卫星明密态遥控遥测指令数据传输系统及方法与流程

1.本发明涉及卫星通信技术领域，具体地，涉及一种基于国产处理器的卫星明密态遥控遥测指令数据传输系统及方法。


背景技术：

2.众所周知的原因，随着外围环境的日益严峻，国产化替代成为必然。国产处理器当仁不让将在航天航空领域逐步成为主导地位，应用也将越来越广，越来越成熟。
3.传统星务计算机的遥测遥控接口方案设计中，明密接口都是通过io接口板上的fpga软件来实现接口功能。一旦io接口板出现异常，测控通道的上下行就彻底中断，将产生无法挽回的灾难性后果。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种基于国产处理器的卫星明密态遥控遥测指令数据传输系统及方法。
5.根据本发明的一个方面，提供了一种卫星明密态遥控遥测指令数据传输系统，包括：测控模块、加解密模块以及星载计算机模块；其中：
6.所述测控模块与所述星载计算机模块之间经过加解密模块透传连接，形成独立的明态上下行通道；
7.所述测控模块与所述星载计算机模块之间经过所述加解密模块加解密连接，形成独立的密态上下行通道；
8.所述星载计算机模块采用lsccu01型中央控制单元sip模块作为处理器，所述lsccu01型中央控制单元sip模块的tc/tm接口作为明态遥控遥测接口，用于连接所述明态上下行通道，所述星载计算机的io接口板的同步rs422接口作为密态遥控遥测接口，用于连接所述密态上下行通道。
9.优选地，所述测控模块、所述加解密模块和所述星载计算机模块之间采用双机备份策略，实现明密态遥控数据传输和明密态遥测数据传输；其中：
10.所述测控模块采用双机热备份，包括：测控应答机a机和测控应答机b机；所述加解密模块采用双机冷备份，包括：加解密机a机和加解密机b机；所述星载计算机模块采用双机冷备份，包括星载计算机a机与星载计算机b机。
11.优选地，明态遥控数据传输的双机备份策略，包括：
12.所述测控应答机a机和所述测控应答机b机的数据门同时打开，同时接收来自地面的遥控指令数据；所述测控应答机a机和所述测控应答机b机分别将所述遥控指令数据转发至所述星载计算机a机和所述星载计算机b机；当班的星载计算机通过其明态遥控接口所对应的tc控制器的fifo存储器中读取相应的遥控指令数据包，并对该遥控指令数据包进行比对和校验，确认收到的遥控指令数据包正确无误后，解析并执行该遥控指令，否则丢弃该遥控指令数据包。
13.优选地，密态遥控数据传输的双机备份策略，包括：
14.所述测控应答机a机和所述测控应答机b机的数据门同时打开，同时接收来自地面的遥控指令数据；所述测控应答机a机和所述测控应答机b机分别将所述遥控指令数据发送至所述加解密机a机和所述加解密机b机；当班的加解密机对相应的遥控指令数据解密后转发至当班的星载计算机，当班的星载计算机通过对应的密态遥控接口读取遥控指令数据包，并对该遥控指令数据包进行比对和校验，确认收到的遥控指令数据包正确无误后，解析并执行该遥控指令，否则丢弃该遥控指令数据包。
15.优选地，明态遥测数据传输的双机备份策略，包括：
16.当班的星载计算机通过其对应的明态遥测接口发出遥测信号数据至对应的测控应答机，并通过所述测控应答机转发至地面。
17.优选地，密态遥测数据传输的双机备份策略，包括：
18.当班的星载计算机通过其对应的密态遥测接口发出遥测信号至对应的加解密机，所述加解密机对所述遥测信号加密后发送至对应的测控应答机，并通过所述测控应答机转发至地面。
19.根据本发明的另一个方面，提供了一种卫星明密态遥控遥测指令数据传输方法，包括：
20.在测控模块和星载计算机模块之间构建相互独立的明态上下行通道和密态上下行通道，其中，所述明态上下行通道的明态遥控遥测接口采用星载计算机模块采的lsccu01型中央控制单元sip模块的tc/tm接口，所述密态上下行通道的密态遥控遥测接口采用星载计算机的io接口板的同步rs422接口；
21.所述测控模块将接收到的遥控指令数据通过明态上行通道发送至所述星载计算机模块，所述星载计算机模块通过其对应的明态遥控接口接收数据并进行对比、解析和执行，实现明态遥控指令数据的传输；
22.所述测控模块将接收到的遥控指令数据通过密态上行通道发送至加解密模块进行解密后发送至所述星载计算机模块，所述星载计算机模块通过其对应的密态遥控接口接收数据并进行对比、解析和执行，实现密态遥控指令数据的传输；
