基于數據包的航天器數管模擬器軟件設計

摘要：隨著(zhù)空間技術(shù)的快速發(fā)展，使用數管模擬器模擬數管分系統進(jìn)行測試已成為趨勢。為了使數管模擬器軟件能夠適應航天器數據管理新的變化，降低軟件實(shí)現難度，根據用戶(hù)需求和已有硬件平臺，提出了一種軟件設計。本設計采用數據處理分層體制協(xié)議來(lái)降低軟件實(shí)現的復雜性，使用數據包進(jìn)行數據處理，并利用數據幀來(lái)完成數據的傳輸。該模擬器進(jìn)行了100 h的各項功能老練試驗，結果表明，該設計可靠、穩定、能滿(mǎn)足設計要求。
關(guān)鍵詞：數管模擬器；空間技術(shù)；數據包；軟件設計

數管分系統作為航天器平臺的重要支柱。實(shí)現航天器數據的采集、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。數管模擬器全面模擬航天器數管分系統功能，實(shí)現與電源、姿軌控、熱控以及有效載荷的對接，完成對平臺及有效載荷的遙控、遙測、統一時(shí)間勤務(wù)等管理。隨著(zhù)航天器產(chǎn)品數量的不斷增加和復雜度的不斷提高，在航天器研制過(guò)程中使用數管模擬器模擬數管分系統對航天器平臺及有效載荷進(jìn)行測試能有效縮短航天器試驗研制周期，降低航天器的研制成本。某航天器數管模擬器是航天器平臺服務(wù)設備，需要對不同信源、不同速率、不同性質(zhì)的多種信息統一管理，形成綜合數據流，以滿(mǎn)足多種信息傳輸的需要，使得上下行信道可以為航天器平臺和有效載荷的各個(gè)不同應用過(guò)程所共有：在信息傳輸過(guò)程中，要求能夠根據當前實(shí)際需要改變上下行通道傳輸的數據類(lèi)型和數據量，從而提高數管系統的效率和效益；在模擬器協(xié)議實(shí)現中要求采用分層結構，系統軟件和應用過(guò)程任務(wù)軟件分別設計，在系統軟件上通過(guò)添加／刪除應用過(guò)程任務(wù)軟件可以實(shí)現不同功能的組合。

1 軟硬件體系
數管模擬器硬件平臺由中央處理器模塊、遙測采集模塊、開(kāi)關(guān)指令等模塊組成，設備組成及與外部設備接口如圖1所示。

中央處理模塊主要完成與地面總控計算機的通訊，接收地面總控發(fā)出的控制命令來(lái)完成器上時(shí)間校準、間接指令的發(fā)送、內存下卸以及總線(xiàn)數據的注入等功能，這個(gè)模塊主要模擬航天器數管計算機功能。中心處理模塊通過(guò)1553B總線(xiàn)和星上其他設備進(jìn)行通信，在這個(gè)總線(xiàn)系統中，中央處理模塊作為總線(xiàn)BC端，其他設備作為總線(xiàn)RT端。
遙測采集模塊模擬航天器遠置單元的數據采集功能，它將采集到的各種離散的遙測量組包后通過(guò)串口發(fā)送給中央處理模塊。
開(kāi)關(guān)指令模塊接收從中央處理模塊來(lái)的命令和數據，完成遙控指令的分配、輸出功能。開(kāi)關(guān)指令模塊模擬遠置單元間接指令功能，即開(kāi)關(guān)指令的驅動(dòng)輸出。

數管模擬器軟件包括有遙測采集模塊軟件與中央處理單元系統軟件，數管模擬器正常工作時(shí)，兩者同時(shí)運行，兩軟件及外部設備數據流關(guān)系如圖2所示。遙測采集模塊軟件負責采集驗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軟件采集；中央控制單元系統軟件還通過(guò)1553B總線(xiàn)采集星上設備數據，經(jīng)過(guò)組幀后通過(guò)RS422總線(xiàn)傳送給地面總控軟件。中央控制單元系統軟件同時(shí)也接收并執行地面總控軟件發(fā)送的時(shí)間校準指令、直接指令、指令組指令、內存下卸指令、總控數據注入等指令。