專利名稱：：衛星系統自主分級引導過程控制方法
技術領域：
：本發明涉及一種通過衛星星務管理系統主機自4企遙測和遙控指令共同實現的衛星系統自主引導過程的控制方法，屬于衛星控制領域。技術背景目前，國內外傳統的衛星設計都是采用衛星上電直接運行程序，沒有采用專門的自主引導程序控制方法，當星上設備加電出現故障時，衛星星務管理系統無法采用有效措施對衛星系統進行控制，同時也不能對部分故障進行隔離處理，因此只能對整個星上設備進行隔離，這樣衛星系統設計時必須采用全備4分冗余措施，使得設計和制造成本很高，形成較高的代價。
發明內容本發明的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供一種衛星系統的自主分級引導過程控制方法，該方法簡化了衛星系統的設計，提高了衛星的可控性和安全性；同時提高了衛星系統的靈活性。本發明的4支術解決方案衛星系統自主分級引導過程控制方法，衛星上的星務管理系統的主機和備機參與控制，其特點在于步驟如下(1)衛星加電，衛星上的星務管理系統主機進行全面自檢，然后判斷全面自檢是否成功，如果全面自檢成功，則執行步驟(2);如果全面自檢不成功，則進行降級自檢；如果降級自檢成功，則執行步驟(2);如果降級自檢不成功，則進行核心自檢；如果核心自檢成功，則執行步驟(2);如果核心自檢不成功，則認為星務管理系統主機有故障，自主切換到星務管理系統備機；(2)主機判斷是否有從地面測控系統發送的運行裝載程序的遙控指令，如果沒有運行裝載程序的遙控指令，則執行步驟(4);如果有運行裝載程序的遙控指令，則執行步驟(3);(3)主機等待地面測控系統發送的與裝載程序相關的遙控命令，判斷所述的遙控命令是否為遙控上注代碼指令、遙控組裝代碼指令和遙控上注代碼執行指令三種之一；如果是遙控上注代碼指令，則將遙控上注代碼存儲到指定的RAM中；如果不是遙控上注代碼指令，則判斷是否為遙控組裝代碼指令，如果是遙控組裝代碼指令，則將指定的RAM代碼存儲到指定FLASH/EEPROM中；如果不是遙控組裝代碼指令，則判斷是否為遙控上注代碼執行指令，如果是遙控上注代碼執行指令，則執行步驟(4)，如果不是遙控上注代碼執行指令，則從步驟(3)繼續循環，直至為遙控上注代碼執行指令；(4)讀取指定FLASH/EEPROM程序到指定RAM中，并執行該RAM中程序，從而完成裝載程序的運行，以更新星上應用程序，滿足星上新的任務需求，或者替換以前設計不完善的程序，實現控制代碼在軌重新設置和修改。所述步驟(3)中在地面測控系統發送遙控命令過程中，星上主機通過遙測不停的將衛星上信息發送到地面，由地面測控系統判斷其正確性，實現衛星運行狀態可控，其中信息包括上注的數據區數據，FLASH/EEPROM中數據區數據及星上狀態信息。所述步驟(4)中的在軌重新設置和修改后的控制代碼通過遙測下傳，由地面測控系統判斷其正確性，實現衛星運行狀態可控。所述的遙控上注代碼指令包括；包頭HEAD1,釆用兩個字節；類型TYPE1，采用一個字節；數據塊序號BLKNUM1,采用兩個字節，該字節代表遙控上注數據的數據塊順序；數據包內容CONTENT1，包含N個字節，N為可變的數據，根據需要進行設置；遙控上注代碼的屬性ATTR舊1，包括非壓縮數據、壓縮數據、代碼段、只讀數據段、數據段及其他的為用戶自定義段；數據包累加和CHECKSUM1為一個字節。