23.所述星载计算机模块通过其对应的明态遥测接口和明态下行通道发出遥测信号数据至所述测控模块，并通过所述测控模块转发至地面，实现明态遥测指令数据的传输；
24.所述星载计算机模块通过其对应的密态遥测接口和密态下行通道发出遥测信号至加解密模块，所述加解密模块对所述遥测信号加密后发送至所述测控模块，并通过所述测控模块转发至地面，实现密态遥测指令数据的传输。
25.优选地，所述测控模块、所述加解密模块和所述星载计算机模块之间采用双机备份策略，实现明密态遥控数据传输和明密态遥测数据传输；其中：
26.所述测控模块采用双机热备份，包括：测控应答机a机和测控应答机b机；所述加解密模块采用双机冷备份，包括：加解密机a机和加解密机b机；所述星载计算机模块采用双机冷备份，包括星载计算机a机与星载计算机b机。
27.由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下至少一项的有益效果：
28.本发明提供的卫星明密态遥控遥测指令数据传输系统及方法，充分利用了国产处
理器的lsccu01型中央控制单元sip模块的性能特点，进行了测控通道的明密态遥测设计，满足了航天领域对星地通信的高可靠性指标要求，具有非常重要的实际应用价值。
29.本发明提供的卫星明密态遥控遥测指令数据传输系统及方法，根据航空航天领域需要支持明态和密态双模式的情况下，采用明态和密态接口分开设计的方案，为国产处理器在航空航天领域数据保密严格要求的情况下实现了有效的应用。
30.本发明提供的卫星明密态遥控遥测指令数据传输系统及方法，利用国产处理器lsccu01型中央控制单元sip模块集成的tc/tm接口作为明态遥控遥测接口，可以有效解决io接口板出现异常导致测控通道的上下行彻底中断的问题。
31.本发明提供的卫星明密态遥控遥测指令数据传输系统及方法，实现了处理器在航空航天领域的国产化替代，具有重大的意义。
附图说明
32.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
33.图1为本发明一优选实施例中卫星明密态遥控遥测指令数据传输系统的组成结构示意图。
34.图2为本发明一优选实施例中明密态遥控数据流示意图。
35.图3为本发明一优选实施例中明密态遥测数据流示意图。
36.图4为本发明一优选实施例中卫星明密态遥控遥测指令数据传输方法的工作原理图。
具体实施方式
37.下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
38.本发明一实施例提供了一种卫星明密态遥控遥测指令数据传输系统，该系统将国产处理器测控通道设计了明态和密态两种独立的上下行接口，同时，为了更高的可靠性设计，将明态和密态两种独立的接口分别设计在不同的硬件资源上，避免了io接口板功能异常或者io接口板损坏等情况下，卫星的测控上下行彻底中断，保障了卫星通信正确、稳定的运行。
39.如图1所示，该实施例提供的卫星明密态遥控遥测指令数据传输系统，包括：测控模块、加解密模块以及星载计算机模块；其中：
40.测控模块与星载计算机模块之间经过加解密模块透传连接，形成独立的明态上下行通道；
41.测控模块与星载计算机模块之间经过加解密模块加解密连接，形成独立的密态上下行通道；
42.星载计算机模块采用lsccu01型中央控制单元sip模块作为处理器，lsccu01型中央控制单元sip模块的tc/tm接口作为明态遥控遥测接口，用于连接明态上下行通道，星载
计算机的io接口板的同步rs422接口作为密态遥控遥测接口，用于连接密态上下行通道。
43.在一优选实施例中，测控模块、加解密模块和星载计算机模块之间采用双机备份策略，实现明密态遥控数据传输和明密态遥测数据传输，如图2和图3所示；其中：
44.测控模块采用双机热备份，包括：测控应答机a机和测控应答机b机；加解密模块采用双机冷备份，包括：加解密机a机和加解密机b机；星载计算机模块采用双机冷备份，包括星载计算机a机与星载计算机b机。
45.在一优选实施例中，明态遥控数据传输的双机备份策略，包括：
