软件需求规格说明-研制任务书.pdf

风云四号科研试验卫星地面应用系统工程风云四号科研试验卫星地面应用系统工程 数据获取和测控系统（数据获取和测控系统（dts）卫星模拟器卫星模拟器分系统分系统 研制任务书研制任务书 编写：编写： 校对：校对： 审核：审核： 会签会签： 批准：批准： 中国气象局中国气象局国家卫星气象中心国家卫星气象中心 二一二一四四年年九九月月 目 录 1 范围范围 . 1 1.1 标识 1 1.2 系统概述 1 1.3 文档概述 1 2 引用文档引用文档 . 1 2.1 应用文档 1 2.2 参考文档 2 3 研制要求研制要求 . 2 3.1 要求概述 2 3.2 系统能力 错误错误!未定义书签。未定义书签。 3.2.1 系统组成 . 2 3.2.2 系统功能 . 3 3.2.3 各子模块功能 . 4 3.3 主要技术指标 7 3.3.1 遥测模块 . 7 3.3.2 遥控模块 . 7 3.4 系统外部接口 8 3.5 系统内部接口 错误错误!未定义书签。未定义书签。 3.6 安全性 9 3.7 保密性 9 3.8 系统环境 9 3.9 计算机 错误错误!未定义书签。未定义书签。 3.9.1 计算机资源 . 9 3.9.2 计算机硬件 . 9 3.9.3 硬件资源利用 . 错误错误!未定义书签。未定义书签。 3.9.4 硬件资源利用 . 10 3.9.5 计算机软件 . 10 3.9.6 计算机通信 . 11 3.10 系统质量因素 . 11 3.11 设计和建造要求 . 11 3.11.1 标准化要求： 11 3.11.2 图纸资料要求： 11 3.12 其它要求 . 11 3.12.1 评审 11 3.12.2 研制周期 11 3.12.3 现场验收 11 3.12.4 正式交付 12 3.12.5 入场日期 错误错误!未定义书签。未定义书签。 3.12.6 培训要求 12 3.12.7 包装需求 12 4 合格性规定合格性规定 . 12 4.1 用户参与重要里程碑节点评审和验收 12 4.2 分系统验收和交付 12 5 需求可追踪性需求可追踪性 . 12 1 1 范围范围 1.1 标识标识 标识号：fy-4a/dts/ sss 标题：风云四号科研试验卫星地面应用系统工程数据获取和测控系统 （dts）卫星模拟器分系统研制任务书。 适用系统：获取和测控系统（dts） 、任务管理和控制系统（mcs） 。 1.2 系统概述系统概述 dts 系统是地面应用系统与卫星之间进行通信和数据交换的前端系统， 卫星模拟器是其重要组成部分。在地面应用系统的研制和测试过程中，需要 利用卫星模拟器接收地面发送的遥控指令，按照星地协议对指令进行处理和 校验返回；按照星上的数据格式，生成模拟的载荷、姿控、图形定位配准和 测控数据，并通过模拟的数传通道和测控通道向地面系统提供所需的遥测、 数传数据，以此验证星地数传数据接口和格式的匹配性、验证地面系统指令 发送的正确性以及遥测数据处理、比对的时效性和正确性。通过以上全面的 验证，保证卫星在轨业务的成功运行。 1.3 文档概述文档概述 风云四号科研试验卫星地面应用系统工程数据获取和测控系统（dts） 卫星模拟器研制任务书用于 fy-4a 卫星模拟器的研制、测试、调试和联试 过程。主要内容包括分系统组成、功能、性能指标，系统接口、系统适应性、 安全保密及质量要求。 本分系统研制任务书保密性与风云四号科研试验卫星地面应用系统要求 一致。 2 引用文档引用文档 2.1 应用文档应用文档 风云四号科研试验卫星地面应用系统工程可行性研究报告 ， 国家卫星 气象中心。 2 风云四号科研试验卫星地面应用系统工程初步方案设计 ， 国家卫星气 象中心。 2.2 参考文档参考文档 风云四号科研试验卫星地面应用系统工程初步设计方案 ， 国家卫星气 象中心。 3 研制要求研制要求 3.1 要求要求概述概述 在卫星地面应用系统研制、测试、调试和联试过程中，要求卫星模拟器 能够配合地面应用系统进行各种星地试验，输出仿真数据，验证星地数据传 输接口及载荷数据格式的匹配性， 验证图像定位与配准星地工作原理、 流程， 并对精度进行初步检验，检验指令发送和遥测数据返回、处理、比对和执行 的情况，检验地面应用系统发送卫星指令的正确性、时效性，对星地系统的 协同性进行验证，对地面系统观测任务的确定、系统调度的有效性等进行试 验验证。在卫星发射后，可以将指令执行结果与在轨卫星的执行结果进行比 对验证。在地面应用系统研制过程中，研制方分阶段提供应用设备。 3.1.1 系统组成系统组成 卫星模拟器由控制处理机和多个功能模拟器组成。 控制处理机负责设置各子功能模拟器的初始运行参数，监控各子功能模 拟器的运行状态。 各子功能模拟器包括测控模拟器、数管模拟器、姿轨控模拟器、载荷模 拟器（含图像定位和配准功能） 、数传模拟器。 卫星模拟器系统组成和连接框图如图 1 所示。 