一种采用任务模板的小卫星电子载荷任务上注方法

摘要

本发明一种采用任务模板的小卫星电子载荷任务上注方法。1)当卫星进入可测控区域内时，电子载荷下位机开机；接收地面站上注的任务模板上注数据包；将任务模板存储到载荷下位机中，完成任务模板的上注和存储并关机；2)当卫星再次或后续多次进入可测控区域内时，电子载荷下位机开机，读取存储的任务模板；3)接收地面站上注的任务上注数据包；4)将任务包存储到载荷下位机中，完成任务包的在轨生成和存储并关机。该方法解决了以往小卫星电子载荷每次任务上注时都需要将完整的任务包数据全部上注到星上，上注效率较低的问题，能够减少小卫星电子载荷的任务上注量，提高任务上注效率，提高了卫星的可靠性和安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种小卫星电子载荷任务上注方法。

背景技术

现代小卫星研制成本低、研制周期短、体积小、抗摧毁性好，得到了飞速 的发展和应用。然而现代小卫星轨道高度一般较低，受地面站和卫星条件约束， 每次过境时间较短，上行遥控速率较低，在有限的时间内和有限的上行速率下 需要完成卫星平台的日常维护工作，以及包括遥测遥控数据在内的大量星地数 据交换。与此同时，随着小卫星电子载荷技术的发展，小卫星上搭载的电子载 荷的种类和数量越来越多，功能越来越强大，工作模式越来越复杂，地面用户 在轨使用时需要编排大量复杂的载荷任务包并上注到卫星上才能执行正常的载 荷任务。载荷任务包的上注量较大，花费的时间较长，占用了较多的上行遥控 信道资源，降低了上注的可靠性，给载荷任务的正常执行也带来了一定的风险。

对小卫星电子载荷的工作模式进行分析发现，电子载荷许多工作模式下的 大部分任务参数设置在多次任务内都是固定不变的。这样就不需要每次都将任 务的所有参数进行上注，通过将预先设置好的任务参数上注并存储到星上，每 次过境时调用之前存储的任务参数，仅上注需要修改的部分参数即可。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种采用任务模板 的小卫星电子载荷任务上注方法，解决了目前小卫星电子载荷每次任务上注时 都需要将完整的任务包数据全部上注到星上，导致上注效率较低的问题。

本发明的技术方案是：一种采用任务模板的小卫星电子载荷任务上注方法， 步骤如下：

1)当卫星进入可测控区域内时，电子载荷下位机开机，完成初始化；接收 地面站上注的任务模板上注数据包；将新的任务模板存储到载荷下位机中，完 成新的任务模板的上注和存储并关机；所述的任务模板上注数据包是多个任务 模板的组合，其内容包括数据包类型、任务模板总长度、任务模板数量、任务 模板、校验位；所述的任务模板中的内容包括任务模板索引号、参数内容；

2)当卫星再次或后续多次进入可测控区域内时，电子载荷下位机开机，完 成初始化，读取步骤1)中存储的任务模板；

3)接收地面站上注的任务上注数据包；所述的任务上注数据包是多个任务 包的组合，其内容包括数据包类型、任务包总长度、任务包数量、任务包、校 验位；所述的任务包包括完整上注类型任务包和任务模板上注类型任务包，两 种类型的任务包可以单独上注也可以混合上注，即一个任务上注数据包中的多 个任务包可以全部是完整上注类型任务包，也可以全部是任务模板上注类型任 务包，还可以是完整上注类型任务包和任务模板上注类型任务包的任意组合； 完整上注类型任务包为完整的可执行的任务包，其内容包括任务号、任务时间、 上注类型、参数内容；任务模板上注类型任务包为不可执行的任务包，其内容 包括任务号、任务时间、上注类型、任务模板索引号、修改参数；所述的修改 参数包括修改参数数量、修改参数地址和修改参数内容；对于任务模板上注类 型任务包，按照任务模板索引号索引步骤2)中的任务模板，按照修改参数修 改索引到的任务模板中相应地址的参数，同时结合任务号、任务时间生成完整 的可执行的任务包；