46.测控应答机a机和测控应答机b机的数据门同时打开，同时接收来自地面的遥控指令数据；测控应答机a机和测控应答机b机分别将遥控指令数据转发至星载计算机a机和星载计算机b机；当班的星载计算机通过其明态遥控接口所对应的tc控制器的fifo存储器中读取相应的遥控指令数据包，并对该遥控指令数据包进行比对和校验，确认收到的遥控指令数据包正确无误后，解析并执行该遥控指令，否则丢弃该遥控指令数据包。
47.在一优选实施例中，密态遥控数据传输的双机备份策略，包括：
48.测控应答机a机和测控应答机b机的数据门同时打开，同时接收来自地面的遥控指令数据；测控应答机a机和测控应答机b机分别将遥控指令数据发送至加解密机a机和加解密机b机；当班的加解密机对相应的遥控指令数据解密后转发至当班的星载计算机，当班的星载计算机通过对应的密态遥控接口读取遥控指令数据包，并对该遥控指令数据包进行比对和校验，确认收到的遥控指令数据包正确无误后，解析并执行该遥控指令，否则丢弃该遥控指令数据包。
49.在一优选实施例中，明态遥测数据传输的双机备份策略，包括：
50.当班的星载计算机通过其对应的明态遥测接口发出遥测信号数据至对应的测控应答机，并通过测控应答机转发至地面。
51.在一优选实施例中，密态遥测数据传输的双机备份策略，包括：
52.当班的星载计算机通过其对应的密态遥测接口发出遥测信号至对应的加解密机，加解密机对遥测信号加密后发送至对应的测控应答机，并通过测控应答机转发至地面。
53.本发明一实施例还提供了一种卫星明密态遥控遥测指令数据传输方法。
54.如图4所示，该实施例提供的卫星明密态遥控遥测指令数据传输方法，包括：
55.在测控模块和星载计算机模块之间构建相互独立的明态上下行通道和密态上下行通道，其中，明态上下行通道的明态遥控遥测接口采用星载计算机模块采的lsccu01型中央控制单元sip模块的tc/tm接口，密态上下行通道的密态遥控遥测接口采用星载计算机的io接口板的同步rs422接口；
56.测控模块将接收到的遥控指令数据通过明态上行通道发送至星载计算机模块，星载计算机模块通过其对应的明态遥控接口接收数据并进行对比、解析和执行，实现明态遥控指令数据的传输；
57.测控模块将接收到的遥控指令数据通过密态上行通道发送至加解密模块进行解密后发送至星载计算机模块，星载计算机模块通过其对应的密态遥控接口接收数据并进行对比、解析和执行，实现密态遥控指令数据的传输；
58.星载计算机模块通过其对应的明态遥测接口和明态下行通道发出遥测信号数据至测控模块，并通过测控模块转发至地面，实现明态遥测指令数据的传输；
59.星载计算机模块通过其对应的密态遥测接口和密态下行通道发出遥测信号至加解密模块，加解密模块对遥测信号加密后发送至测控模块，并通过测控模块转发至地面，实现密态遥测指令数据的传输。
60.下面结合一具体应用实例，对本发明上述实施例提供的技术方案进一步说明。
61.该具体应用实例以天行一号试验卫星为例，进行上述卫星明密态遥控遥测指令数据传输的方案应用。
62.天行一号试验卫星的核心星载计算机是基于国产处理器lsccu01型中央控制单元sip模块，测控通道设计了明态和密态两种独立的上下行接口，为了更高的可靠性设计，将明态和密态两种独立的接口分别设计在不同的硬件资源上：明态通道经过加解密模块透传直接连接到sip模块的tm/tc接口，密态通道则是经过加解密模块后与io接口板的同步rs422相连。
63.在天行一号上，设计了明态和密态两套测控同步rs422接口，接口使用ns公司q级的接口芯片，将明态的遥控遥测接口直接用sip模块自带的tc/tm接口实现，密态遥测遥控接口用io接口板，逻辑部分由fpga来实现。避免io接口板功能异常或者io接口板损坏等情况下，卫星的测控上下行彻底中断，对该款国产处理器的在航天领域的可靠应用提出了测控通道设计新的冗余方案。
64.在该具体应用实例的方案设计中，主要涉及到以下几个接口模块：
65.(1)lsccu01型中央控制单元sip模块的遥测tm接口和遥控tc接口。lsccu01型中央控制单元sip模块内核采用所产抗辐照soc-基于sparc v8的lcsoc3233，模块自带了2路遥测tm接口和2路遥控tc接口，各带1kb的发送fifo和接收fifo；
66.(2)加解密模块，包括：加解密机a机和加解密机b机；
67.(3)测控模块，包括：测控应答机a机和测控应答机b机。
