一種衛星處理類載荷在軌功能重構方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種衛星處理類載荷在軌功能重構方法，可廣泛應用于各類衛星處理 類載荷的在軌功能重構設計與實現，屬于衛星通信系統設計技術領域。
【背景技術】
[0002] 對于衛星通信系統而言，具備系統在軌功能重構能力一方面可以通過在軌重構改 變系統的原有功能，使系統具備新能力，及時響應適應市場及用戶應用需求變化；另一方 面，可以針對設計和實現方面的缺陷與不足，不斷提高完善系統，使得系統具備在軌可修 復、可改進能力。
[0003] 傳統功能重構方法較少關注系統級的功能重構，往往只針對特定設備/部件；重 構文件數據通過星地專用傳輸通道傳輸，傳輸過程多采用改進的ARQ協議等加以控制，不 支持跨星路由轉發，不支持亂序傳輸、斷點續傳；設計的功能重構方法一般需要專用的重構 控制設備，星上處理時只涉及到設備內器件間的重構數據傳輸，未設計通用的設備/部件 間重構數據傳輸控制協議；重構數據加載、狀態監控一般通過專用傳輸通道結合定制協議 實現。

【發明內容】

[0004] 本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了一種衛星處理類載荷在 軌功能重構方法，本發明能夠同時支持單星與多星的亂序傳輸和斷點續傳，有效保證了數 據的完整性與正確性，同時本發明支持設備間及設備內部件間的數據傳輸控制以及利用星 上處理設備已有的測控數據傳輸通道與協議實現重構數據加載、狀態監控與異常處理。
[0005] 本發明的技術解決方案：
[0006] -種衛星處理類載荷在軌功能重構方法包括步驟如下：
[0007] (1)地面端與衛星端進行數據傳輸：
[0008] (Ia)地面端將重構源數據文件組成數據幀發送至衛星；
[0009] (Ib)衛星解析接收到的地面端發送的數據幀，并對幀數據進行CRC校驗以及計算 數據幀偏移量，將接收數據寫入對應存儲區地址，寫入結束后發送衛星成功接收響應到地 面端；
[0010] (Ic)地面端計算整個源數據文件的MD5摘要值，并將計算結果置入傳輸結束確認 幀發送至衛星用于完成最終的確認過程；
[0011] (Id)衛星接收到地面發送端的傳輸結束確認幀后，計算接收到數據的MD5摘要值 并與步驟（Ic)發送的地面計算結果進行比對，比對無誤后發送成功響應到地面端；
[0012] (2)衛星系統設備/部件間進行重構數據傳輸與數據注入：
[0013] (2a)判斷重構數據注入對象是否為目標衛星系統重構主控設備，若是則計算注入 數據整體MD5摘要值并同地面計算結果比對，若比對結果一致則發送數據加注成功狀態指 示至地面端，否則恢復處理狀態并發送數據加注失敗狀態指示至地面端；若重構數據注入 對象不是目標衛星系統重構主控設備，則將重構數據并按衛星設備/部件間重構數據傳輸 幀格式組幀，根據不同的注入對象分別通過設備內通信接口、設備間通信接口依次發送重 構數據傳輸幀至目標設備/部件；
[0014] (2b)目標設備/部件接收到重構數據傳輸幀后，首先判別該幀的注入對象是否為 自身，若是則發送重構數據幀成功處理響應到目標衛星系統重構主控設備若不是，則發送 失敗處理響應到衛星系統重構主控設備；
[0015] (2b)目標衛星系統重構主控設備等待接收目標設備/部件的重構數據幀處理響 應，若等待超時則嘗試再次發送，若嘗試多次均未收到應答且已超出最大重傳次數，則不再 發送，同時發送數據加注失敗狀態指示至地面端；若收到目標設備/部件的重構數據幀成 功處理響應，則繼續發送下一幀數據；
[0016] (2c)當所有注入數據傳輸完成后，目標衛星系統重構主控設備計算注入數據整體 32位異或和校驗值并發送至目標設備/部件；
[0017] (2d)目標設備/部件計算注入數據整體32位異或和校驗值并同目標衛星系統重 構主控設備計算結果比對，同時發送處理響應至目標衛星系統重構主控設備；
[0018] (2e)目標衛星系統重構主控設備根據目標設備/部件處理響應，生成并發送數據 加注狀態指示至地面端；