所述的遙控組裝代碼指令包頭HEAD2，采用兩個字節，類型TYPE2采用一個字節作為遙控組裝代碼指令類型；開始地址FADD,采用4個字節；組裝數據塊長度LEN用N個字節；遙控組裝代碼指令的屬性ATTR舊2，包括非壓縮數據、壓縮數據、代碼段、只讀數據段、數據段及其他的為用戶自定義段；數據包累加和CHECKSUM2為一個字節；數據包累加和CHECKSUM為一個字節。所述的遙控上注代碼執行指令包括包頭HEAD3,采用兩個字節，類型TYPE3,采用一個字節作為遙控上注代碼執行指令類型；應用程序入口地址PADDR，采用4個字節，用于指定入口程序；數據包累加和CHECKSUM3為一個字節。本發明與現有技術相比的優點在于(1)本發明利用衛星星務管理系統啟動自檢，判斷和排除衛星系統的故障，當出現故障時，由地面遙控指令進行干預，使其激活星上設置的相應程序或可重新設置相應程序，使衛星自主控制更具有靈活性，完善對衛星控制的方式，提高了衛星生存能力，改變了過去的衛星系統出現故障時，不能對故障進行分離，只能進行硬件備份的切換，減少了設計中釆用全備份模式，大大簡化了衛星系統的設計，降低了設計和制造成本，提高了衛星系統自我故障隔離和修復功能，使得衛星星上自我管理和自我組裝的能力增強，，提高了衛星的可控性和安全性。(2)本發明通過衛星星務管理系統，對衛星運行進行管理控制，利用該控制器內部PROM,上電復位自動運行在遙控指定的地址；自動執行必要的硬件檢測，分全部自檢、降級自檢和核心自檢三個級別的自檢過程；檢測結果可知，結果可控；通過遙控指令運行指定區域的程序；通過遙測檢測狀態發送給地面；通過上行遙控數據塊可在軌修改運行程序，通過在自主分級引導程序中引入遙測/遙控功能，即增強引導的性能，又提高引導的靈活性。(3)另外，當衛星部分故障時，可以利用引導過程，帶故障正常運行或降級工作，進一步提高了系統的靈活性。(4)另夕卜，本發明由遙測實現故障檢測，在地面測控系統上傳數據過程中，星上主機通過遙測不停的將衛星上信息發送到地面，實現星地人機交互的星地專家系統接口；而且在軌重新設置和修改后的控制代碼通過遙測下傳，由地面測控系統判斷其正確性，實現了衛星運行狀態可控。圖1為通常的星務系統功能原理框圖；圖2為本發明的實現流程圖。具體實施方式一、在詳細敘述本發明前，先對一些基本概念進行一下闡述。(1)星務管理系統為了提高可靠性，一般衛星上的星務管理系統由星務管理系統主機和星務管理系統備機構成及其下位機組成，主機和備機結構執行的功能相同。星務系統主機主要完成衛星遙控命令接收，解調、分析、傳送和分配；衛星遙測數據收集，格式化，視頻調制，衛星星箭分離信號接收和星地422接口，星上控制總線(例如CAN總線)，星上信息總線(例如USB總線和以太網)等功能如圖1所示。此星務管理系統不屬于本發明的部分，但為了敘述清楚，將此內容進行一下簡要介紹。通常的星務管理系統、對本領域技術人員是知曉的。(2)全面自檢、降級自檢和核心自檢全面自檢是指對星務管理系統的各個外設的功能狀態進行全面檢查，其中包括星務管理系統的PROM、EEPROM、RAM、星地422接口、遙測接口、遙控接口、USB接口、以太網接口和CAN總線接口功能模塊檢查，即將星務系統的所有的外部設備功能模塊均要進行檢測。降級自檢是指只檢查部分外部設備的功能狀態，即可確保衛星星務管理系統主要功能正常工作的外部設備的功能狀態。本發明中的降級自檢主要包括星務管理系統的PROM、EEPROM、RAM、遙測接口、遙控接口、CAN總線接口的自檢。核心自檢是指核心關鍵部件的功能狀態，即確保衛星星務管理系統基本功能正常工作的外部設備。本發明中的核心自檢包括星務管理系統的PROM、EEPROM、RAM、遙測接口、遙控接口。(3)裝載程序裝載程序是指將地面編譯好的程序通過遙控指令發送到在軌道上運行的星栽計算機的程序。