4)将完整的可执行的任务包存储到载荷下位机中，完成任务包的在轨生成 和存储并关机。

步骤1)和步骤2)中初始化的具体方法为：

111)读取预先存储的任务模板，按照任务模板索引号建立任务模板链表； 所述的任务模板链表是指按照任务模板索引号的大小顺序排序的任务模板列 表；

112)读取预先存储的任务包，按照任务时间建立任务链表；所述的任务链 表是指按照任务包任务时间的先后顺序排序的任务列表。

步骤1)中接收地面站上注的任务模板上注数据包的具体方法为：

121)提取任务模板上注数据包中的数据包类型，根据数据包类型判断本次 上注的数据包是否是任务模板上注数据包，当数据包为任务模板上注数据包时， 执行步骤122)，否则跳转到步骤31)；

122)提取任务模板上注数据包中的任务模板总长度，确定上注数据包的总 长度，计算得到上注数据包的校验值，同时提取任务模板上注数据包中的校验 值，将计算的校验值与提取的校验值比较，若两者相同，表明数据包上注成功， 否则将本次上注的数据包丢弃；上注成功后，提取任务模板上注数据包中的任 务模板数量，按照任务模板上注数据包格式提取各个任务模板，根据各个任务 模板的任务模板索引号建立上注任务模板链表；

123)判断在步骤1)中初始化后是否有旧的任务模板链表，如果有旧的任 务模板链表，将上注任务模板链表和旧的任务模板链表按照任务模板索引号合 并，任务模板索引号相同的，将旧的任务模板丢弃，保留上注的任务模板，并 重新进行排序，建立新的任务模板链表；如果没有旧的任务模板链表，则将上 注任务模板链表作为新的任务模板链表；

124)判断新的任务模板链表中的所有任务模板的大小是否超过限定的大 小；如果超过限定的大小，则将任务模板链表中排序靠后的超过限定大小的任 务模板丢弃。

步骤3)的具体操作步骤为：

31)提取任务上注数据包中的数据包类型，根据数据包类型判断本次上注 的数据包是否是任务上注数据包；当上注数据包为任务上注数据包时，执行步 骤32)；否则跳转到步骤1)；

32)提取任务上注数据包中的任务包总长度，确定上注数据包的总长度， 计算得到上注数据包的校验值，同时提取任务上注数据包中的校验值，将计算 的校验值与提取的校验值比较，若两者相同，表明数据包上注成功，否则将本 次上注的数据包丢弃；上注成功后，提取任务上注数据包中的任务包数量，按 照任务上注数据包格式提取各个任务包；

33)提取任务包中的上注类型，根据上注类型判断该任务包是完整上注类 型任务包还是任务模板上注类型任务包，当上注类型是完整上注类型任务包时， 形成上注任务链表，跳转到步骤35)，当上注类型是任务模板上注类型任务包 时，执行步骤34)；

34)提取任务模板上注类型任务包中的任务模板索引号，按照任务模板索 引号索引步骤2)中建立的任务模板链表中的相应的任务模板；提取任务模板 上注类型任务包中的修改参数，确定需要修改的参数数量、参数地址和参数内 容，按照修改参数地址计算修改参数在索引到的任务模板中的地址，按照修改 参数内容修改索引到的任务模板中计算得到的对应地址的参数内容；任务模板 中不需要修改的参数保留原来的内容不变；将修改完的参数内容结合任务模板 上注类型任务包中的任务号、任务时间生成完整的可执行的任务包；将所有的 任务包处理完成后，根据各个任务包的任务时间建立上注任务链表；

35)判断在步骤2)中初始化后是否有旧的任务链表，如果有旧的任务链 表，将上注任务链表和旧的任务链表按任务时间合并，任务时间存在重合的， 将旧的任务包丢弃，保留上注的任务包，并重新进行排序，建立新的任务链表； 如果没有旧的任务链表，则将上注任务链表作为新的任务链表；