[0019] (3)地面端通過遙控遙測信息實時控制監測重構數據加載控制與狀態。
[0020] 步驟（Ia)地面端將重構源數據文件組成數據幀發送至衛星的具體實施如下：
[0021] (Ial)讀取源數據文件，生成待發送數據幀隊列及用于快速檢索發送幀的檢索表， 利用檢索表可以快速定位并讀取待發送幀；
[0022] (la2)確定發送周期：地面發送端發送訓練幀，根據發送訓練幀的情況調整發送 周期，發送周期的調整依據為：在每連續兩幀發送周期間隔內均能順利收到衛星接收端的 成功響應；
[0023] (la3)地面發送端按步驟（la2)確定的周期利用檢索表從待發送數據幀隊列中順 序讀取數據幀并進行發送；
[0024] (la4)判斷發送過程是否正常，若地面發送端收到衛星接收端的成功接收響應，則 認為發送正常，從待發送幀檢索表中刪除衛星響應信息中接收幀號對應的檢索表表項，并 進入步驟（la5)，否則認為發送異常，并返回步驟（la2)中繼續調整發送周期；
[0025] (la5)判斷待發送幀的檢索表是否為空，若待發送幀檢索表為空時，標志著整個源 數據文件均已發送完成，此時發送端計算整個源數據文件的MD5摘要值，并將計算結果置 入傳輸結束確認幀發送至衛星用于完成最終的確認過程，并進入步驟（la6);若待發送幀 檢索表不為空時，則繼續向衛星發送數據；
[0026] (la6)收到衛星的傳輸成功結束確認響應后，發送端結束整個傳輸過程。
[0027] 步驟（Ib)的具體實現方式如下：
[0028] (Ibl)解析衛星接收到的地面端發送的數據幀，判別IP報文且目的IP對應的目標 衛星系統重構主控設備，并判別是否為UDP報文且UDP端口號為重構業務端口，若是則喚醒 偵聽進程進行步驟（lb2);
[0029] (lb2)從UDP報文中解析出重構上傳數據幀，對幀數據進行CRC校驗，校驗無誤后 根據寫入區段標識確定寫入區段，根據幀號及數據幀長度計算偏移量，將接收數據寫入對 應存儲區地址，寫入結束后發送衛星成功接收響應到地面端；
[0030] (lb3)接收到地面發送端的傳輸結束確認幀后，計算寫入區段中所有寫入數據的 MD5摘要值并與地面計算結果進行比對，比對無誤后發送成功響應到地面段，一次傳輸過程 結束。
[0031] 步驟（3)地面端通過遙控遙測信息實時控制監測重構數據加載控制與狀態的具 體實施方式如下：
[0032] (3a)地面端通過發送遙控指令控制星上處理設備加載源文件；
[0033] (3b)地面端實時判別重構源數據文件上傳、重構數據傳輸與注入、加載過程是否 順利完成；
[0034] (3c)發現異常時，通過發送RS422遙控指令控制星上處理設備切換至先前版本， 待切換完成后再重新進行在軌功能重構工作。
[0035] 本發明相對于現有技術的有益效果：
[0036] (1)本發明的重構數據傳輸與注入方法，設備間或特定設備內不同器件間采用統 一的重構數據傳輸控制協議，設計充分考慮了星載設備的常見通信接口形式、器件存儲能 力、電路形式等特點，簡化幀格式設計，降低校驗算法實現復雜度，便于FPGA實現，同時又 能保證傳輸數據的正確性、完整型。重構數據注入時，針對空間單粒子翻轉問題，增加了漢 明糾錯碼設計，可以實現注入數據的一位自動糾錯、兩位檢錯功能。
[0037] (2)本發明提出的系統重構數據加載、狀態監測與異常處理方法均通過星載處理 設備已有的RS422遙控、遙測通路實現，降低了實施難度，易于實現，大大降低了成本。
[0038] (3)本發明在發送數據之前首先通過訓練幀的方式確定發送周期，星地傳輸鏈路 具有長時延的特點，為了獲取較高的傳輸效率，可以在傳輸過程的起始階段安排發送少量 的訓練幀（允許重復發送，新幀內容直接覆蓋舊幀，因而訓練幀可直接采用某個實際的待 發送幀）用于調整發送周期以獲得滿意的性能；發送周期的設定判據可定義為：在每連續 兩幀發送周期間隔內均能順利收到衛星接收端的成功響應。
[0039] (4)本發明采用CRC算法保證單幀數據的正確性，同時利用MD5強校驗算法可保證 數據有序性、完整性、正確性的特性，使協議擺脫ARQ類協議要求傳輸幀發送順序嚴格有序 的設計約束，從而支持斷點續傳、亂