上注裝載程序的目的，是更新星上應用程序，滿足星上新的任務需求，或者替換設計不完善的程序，實現控制代碼在軌重新設置和修改，實現衛星系統的靈活性。(4)遙控上注代碼指令、遙控組裝代碼指令和遙控上注代碼執行指令遙控上注代碼指令是通過地面將衛星上應用的程序分塊執行的遙控指令才各式；遙控組裝代碼指令是指將上注指定的RAM中代碼存儲到指定的FLASH或/EEPROM的遙控指令；遙控上注代碼執行指令是將FLASH或/EEPROM中的程序讀取到指定的RAM中，并執行在該RAM中的程序。(5)地面測控系統由地面測控網進行衛星的遙測功能監視，及遙控數據發送的地面測控系統。地面測控系統不屬于本發明的部分，但為了敘述清楚，進行了一下簡要的介紹。通常的地面測控系統、對本領域技術人員是知曉的。二、結合圖2對本發明的實施步驟進行詳細闡述。如圖2所示，本發明的具體實施步驟為(1)衛星加電，衛星上的星務管理系統主機進行全面自;^，然后判斷全面自檢是否成功，如果全面自檢成功，則執行步驟(2);如果全面自檢不成功，則進行降級自檢；如果降級自檢成功，則執行步驟(2);如果降級自檢不成功，則進行核心自檢；如果核心自檢成功，則執行步驟(2);如果核心自檢不成功，則認為星務管理系統主機有故障，自主切換到星務管理系統備機；(2)主機判斷是否有從地面測控系統發送的運行裝載程序的遙控指令，如果沒有運行裝載程序的遙控指令，則執行步驟(4);如果有運行裝載程序的遙控指令，則執行步驟(3);(3)主機等待地面測控系統發送的與裝載程序相關的遙控命令，判斷所述的遙控命令是否為遙控上注代碼指令、遙控組裝代碼指令和遙控上注代碼執行指令三種之一；如果是遙控上注代碼指令，則將遙控上注代碼存儲到指定的RAM中；如果不是遙控上注代碼指令，則判斷是否為遙控組裝代碼指令，如果是遙控組裝代碼指令，則將指定的RAM代碼存儲到指定FLASH/EEPROM中；如果不是遙控組裝代碼指令，則判斷是否為遙控上注代碼執行指令，如果是遙控上注代碼執行指令，則執行步驟(4),如果不是遙控上注代碼執行指令，則從步驟(3)繼續循環，直至為遙控上注代碼執行指令；(4)讀取指定FLASH/EEPROM程序到指定RAM中，并執行該RAM中程序，從而完成裝載程序的運行，以更新星上應用程序，滿足星上新的任務需求，或者替換以前設計不完善的程序，實現控制代碼在軌重新設置和》務改。在步驟(3)中的在地面測控系統上傳數據過程中，星上主機通過遙測不停的將衛星上信息發送到地面，由地面測控系統判斷其正確性，實現衛星運行狀態可控，其中信息包括上注的數據區數據，FLASH/EEPROM中數據區數據及星上狀態信息。步驟(4)中的在軌重新設置和修改后的控制代碼通過遙測下傳，由地面測控系統判斷其正確性，實現衛星運^f亍狀態可控。上述步驟(3)和步驟(4)中具體的可控過程為地面測控系統通過將衛星上的遙測數據進行分析，比對地面發送的上注數據塊和遙測接收到的衛星上返回的上注數據塊，判斷是否一致，如果一致，則認為接收的上注數據正確，否則認為錯誤，地面重新發送上注數據，在地面比對，直到數據正確為止，這樣實現了衛星運行狀態的可知、可管和可控。如表1所示，本發明的遙控代碼上注指令，HEAD包頭采用兩個字節，例如采用0xEB90作為包頭；TYPE類型釆用一個字節，例如采用0x11作為遙控代碼上注指令類型；BLKNUM數據塊序號釆用兩個字節，該字節代表上注數據的數據塊順序，例如可以為10時，代表第10個數據塊；下面是數據包內容CONTENT,可包含N個字節，N為可變的數據，根據需要進行設置；再下面是遙控上注代碼的屬性ATTR舊1，例如用位01為代表壓縮和非壓縮數據，用位2~3代表數據塊在程序中的段標示。