基于數(shù)據(jù)包的航天器數(shù)管模擬器軟件設(shè)計(jì)

摘要：隨著空間技術(shù)的快速發(fā)展，使用數(shù)管模擬器模擬數(shù)管分系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試已成為趨勢(shì)。為了使數(shù)管模擬器軟件能夠適應(yīng)航天器數(shù)據(jù)管理新的變化，降低軟件實(shí)現(xiàn)難度，根據(jù)用戶需求和已有硬件平臺(tái)，提出了一種軟件設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用數(shù)據(jù)處理分層體制協(xié)議來降低軟件實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性，使用數(shù)據(jù)包進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并利用數(shù)據(jù)幀來完成數(shù)據(jù)的傳輸。該模擬器進(jìn)行了100 h的各項(xiàng)功能老練試驗(yàn)，結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)可靠、穩(wěn)定、能滿足設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞：數(shù)管模擬器；空間技術(shù)；數(shù)據(jù)包；軟件設(shè)計(jì)

數(shù)管分系統(tǒng)作為航天器平臺(tái)的重要支柱。實(shí)現(xiàn)航天器數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理和利用，是航天器的信息中心，也是提高航天器利用效率的關(guān)鍵。數(shù)管模擬器全面模擬航天器數(shù)管分系統(tǒng)功能，實(shí)現(xiàn)與電源、姿軌控、熱控以及有效載荷的對(duì)接，完成對(duì)平臺(tái)及有效載荷的遙控、遙測(cè)、統(tǒng)一時(shí)間勤務(wù)等管理。隨著航天器產(chǎn)品數(shù)量的不斷增加和復(fù)雜度的不斷提高，在航天器研制過程中使用數(shù)管模擬器模擬數(shù)管分系統(tǒng)對(duì)航天器平臺(tái)及有效載荷進(jìn)行測(cè)試能有效縮短航天器試驗(yàn)研制周期，降低航天器的研制成本。某航天器數(shù)管模擬器是航天器平臺(tái)服務(wù)設(shè)備，需要對(duì)不同信源、不同速率、不同性質(zhì)的多種信息統(tǒng)一管理，形成綜合數(shù)據(jù)流，以滿足多種信息傳輸?shù)男枰?，使得上下行信道可以為航天器平臺(tái)和有效載荷的各個(gè)不同應(yīng)用過程所共有：在信息傳輸過程中，要求能夠根據(jù)當(dāng)前實(shí)際需要改變上下行通道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)量，從而提高數(shù)管系統(tǒng)的效率和效益；在模擬器協(xié)議實(shí)現(xiàn)中要求采用分層結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)軟件和應(yīng)用過程任務(wù)軟件分別設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)軟件上通過添加／刪除應(yīng)用過程任務(wù)軟件可以實(shí)現(xiàn)不同功能的組合。

1 軟硬件體系
數(shù)管模擬器硬件平臺(tái)由中央處理器模塊、遙測(cè)采集模塊、開關(guān)指令等模塊組成，設(shè)備組成及與外部設(shè)備接口如圖1所示。

中央處理模塊主要完成與地面總控計(jì)算機(jī)的通訊，接收地面總控發(fā)出的控制命令來完成器上時(shí)間校準(zhǔn)、間接指令的發(fā)送、內(nèi)存下卸以及總線數(shù)據(jù)的注入等功能，這個(gè)模塊主要模擬航天器數(shù)管計(jì)算機(jī)功能。中心處理模塊通過1553B總線和星上其他設(shè)備進(jìn)行通信，在這個(gè)總線系統(tǒng)中，中央處理模塊作為總線BC端，其他設(shè)備作為總線RT端。
遙測(cè)采集模塊模擬航天器遠(yuǎn)置單元的數(shù)據(jù)采集功能，它將采集到的各種離散的遙測(cè)量組包后通過串口發(fā)送給中央處理模塊。
開關(guān)指令模塊接收從中央處理模塊來的命令和數(shù)據(jù)，完成遙控指令的分配、輸出功能。開關(guān)指令模塊模擬遠(yuǎn)置單元間接指令功能，即開關(guān)指令的驅(qū)動(dòng)輸出。

數(shù)管模擬器軟件包括有遙測(cè)采集模塊軟件與中央處理單元系統(tǒng)軟件，數(shù)管模擬器正常工作時(shí)，兩者同時(shí)運(yùn)行，兩軟件及外部設(shè)備數(shù)據(jù)流關(guān)系如圖2所示。遙測(cè)采集模塊軟件負(fù)責(zé)采集驗(yàn)證器上各種模擬量與溫度量，并且以150 ms為周期，定時(shí)被中央控制單元系統(tǒng)軟件采集；中央控制單元系統(tǒng)軟件還通過1553B總線采集星上設(shè)備數(shù)據(jù)，經(jīng)過組幀后通過RS422總線傳送給地面總控軟件。中央控制單元系統(tǒng)軟件同時(shí)也接收并執(zhí)行地面總控軟件發(fā)送的時(shí)間校準(zhǔn)指令、直接指令、指令組指令、內(nèi)存下卸指令、總控?cái)?shù)據(jù)注入等指令。