36)判断新的任务链表中的所有任务包的大小是否超过限定的大小；如果 超过限定的大小，则将任务链表中排序靠后的超过限定大小的任务包丢弃。

本发明与现有技术相比的优点在于：采用任务模板的上注方式，任务模板 格式中设计有任务模板索引号，通过将包含除任务号、任务时间外的其他具有 较大上注量的可执行任务包的所有参数内容的任务模板提前上注并存储到星 上，后续多次使用时根据每次的具体使用需求仅需要上注具有极少上注量的本 次任务的任务号、任务时间以及任务模板索引号和修改参数即可，按照任务模 板索引号索引提前上注并存储到星上的任务模板，按照修改参数修改索引到的 任务模板中相应地址的参数内容，同时结合任务号、任务时间从而在星上在轨 即可生成完整的可执行的任务包。这样就减少了小卫星电子载荷的任务上注量， 提高了任务上注效率，同时提高了卫星的可靠性和安全性。

附图说明

图1是电子载荷下位机硬件系统示意图；

图2是采用任务模板的电子载荷任务上注方法；

图3是电子载荷任务模板和任务包上注处理流程图；

图4是任务模板上注数据包格式和单个任务模板格式；

图5是任务上注数据包格式和单个任务模板上注类型任务包格式；

图6是任务上注数据包格式和单个完整上注类型任务包格式。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示，典型的小卫星电子载荷下位机的硬件系统包括CPU(中央处 理器CentralProcessingUnit)、PROM(可编程只读存储器Programable Read-OnlyMemory)、EEPROM(电可擦可编程只读存储器Electrically ErasableProgramableRead-OnlyMemory)和SRAM(静态随机存储器Static RandomAccessMemory)。PROM用于固化引导、初始化等程序代码，完成 将EEPROM中应用程序、任务模板和任务包调入内存并运行；EEPROM用于 存储应用程序、程序运行过程中产生的重要状态数据以及地面上注的任务模板 和任务包数据等；SRAM用于运行程序和程序运行所需的数据存储空间和遥测 数据存储及应用数据存储。电子载荷下位机通过卫星平台的测控、星务分系统 实现与地面的数据交互。

以下实施例均是在图1所示的硬件系统环境下进行的，该硬件环境仅作为 优选的实施方式，并不限定本发明的一种采用任务模板的小卫星电子载荷任务 上注方法的实施环境。

如图2、图3所示，本发明一种采用任务模板的小卫星电子载荷任务上注 方法在具体实施时包括以下步骤：

S1：当卫星进入可测控区域内时，电子载荷下位机开机，完成初始化；接 收地面站上注的任务模板上注数据包；将新的任务模板存储到载荷下位机中， 完成新的任务模板的上注和存储并关机。任务模板上注数据包是多个任务模板 的组合，其内容包括数据包类型、任务模板总长度、任务模板数量、任务模板、 校验位；任务模板中的内容包括任务模板索引号、参数内容。任务模板上注数 据包和单个任务模板的数据格式如图4所示。该步骤采用以下步骤实现：

S11：当卫星进入可测控区域内时，电子载荷下位机开机，完成初始化。 初始化采用以下步骤实现：

S111：从外部EEPROM中读取预先存储的任务模板到外部SRAM中，在 外部SRAM中按照任务模板的索引号建立任务模板链表；任务模板链表是指按 照任务模板索引号的大小顺序排序的任务模板列表。当电子载荷下位机是在轨 首次开机或者外部EEPROM中没有存储任务模板时，不存在任务模板链表或 者任务模板链表为空。

S112：从外部EEPROM中读取预先存储的任务包到外部SRAM中，在外 部SRAM中按照任务包的任务时间建立任务链表；任务链表是指按照任务包任 务时间的先后顺序排序的任务列表。当电子载荷下位机是在轨首次开机或者外 部EEPROM中没有存储任务包时，不存在任务链表或者任务链表为空。

S12：电子载荷下位机接收地面站上注的用户编排的新的任务模板上注数 据包。采用以下步骤实现：

S121：提取任务模板上注数据包中的“数据包类型”，根据数据包类型判 断本次上注的数据包是否是任务模板上注数据包。当上注数据包为任务模板上 注数据包时，将任务模板上注数据包存入到任务模板上注数据缓冲区，执行步 骤S122；否则跳转到步骤S31。

