常问题的解决方法。针对该异常情况的解决方案只有一种，即地面站发现接收异常时，通过上注指令进行故障恢复。该方案的缺点是操作延迟大，会导致整个任务期间载荷数据接收异常，可能造成重要任务数据的缺失。

针对这一情况，卫星数据传输系统基带处理设备有必要考虑设计载荷输入速率的监测和自主复位的处理方法及装置，提高系统的可靠性，确保载荷数据的星地完整、可靠传输。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种卫星载荷数据接收监测和自主复位装置及方法。

根据本发明提供的一种卫星载荷数据接收监测和自主复位装置，包括第一级缓存器、组帧格式化单元、第二级缓存器以及监测和复位判断单元；

所述第一级缓存器位于组帧格式化单元的一侧并与组帧格式化单元相连接；所述第二级缓存器位于组帧格式化单元的另一侧且与组帧格式化单元相连接，其中，所述第二级缓存器还分别与监测和复位判断单元、编码和调制单元相连。

优选地，所述第一级缓存器的数量为多个；

所述多个第一级缓存器并列布置且分别与组帧格式化单元电连接。

根据本发明提供的一种卫星载荷数据接收监测和自主复位的方法，包括如下步骤：

S1：载荷输入原始数据调度进入第一级缓存器进行缓存；

S2：通过组帧格式化单元对原始数据进行组帧处理输出组帧数据；

S3：第二级缓存器对组帧数据进行缓存；

S4：监测和复位判断单元对第二级缓存器缓存的数据进行监测和判断；

S5：对第二级缓存器进行复位操作，复位后执行S2；

S6：第二级缓存器将数据发送至后端编码和调制单元。

优选地，所述第一级缓存器的调度速率为2.88Gbps、存储空间大小为2048Byte。

优选地，当第一级缓存器中的数据区到达868Byte后即读出并输送至组帧格式化单元进行组帧处理。

优选地，所述组帧处理为对原始数据添加组帧信息，所述组帧信息包括同步头、版本号、虚拟信道数据单元识别、虚拟信道数据单元计数、标志域、加密区以及编码校验区；

其中：所述同步头用于星地之间载荷数据帧同步；

所述虚拟信道数据单元识别用于标识卫星以及接收载荷数据的种类；

所述虚拟信道数据单元计数用于每种载荷数据总数的顺序计数；

所述标志域用于标识数据回放或未回放；

所述加密区用于存放数据加密参数；

所述编码校验区用于存放数据编码校验位。

优选地，所述组帧处理后1帧数据大小为1024Byte大小。

优选地，所述第二级缓存器对组帧数据进行缓存时组帧数据大小设置为32×1024Byte，第二级缓存器调度速率为360Mbps。

优选地，实现所述步骤四时若所存数据量大于或等于设定阈值时，则执行步骤五，若所存数据量小于设定阈值时，则执行步骤六。

优选地，所述设定阈值为31×1024Byte。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过对载荷输入数据进行监测能够在输入速率出现异常后，数据接收缓存、组帧模块能自动对接收缓存进行复位操作，从而具备不需地面干预的情况下由异常工作状态恢复正常的能力，提高了基带处理设备的可靠性。

2、本发明设计方法合理、可靠，具有工程实现简单、在轨应用灵活的优点，为未来卫星载荷数据接收和处理设计提供了参考和依据，实用性强。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明卫星载荷数据接收监测和自动复位装置的结构示意图；

图2为本发明卫星载荷数据接收监测和自动复位的方法流程图；

图3为本发明组帧格式化示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种卫星载荷数据接收监测和自主复位装置，如图1所示，包括第一级缓存器、组帧格式化单元、第二级缓存器以及监测和复位判断单元；所述第一级缓存器位于组帧格式化单元的一侧并与组帧格式化单元相连接；所述第二级缓存器位于组帧格式化单元的另一侧且与组帧格式化单元相连接，其中，所述第二级缓存器还分别与监测和复位判断单元、编码和调制单元相连。

