固定波道位置下的星地數據遙測設計

謝任遠 彭瑞

【摘 要】 本文以某衛星型號為背景，在固定波道位置的綜合測控框架下，針對波道位置有限的情況，利用數據結構和格式提出了兩種設計方法來提升星地數據遙測的效率，并給出了詳細的設計方法流程。最后通過型號的應用，表明設計的方法合理可行，達到了設計的目的。

【關鍵詞】 固定波道 ?星地數據 ?遙測

測控技術，是無線電信息傳輸技術發展的巨大成果，是人類當代社會文明重要的標志之一，同時也是全球各國社會、經濟和軍事等主要技術支柱。衛星上應用的測控技術為地面站對衛星在軌狀態的監視、對衛星的修復提供了可能，大大的增加了衛星的壽命。

固定波道位置下的遙測由于綜合測控的特殊性，其設計方法有別于一般的遙測設計方法。綜合測控框架下，其遙測的星地數據由綜合電子進行編碼解碼，由FPGA對所有星地數據進行固定操作。本文以某衛星型號為背景，在綜合測控框架下，根據數據重要類別及遙測頻率需求，對數據遙測進行了效率提升設計。

1 設計基礎

某型號衛星使用CCSDS格式組成遙測源包，同時為了和國內PCM遙測體制兼容，在CCSDS標準的基礎之上，裁減和增添部分內容。其遙測在綜合測控框架下，采用固定波道位置的FPGA硬件組幀方式。在遙測排列的傳輸方式上，分為主波道遙測和副波道遙測，主波道遙測對應于快傳波道，波道位置在每個遙測幀里固定;具有幾種下傳周期的副波道遙測對應于慢傳波道，各個下傳周期的波道位置也是在遙測幀里固定的。

已知主波道遙測在每一幀中固定的遙測波道上每次傳輸相同的遙測參數，遙測下傳周期為0.5s;副波道遙測在遙測幀中每次傳輸不同的遙測參數，即多個遙測參數復用幀中的一個遙測波道，副波道具有幾種下傳周期，包括2s的4幀一循環周期，8s的16幀一循環周期等。

國內衛星的設計由于多種因素的限制，遙測速率普遍不高，尤其是USB測控體制下遙測速率一般不超過8192bps。因此，在總體測控框架提供資源有限的情況下，本文根據數據結構和格式提出了兩種設計方法來提升星地數據遙測的效率，以滿足實際任務的需求。

2 時分復用設計

時分復用的設計方法如下：根據同一功能類型的多種單機的不同重要性以及當前時刻的開機狀態由軟件實時來判定需要下傳的數據，通過軟件將判斷后的單機數據填寫至同一個固定的位置來實現時分復用的設計。其具體設計方法如下：

（1）單機X、單機Y、單機Z為同一功能類型的三種單機，三種單機的重要性如下：單機X >單機Y >單機Z;（2）已有的遙測幀只有a、b兩個固定波道位置供三種單機放置;（3）在軌運行時，軟件獲取單機X、單機Y、單機Z的開關機狀態;（4）根據單機X、單機Y、單機Z開關機狀態和產品的優先級，軟件自主進行判斷并使用時分復用的方法，在a波道里下傳單機X或單機Z，在b波道里下傳單機Y或單機Z，并給出時分復用標識供地面解碼;（5）重復步驟c，實現連續在軌遙測自主調整。

其流程框圖如圖1所示：

地面根據解碼標志對波道a和波道b用相應單機的解碼系數進行解析，從而獲得相應的數據，保證了波道a、波道b下傳通道的利用，避免了有些情況下單機不開機卻占用波道的現象，將波道遙測下傳的有效利用率提升了33.3%。

3 數據重用設計

數據重用的設計方法如下：在主波道遙測數據量有限的情況下，根據剩余未排到主波道遙測數據的重要性等級，將最重要的數據在副波道中通過數據重用的方法提高重要數據的下傳速率，通過軟件將數據重復寫入下傳的波道位置來實現數據重用的設計。其具體設計方法如下：

（1）已知未排到主波道的數據有數據U、數據V、數據W，其重要性排列如下：數據U>數據V >數據W;（2）副波道遙測中有4幀一循環周期的慢傳波道位置供數據放置;（3）根據數據的重要性，在F0幀里下傳數據U，在F1幀里下傳數據V，在F2幀里下傳數據U，在F3幀里下傳數據W，如此循環，從而將數據U的下傳速率提升一倍。（4）地面通過已定義好的波道定義進行解碼，從而得到的數據U的數據刷新率得到了提高。

其遙測下傳示意圖如圖2所示：

地面通過已定義好的解析方法，對第1幀和第3幀的數據用數據U的解碼系數進行解析，從而將數據U的下傳速率由2s提升至1s，遙測下傳速率提升了1倍。

4 結語

本文以某衛星研制型號為背景，根據實際的波道位置有限的情況，在固定波道位置的綜合測控框架下，利用數據結構和格式提出了兩種設計方法來提升星地數據遙測的效率，并給出了詳細的遙測設計方法流程。最終通過型號的應用，表明遙測設計的時分復用、數據重用兩種方法均合理可行，達到了設計的目的，有效的提高了遙測的效率。

參考文獻：

[1]謝勝民，楊根慶.基于FPGA的衛星遙測遙控通道設計與實現.航空計算技術，2006.9第5期，p13-p16.

[2]周志成.空間測控衛星技術進展.航天器工程，2008.3第2期，p6-p11.