68.在该具体应用实例中，测控应答机a机和测控应答机b机是双机热备份，加解密机a机和加解密机b机是双机冷备份(当班机默认加解密机a机)，星载计算机a机与星载计算机b机是双机冷备份(当班机默认星载计算机a机)。
69.明密态遥控数据传输的双机备份策略，如图2所示，包括：
70.(1)明态遥控指令数据传输流程：测控应答机a/b机的数据门会同时打开，同时接收到来自地面的遥控指令，测控应答机a/b机分别转发给星载计算机a/b机，当班的星载计算机通过其星务软件分别从明态的tc1/tc2控制器fifo中读取遥控数据包，对二者的数据进行比对和校验，确认收到的指令数据包正确无误，才从遥控数据包解析出遥控指令，执行遥控指令，否则丢弃该数据包；
71.(2)密态遥控指令数据传输流程：测控应答机a/b机分别将接收到的加密的遥控数据包，发送给加解密a机和加解密b机，由于加解密a机和加解密b机是双机冷备，当班的加解密机解密后转发到星载计算机的io接口板。和明态遥控处理方法一样，星务软件需要从密态tc1/tc2控制器中读取遥控数据包，解析、比对和执行。
72.明密态遥测数据传输的双机备份策略，如图3所示，包括：
73.(1)明态遥测指令数据传输流程：因为星载计算机是冷备，明态的遥测数据只会从星载计算机当班机的明态遥测tm1或tm2接口发出。分别发送到测控应答机a机和测控应答机b机，测控应答机虽然是热备份，但同一时刻，由星务软件控制只会开其中一台测控应答
机的的发射机(默认设置为测控应答机a机)，所以地面只会捕获一个下行遥测信号；
74.(2)密态遥测指令数据传输流程：密态的遥测数据从星载计算机当班机经io接口板分别发送到加解密a机和加解密b机，因为加解密a机和加解密b机是双机冷备，加密后的遥测数据只会从一个加解密机发出，分别送到测控应答机a机和测控应答机b机。同样只开一台测控应答机的发射机，地面只会接收到一路加密的遥测数据。
75.通过上述方案应用可知，天行一号成功发射后，主动段和入轨段，测控都是采用明态遥测遥控方式，遥测数据接收正常，遥控指令执行正确，卫星上下行功能运行稳定；卫星姿态稳定后，进入在轨任务阶段，到目前为止，都是采用密态遥测遥控策略，所有的密态遥控指令执行都正常，密态遥测数据下行稳定可靠，地面解析正确，无任何误码。
76.本发明上述实施例提供的卫星明密态遥控遥测指令数据传输系统及方法，充分利用了国产处理器的lsccu01型中央控制单元sip模块的性能特点，进行了测控通道的明密态遥测设计，满足了航天领域对星地通信的高可靠性指标要求，具有非常重要的实际应用价值；根据航空航天领域需要支持明态和密态双模式的情况下，采用明态和密态接口分开设计的方案，为国产处理器在航空航天领域数据保密严格要求的情况下实现了有效的应用；实现了处理器在航空航天领域的国产化替代，具有重大的意义。
77.本发明上述实施例中未尽事宜均为本领域公知技术。
78.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

技术特征：
1.一种卫星明密态遥控遥测指令数据传输系统，其特征在于，包括：测控模块、加解密模块以及星载计算机模块；其中：所述测控模块与所述星载计算机模块之间经过加解密模块透传连接，形成独立的明态上下行通道；所述测控模块与所述星载计算机模块之间经过所述加解密模块加解密连接，形成独立的密态上下行通道；所述星载计算机模块采用lsccu01型中央控制单元sip模块作为处理器，所述lsccu01型中央控制单元sip模块的tc/tm接口作为明态遥控遥测接口，用于连接所述明态上下行通道，所述星载计算机的io接口板的同步rs422接口作为密态遥控遥测接口，用于连接所述密态上下行通道。2.根据权利要求1所述的卫星明密态遥控遥测指令数据传输系统，其特征在于，所述测控模块、所述加解密模块和所述星载计算机模块之间采用双机备份策略，实现明密态遥控数据传输和明密态遥测数据传输；其中：所述测控模块采用双机热备份，包括：测控应答机a机和测控应答机b机；所述加解密模块采用双机冷备份，包括：加解密机a机和加解密机b机；所述星载计算机模块采用双机冷备份，包括星载计算机a机与星载计算机b机。3.