具体地，如图1所示，所述第一级缓存器的数量为多个，所述多个第一级缓存器并列布置且分别与组帧格式化单元电连接，在一个优选例中，如图1所示，第一级缓存器的数量为8个，包括第一级缓存器1、第一级缓存器2、第一级缓存器3、第一级缓存器4、第一级缓存器5、第一级缓存器6、第一级缓存器7以及第一级缓存器8，8个第一级缓存器都位于组帧格式化单元的左侧且都与组帧格式化单元电连接，第二级缓存器位于组帧格式化单元的右侧且与组帧格式化单元相连，监测和复位判断单元位于第二级缓存器的下方且与第二级缓存器相连，第二级缓存器的右侧与编码和调制单元相连。

进一步地，所述第一级缓存器1，完成输入载荷数据1的缓存，当存满缓存设计要求的字节数后，将数据发送至所述组帧格式化单元；所述第一级缓存器2，完成输入载荷数据2的缓存，当存满缓存设计要求的字节数后，将数据发送至所述组帧格式化单元；所述第一级缓存器3，完成输入载荷数据3的缓存，当存满缓存设计要求的字节数后，将数据发送至所述组帧格式化单元；所述第一级缓存器4，完成输入载荷数据4的缓存，当存满缓存设计要求的字节数后，将数据发送至所述组帧格式化单元；所述第一级缓存器5，完成输入载荷数据5的缓存，当存满缓存设计要求的字节数后，将数据发送至所述组帧格式化单元；所述第一级缓存器6，完成输入载荷数据6的缓存，当存满缓存设计要求的字节数后，将数据发送至所述组帧格式化单元；所述第一级缓存器7，完成输入载荷数据7的缓存，当存满缓存设计要求的字节数后，将数据发送至所述组帧格式化单元；所述第一级缓存器8，完成输入载荷数据8的缓存，当存满缓存设计要求的字节数后，将数据发送至所述组帧格式化单元；

具体地，所述组帧格式化单元按照CCSDS标准建议的数据格式对8个第一级缓存器输入的载荷数据进行相应的格式编排，如图3所示，当第一级缓存器中的数据区数据到达6944bit即868Byte时读出并输送至组帧格式化单元进行组帧处理，在一个优选例中，还包括在组帧格式化单元添加组帧信息，包括同步头32bit，版本号2bit，虚拟信道数据单元识别14bit，虚拟信道数据单元计数24bit，标志域8bit，加密区128bit，备用区16bit，编码校验区128bit。

进一步地，并将格式化后数据输入所述第二级缓存器；所述第二级缓存器完成所有格式化后载荷数据的缓存，当存满缓存设计要求的字节数后，将数据发送至后端编码和调制设备。

更进一步地，所述监测和复位判断单元，对所述第二级缓存器中数据大小进行监测和判断，若超过设计要求，则对所述第二级缓存器进行复位，直到所述第二级缓存器数据大小符合设计要求。

本发明中卫星载荷数据接收监测和自主复位的原理如下：

首先，载荷输入原始数据进入第一级缓存器；其中，第一级缓存器的调度速率为2.88Gbps、存储空间大小为2048Byte(字节)，当第一级缓存器中的数据区到达868Byte后即读出并输送至组帧格式化单元进行组帧处理；所述组帧处理为对原始数据添加组帧信息，所述组帧信息包括同步头、版本号、虚拟信道数据单元识别、虚拟信道数据单元计数、标志域、加密区以及编码校验区；其中所述同步头用于星地之间载荷数据帧同步，所述版本号用于标识版本2CCSDS结构，所述虚拟信道数据单元识别用于标识卫星以及接收载荷数据的种类，所述虚拟信道数据单元计数用于每种载荷数据总数的顺序计数，所述标志域用于标识数据回放或未回放，所述加密区用于存放数据加密参数，所述编码校验区用于存放数据编码校验位。

如图3所示；组帧处理后1帧数据大小为1024Byte大小；通过组帧格式化单元对原始数据进行组帧处理输出组帧数据并送入第二级缓存器；其次，第二级缓存器对组帧数据进行缓存；所述第二级缓存器对组帧数据进行缓存时组帧数据大小设置为32×1024Byte，第二级缓存器调度速率为360Mbps；再次，监测和复位判断单元对缓存处理的数据进行监测和判断；当缓存处理的数据量大于或等于31×1024Byte时，则对第二级缓存器进行复位操作，复位后再次执行通过组帧格式化单元对原始数据进行组帧处理输出组帧数据；当缓存处理的数据量小于31×1024Byte时，则执行由第二级缓存器将数据发送至后端编码和调制单元。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。