最后一個字節為數據包累加和CHECKSUM。本遙控代碼上注指令協議是將數據上傳到RAM緩存區。表1遙控代碼上注指令表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>ATTR舊11個字節例如定義為位0~1:"11":表示為非壓縮數據"00":表示為壓縮數據位23:"00":表示為代碼段"01":表示為只讀數據賴"11":表示為數據段"10":其他的為用戶自定義段CHECKSUM11字節累加和，不包括包頭、類型如表2所示，遙控組裝代碼指令，HEAD包頭釆用兩個字節，例如采用0xEB90作為包頭；TYPE類型采用一個字節，例如采用0x22作為遙控組裝4、碼指令類型；FADD開始地址，采用4個字節，開始燒寫到EEPROM或FLASH中的地址，例如范圍為0x100000000x1FFFFFFFF;LEN組裝數據塊長度用N個字節，例如用2個字節，則燒寫數據長度不超過64K;再下面是該遙控組裝代碼指令的屬性ATTR舊1，例如用位01為壓縮和非壓縮數據，用位23代表數據塊在程序中的段標示。最后一個字節為數據包累加和CHECKSUM。本發明的遙控組裝代碼指令協議是將其中一個RAM緩存區中LEN個數據根據指令屬性進行解壓或非解壓燒入到FLASH/EEPROM中。表2遙控組裝代碼指令表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>如表3所示，遙控上注代碼執行指令，HEAD包頭采用兩個字節，例如采用0xEB90作為包頭；TYPE類型采用一個字節，例如釆用0x33作為遙控上注代碼執行指令類型；PADDR應用程序入口地址，釆用4個字節，用于指定入口程序；最后一個字節為數據包累加和CHECKSUM。本發明遙控上注代碼執行指令是接受到該命令，立即將存儲器EEPROM/FLASH中該應用程序入口的程序加載到RAM中，并在RAM中運行。表3遙控上注代碼執行指令<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>本發明說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員/>知的現有技術。盡管為說明目的公開了本發明的最佳實施例和附圖，但是本領域的技術人員可以理解在不脫離本發明及所附的權利要求的精神和范圍內，各種替換、變化和修改都是可能的。因此，本發明不應局限于最佳實施例和附圖所公開的內容。權利要求1、衛星系統自主分級引導過程控制方法，其特征在于步驟如下(1)衛星上的星務管理系統主機進行全面自檢，如果全面自檢成功，則執行步驟(2)；如果全面自檢不成功，則進行降級自檢；如果降級自檢成功，則執行步驟(2)；如果降級自檢不成功，則進行核心自檢；如果核心自檢成功，則執行步驟(2)；如果核心自檢不成功，則認為星務管理系統主機有故障，自主切換到星務管理系統備機；(2)主機判斷是否有從地面測控系統發送的運行裝載程序的遙控指令，如果沒有運行裝載程序的遙控指令，則執行步驟(4)；如果有運行裝載程序的遙控指令，則執行步驟(3)；(3)主機等待地面測控系統發送的與裝載程序相關的遙控命令，判斷所述的遙控命令是否為遙控上注代碼指令、遙控組裝代碼指令和遙控上注代碼執行指令三種之一；如果是遙控上注代碼指令，則將遙控上注代碼存儲到指定的RAM中；如果不是遙控上注代碼指令，則判斷是否為遙控組裝