S122：提取任务模板上注数据包中的“任务模板总长度”，确定上注数据 包的总长度，计算上注数据包中从“数据包类型”到“任务模板N内容”的校 验值，校验值的计算方法按照卫星和地面事先约定采用相同的计算方法即可， 同时提取任务模板上注数据包中的“校验位”，将计算的校验值与提取的校验值 比较，若两者相同，则校验正确表明数据包上注成功，将遥测“任务包(模板) 上注状态”置为“上注成功”，否则将本次上注的数据包丢弃并将遥测置为“校 验错误”，通知地面处理。成功接收任务模板上注数据包后，提取任务模板上注 数据包中的“任务模板数量”，按照任务模板上注数据包格式提取各个任务模板， 根据各个任务模板的任务模板索引号建立上注任务模板链表。

S123：判断在步骤S1中初始化后是否有旧的任务模板链表，如果有旧的 任务模板链表，将上注任务模板链表和旧的任务模板链表按任务模板索引号合 并，任务模板索引号相同的，将旧的任务模板丢弃，保留上注的任务模板，并 重新进行排序，建立新的任务模板链表。如果没有旧的任务模板链表，则将上 注任务模板链表作为新的任务模板链表。

S124：判断新的任务模板链表中的所有任务模板的大小是否超过限定的大 小。如果超过限定的大小，则将任务模板链表中排序靠后的超过限定大小的任 务模板丢弃，同时将遥测“任务包(模板)存储状态”置为“超过限定大小”。 限定的大小是由预先在EEPROM中分配给任务模板的存储空间的容量大小决 定。

S13：接收地面上注指令“将任务包(模板)存入EEPROM”，将不超过 限定大小的任务模板存入到外部EEPROM中，从而完成任务模板的上注和存 储并关机。

S2：当卫星再次或后续多次进入可测控区域内时，电子载荷下位机开机， 完成初始化，初始化步骤同S111～S112，读取步骤S1中存储的任务模板；

S3：电子载荷下位机接收地面站上注的用户编排的任务上注数据包。任务 上注数据包数据是多个任务包的组合，其内容包括数据包类型、任务包总长度、 任务包数量、任务包、校验位。任务包包括完整上注类型任务包和任务模板上 注类型任务包，对应的格式分别如图6和图5所示。两种类型的任务包可以单 独上注也可以混合上注，即一个任务上注数据包中的多个任务包可以全部是完 整上注类型任务包，也可以全部是任务模板上注类型任务包，还可以是完整上 注类型任务包和任务模板上注类型任务包的任意组合。完整上注类型任务包为 完整的可执行的任务包，其内容包括任务号、任务时间、上注类型、参数内容。 任务模板上注类型任务包为不可执行的任务包，其内容包括任务号、任务时间、 上注类型、任务模板索引号、修改参数数量、修改参数地址和修改参数内容。 该步骤包括以下步骤：

S31：提取任务上注数据包中的“数据包类型”，根据数据包类型判断本次 上注的数据包是否是任务上注数据包。当上注数据包为任务上注数据包时，将 任务上注数据包存入到任务包数据缓冲区，执行步骤S32；否则跳转到步骤 S121；

S32：提取任务上注数据包中的“任务包总长度”，确定上注数据包的总长 度，计算上注数据包中从“数据包类型”到“任务包N内容”的校验值，校验 值的计算方法按照卫星和地面事先约定采用相同的计算方法即可，同时提取任 务上注数据包中的“校验位”，将计算的校验值与提取的校验值比较，若两者相 同，则校验正确表明数据包上注成功，将遥测“任务包(模板)上注状态”置 为“上注成功”，否则将本次上注的数据包丢弃并将遥测置为“校验错误”，通 知地面处理。成功接收任务上注数据包后，提取任务上注数据包中的“任务包 数量”，按照任务上注数据包格式提取各个任务包。

S33：提取任务包中“上注类型”，根据上注类型判断该任务包是完整上注 类型任务包还是任务模板上注类型任务包，当上注类型是完整上注类型任务包 时，跳转到步骤S35，当上注类型是任务模板上注类型任务包时，执行步骤S34。