根据权利要求2所述的卫星明密态遥控遥测指令数据传输系统，其特征在于，明态遥控数据传输的双机备份策略，包括：所述测控应答机a机和所述测控应答机b机的数据门同时打开，同时接收来自地面的遥控指令数据；所述测控应答机a机和所述测控应答机b机分别将所述遥控指令数据转发至所述星载计算机a机和所述星载计算机b机；当班的星载计算机通过其明态遥控接口所对应的tc控制器的fifo存储器中读取相应的遥控指令数据包，并对该遥控指令数据包进行比对和校验，确认收到的遥控指令数据包正确无误后，解析并执行该遥控指令，否则丢弃该遥控指令数据包。4.根据权利要求2所述的卫星明密态遥控遥测指令数据传输系统，其特征在于，密态遥控数据传输的双机备份策略，包括：所述测控应答机a机和所述测控应答机b机的数据门同时打开，同时接收来自地面的遥控指令数据；所述测控应答机a机和所述测控应答机b机分别将所述遥控指令数据发送至所述加解密机a机和所述加解密机b机；当班的加解密机对相应的遥控指令数据解密后转发至当班的星载计算机，当班的星载计算机通过对应的密态遥控接口读取遥控指令数据包，并对该遥控指令数据包进行比对和校验，确认收到的遥控指令数据包正确无误后，解析并执行该遥控指令，否则丢弃该遥控指令数据包。5.根据权利要求2所述的卫星明密态遥控遥测指令数据传输系统，其特征在于，明态遥测数据传输的双机备份策略，包括：当班的星载计算机通过其对应的明态遥测接口发出遥测信号数据至对应的测控应答机，并通过所述测控应答机转发至地面。6.根据权利要求2所述的卫星明密态遥控遥测指令数据传输系统，其特征在于，密态遥测数据传输的双机备份策略，包括：当班的星载计算机通过其对应的密态遥测接口发出遥测信号至对应的加解密机，所述
加解密机对所述遥测信号加密后发送至对应的测控应答机，并通过所述测控应答机转发至地面。7.一种卫星明密态遥控遥测指令数据传输方法，其特征在于，包括：在测控模块和星载计算机模块之间构建相互独立的明态上下行通道和密态上下行通道，其中，所述明态上下行通道的明态遥控遥测接口采用星载计算机模块采的lsccu01型中央控制单元sip模块的tc/tm接口，所述密态上下行通道的密态遥控遥测接口采用星载计算机的io接口板的同步rs422接口；所述测控模块将接收到的遥控指令数据通过明态上行通道发送至所述星载计算机模块，所述星载计算机模块通过其对应的明态遥控接口接收数据并进行对比、解析和执行，实现明态遥控指令数据的传输；所述测控模块将接收到的遥控指令数据通过密态上行通道发送至加解密模块进行解密后发送至所述星载计算机模块，所述星载计算机模块通过其对应的密态遥控接口接收数据并进行对比、解析和执行，实现密态遥控指令数据的传输；所述星载计算机模块通过其对应的明态遥测接口和明态下行通道发出遥测信号数据至所述测控模块，并通过所述测控模块转发至地面，实现明态遥测指令数据的传输；所述星载计算机模块通过其对应的密态遥测接口和密态下行通道发出遥测信号至加解密模块，所述加解密模块对所述遥测信号加密后发送至所述测控模块，并通过所述测控模块转发至地面，实现密态遥测指令数据的传输。8.根据权利要求7所述的卫星明密态遥控遥测指令数据传输方法，其特征在于，所述测控模块、所述加解密模块和所述星载计算机模块之间采用双机备份策略，实现明密态遥控数据传输和明密态遥测数据传输；其中：所述测控模块采用双机热备份，包括：测控应答机a机和测控应答机b机；所述加解密模块采用双机冷备份，包括：加解密机a机和加解密机b机；所述星载计算机模块采用双机冷备份，包括星载计算机a机与星载计算机b机。

技术总结
本发明提供了一种卫星明密态遥控遥测指令数据传输系统及方法，其中系统包括：测控模块、加解密模块以及星载计算机模块；测控模块与星载计算机模块之间经过加解密模块透传连接，形成独立的明态上下行通道；测控模块与星载计算机模块之间经过加解密模块加解密连接，形成独立的密态上下行通道；星载计算机模块采用LSCCU01型中央控制单元SIP模块作为处理器，其TC/TM接口作为明态遥控遥测接口，用于连接明态上下行通道，星载计算机的IO接口板的同步RS422接口作为密态遥控遥测接口，用于连接密态上下行通道。本发明采用明态和密态接口分开设计的方案，为国产处理器在航空航天领域数据保密严格要求的情况下实现了有效的应用。保密严格要求的情况下实现了有效的应用。保密严格要求的情况下实现了有效的应用。


技术研发人员：朱昊 沈欣 丁宇池 周航琪 李泠霏
受保护的技术使用者：上海微小卫星工程中心
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/9/6