代碼指令，如果是遙控組裝代碼指令，則將指定的RAM中的代碼存儲到指定FLASH/EEPROM中；如果不是遙控組裝代碼指令，則判斷是否為遙控上注代碼執行指令，如果是遙控上注代碼執行指令，則執行步驟(4)，如果不是遙控上注代碼執行指令，則從步驟(3)繼續循環，直至為遙控上注代碼執行指令；(4)讀取指定FLASH/EEPROM程序到指定RAM中，并執行該RAM中程序，從而完成裝載程序的運行，以更新星上程序，滿足星上新的任務需求，或者替換設計不完善的程序，實現控制代碼，即是星上程序在軌重新設置和修改。2、根據權利要求1所述的衛星系統自主分級引導過程控制方法，其特征在于所述步驟(3)中在地面測控系統發送遙控命令過程中，星上主機通過遙測不停的將衛星上信息發送到地面，由地面測控系統判斷其正確性，實現衛星運行狀態可控，其中信息包括上注的數據區數據，FLASH/EEPROM中數據區數據及星上狀態信息。3、根據權利要求1所述的衛星系統自主分級引導過程控制方法，其特征在于所述步驟(4)中的在軌重新設置和修改后的控制代碼通過遙測下傳，由地面測控系統判斷其正確性，實現衛星運行狀態可控。4、根據權利要求1所述的衛星系統自主分級引導過程控制方法，其特征在于所述的遙控上注代碼指令包括；包頭HEAD1,采用兩個字節；類型TYPE1,采用一個字節；數據塊序號BLKNUM1，采用兩個字節，該字節代表遙控上注數據的數據塊順序；數據包內容CONTENT1，包含N個字節，N為可變的數據，根據需要進行設置；遙控上注代碼的屬性ATTR舊1，包括非壓縮數據、壓縮數據、代碼段、只讀數據段、數據段及其他的為用戶自定義段；數據包累加和CHECKSUM1為一個字節。5、根據權利要求1所述的衛星系統自主分級引導過程控制方法，其特征在于所述的遙控組裝代碼指令包頭HEAD2，采用兩個字節，類型TYPE2采用一個字節作為遙控組裝代碼指令類型；開始地址FADD,采用4個字節；組裝數據塊長度LEN采用N個字節；遙控組裝代碼指令的屬性ATTR舊2，包括非壓縮數據、壓縮數據、代碼段、只讀數據段、數據段及其他的為用戶自定義段；數據包累加和CHECKSUM2為一個字節；數據包累加和CHECKSUM為一個字節。6、根據權利要求1所述的衛星系統自主分級引導過程控制方法，其特征在于所述的遙控上注代碼執行指令包括包頭HEAD3，采用兩個字節，類型TYPE3,采用一個字節作為遙控上注代碼執行指令類型；應用程序入口地址PADDR,采用4個字節，用于指定入口程序；數據包累加和CHECKSUM3為一個字節。全文摘要衛星系統自主分級引導過程控制方法，首先主機依次進行全面自檢、降級自檢和核心自檢；如果自檢均不成功，主機有故障，自主切換到備機；如果自檢成功，判斷是否有裝載程序的遙控指令，如果沒有則讀取指定FLASH/EEPROM程序到指定RAM中；如果有，等待并判斷遙控命令是否為遙控上注代碼指令、遙控組裝代碼指令和遙控上注代碼執行指令，分別將遙控上注代碼存儲到指定的RAM中、將指定的RAM代碼存儲到指定FLASH/EEPROM中和讀取指定FLASH/EEPROM程序到指定RAM中，并執行該RAM中程序。本發明降低了衛星星務系統的風險，提高了衛星星務系統的可靠性、實時性和安全性，解決了衛星在軌時系統出現故障時通過可控制、可編程的手段實現衛星在軌功能修改和增強的實際問題。文檔編號B64G1/24GK101332874SQ200810118039公開日2008年12月31日申請日期2008年8月7日優先權日2008年8月7日發明者施思寒,李孝同申請人:航天東方紅衛星有限公司