S34：提取任务模板上注类型任务包中的“任务模板索引号”，按照任务模 板索引号索引步骤S2中从外部EEPROM读取到外部SRAM中建立的任务模 板链表中的相应的任务模板。提取任务模板上注类型任务包中的“修改参数数 量”确定需要修改的参数的数量，提取“修改参数1～N”，确定需要修改的N 个参数在索引到的任务模板中的地址以及需要修改的内容，按照“修改参数1 地址”计算修改参数1在索引到的任务模板中的地址，按照“修改参数1内容” 修改索引到的任务模板中计算得到的对应地址的参数内容，依次将需要修改的 N个参数全部修改完成。任务模板中不需要修改的参数内容保留原来的内容不 变。将修改完的参数内容结合任务包中的任务号、任务时间、上注类型、任务 模板索引号合并生成新的完整的可执行的任务包。

S35：判断步骤S32中提取的所有的任务包是否都处理完毕，即判断当前 任务包是否是第N个任务包，如果是则将所有的任务包按照任务时间排序，建 立上注任务链表；否则跳转到步骤S33继续处理。

S36：判断在步骤S2中初始化后是否有旧的任务链表，如果有旧的任务链 表，将上注任务链表和旧的任务链表按任务时间合并，任务时间存在重合的， 将旧的任务包丢弃，保留上注的任务包，并重新进行排序，建立新的任务链表。 如果没有旧的任务链表，则将上注任务链表作为新的任务链表。任务时间是指 从任务起始时间到任务结束时间的时间段，任务时间重合是指各个任务包的任 务时间存在完全重合或部分重合的情况。

S37：判断新的任务链表中的所有任务包的大小是否超过限定的大小。如 果超过限定的大小，则将任务链表中排序靠后的超过限定大小的任务包丢弃， 同时将遥测“任务包(模板)存储状态”置为“超过限定大小”。限定的大小由 预先在EEPROM中分配给任务包的存储空间容量大小决定。

S4：接收地面上注指令“将任务包(模板)存入EEPROM”，将不超过限 定大小的任务包存入到外部EEPROM中。从而完成任务包的生成和存储并关 机，待任务时间到时开机启动任务执行即可。

如表1所示，本发明设计有相关遥测反映上注过程中的状态。遥测“任务 (模板)数据包上注状态”反映了上注过程中数据包的的状态，该遥测有四种 状态：“空闲”、“上注中”、“上注成功”和“校验错误”，载荷下位机开机初始 化完成后该遥测显示为“空闲”表明初始化已完成可以进行数据包上注，在数 据包上注过程中显示为“上注中”表明正在上注，上注完成后载荷下位机对上 注的数据包进行校验，校验正确则将遥测置为“上注成功”表明数据包接收正 确，校验错误则将遥测置为“校验错误”。遥测“任务模板数量”、“任务模板大 小”和“未执行任务数量”、“未执行任务大小”反映了任务模板和任务的数量 和大小，载荷下位机开机初始化后从外部EEPROM中将存储的任务模板和任 务读取到外部SRAM中，此时该遥测反映了存储的任务模板和任务的数量和大 小；在上注过程中该遥测显示的任务模板和任务的数量和大小在不断增加，上 注完成后显示的即为原来的数量和大小加上新上注的数量和大小，当存在任务 模板索引号冲突或者任务冲突的情况时，显示的为合并以后的总的数量和大小。 遥测“任务(模板)存储状态”反映了任务(模板)在存储时是否超过限定的 存储空间大小，“正常”表明任务(模板)可以正常存储，“超过限定大小”表 明任务(模板)超过了限定大小存在丢弃的情况。地面人员可以根据这些遥测 的状态综合判断任务(模板)是否上注成功，上注失败时通过遥测准确定位问 题并采取相应的处理措施。

表1任务(模板)上注过程中相关遥测

本发明中设计的任务模板和任务包相关格式如图4～图6所示，下面结合图 4～图6对其格式分别做出详细说明。

参见图4，任务模板上注数据包格式说明如下：

参见图4，单个任务模板格式说明如下：

参见图5、图6，任务上注数据包格式说明如下：

参见图5，单个任务模板上注类型任务包格式说明如下：

参见图6，单个完整上注类型任务包格式说明如下：

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。