3 图 1 卫星模拟器组成框图及信息流程 3.1.2 系统功能系统功能 卫星模拟器具有以下功能： 1、*数据传输模拟功能： （*标为关键重要的功能、指标和工作） 按照卫星数据的产生流程，生成模拟的载荷、姿控、图像定位配准和 测控数据，并通过模拟的数传通道和测控通道向地面系统提供所需的遥测、 数传数据； 载荷数据格式：试用阶段提供固定格式数据输出；正式交付的设备， 成像辐射计输出地球模拟云图（以用户提供的模拟动态云图作为输入） ，垂直 探测仪红外通道输出黑体定标数据，可见光通道输出固定图形数据； 数传能模拟左、右旋双路传输和单路左旋或右旋传输，左右旋中频各 输出 1 路； 2、*测控模拟功能： 用来验证星地测控数据接口和格式的匹配性、 验证地面系统指令发送 的正确性以及遥测数据处理、比对的时效性和正确性； 根据卫星遥控码表对全部业务指令和部分工程指令进行测试 （指令内 4 容另行规定） ； 模拟卫星的测控流程（另行规定） ； 3、*姿态模拟功能： 按照卫星设计和工作状态输出姿态数据（含姿态敏感器数据） ； 具备接收上注轨道参数，并具有轨道外推的能力； 4、*图像定位配准模拟功能： 按照轨道运动、时间、姿态和热变形变化的关系（符合风云四号卫星 的动力学模型和结构热变形规律） ，输出成像辐射计的恒星敏感数据； 接收上注的成像辐射计热变形参数， 并按照扫描辐射计光路原理建立 的热变形等效失配角模型，进行扫描镜指向补偿并输出配准的图像； 可以检验探测仪热变形参数上注功能； 5、*模拟辐冷屏不同朝向（卫星调头模式）的工作模式： 6、模拟器设备管理功能：具备运行状态监控功能； 7、*设备易扩展性功能：通过软件升级能够适应后续风云四号系列卫星 的需求； 8、 时间同步功能： 模拟器根据地面应用系统提供的 b 码实现时间同步 （地 面应用系统提供 b 码） 3.1.2.1 控制计算机控制计算机 控制计算机实现卫星模拟器与用户的人机交互，负责对卫星模拟器中各 个子功能模拟器进行初始运行状态设置、子模拟器运行状态监控以及子模拟 器启停控制。 控制计算机与各子功能模拟器通过网络连接， 按照 udp 或 tcp/ip 协议通讯。 3.1.2.2 测控模拟器测控模拟器 接收地面应用系统输出的遥控中频信号，解调出遥控数据，识别出 直接遥控指令或遥控注数； 将直接遥控指令的代号、脉宽和幅度等信息送控制计算机显示，将 直接遥控指令的 24bit 数据填充至遥测帧并下传地面应用系统，用 于地面应用系统直接遥控指令大回路比对； ； 5 对遥控注数（包含间接指令、内部指令、软件指令、载荷工作指令 等）进行帧同步、解扰、校验、符合性检查，并传输至数管模拟器 进行数据后续处理； 接收数管模拟器产生的基带数据， 并进行 24 比特遥控数据及星时数 据的填充，进行基带数据处理与调制，按信道规定的格式输出中频 信号； 通过卫星测控模拟器对地面应用系统进行分系统、系统、全系统调 试，验证遥测数据解调、传输、处理、存储和分发接口的正确性以 及流程的实效性。 3.1.2.3 数管模拟器数管模拟器 根据卫星各种轨道工作模式设置产生模拟遥测源包，模拟遥测源包 数据存储在数管模拟器内，由地面遥控注数指令选择卫星工作模式 选择输出相应的遥测数据； 解析测控模拟器输出的遥控数据，生成各类指令返回包，并填充至 遥测帧相应位置； 对不同工作模式下产生的遥测源包组帧并传输至测控模拟器； 产生部分低速载荷包，通过发送至数传模拟器； 根据卫星通讯协议，发送内部指令、软件指令、工作指令至姿轨控、 载荷、数传模拟器，并接收姿轨控、载荷、数传等模拟器输出的遥 测源包。 3.1.2.4 数传模拟数传模拟器器 aos 格式化处理：根据星上 ccsds aos 协议处理过程，完成载荷数 据包数据的虚拟信道复用、vcdu 组帧、cadu 组帧处理，并通过 lvds 电平接口送入地面接收，以验证 aos 解包过程的正确性； ldpc 编码：根据星上数传系统 ldpc 编码规则，完成 cadu 数据帧的 信道编码，以验证 ldpc 信道译码过程的正确性； gmsk 基带调制：根据星上数传系统 gmsk 基带调制方法，完成编码 后数据的信道调制，并将已调信号发送到中频调制模块产生中频调 6 制信号； if 上变频：将 gmsk 基带调制信号转换成中频 720mhz 的调制信号， 并通过中频信号接口送入地面应用系统接收，以验证中频信号解调 的正确性； 工作模式切换：数传模拟器正常情况下双路工作，也可通过指令切 换为单路工作。 双路工作和单路工作时数据格式符合卫星文件要求。 3.1.2.5 载荷模拟载荷模拟器器 可选任意有效载荷的科学源包数据输出， 分别检验仪器科学源包数据 的正确性； 根据星上载荷数据包处理过程，完成模拟载荷科学源数据包装，分别 产生四台有效载荷探测的模拟数据。模拟数据的产生与定位配准模拟单元和 姿态模拟单元同步，将数据发送给数传模拟器； 多通道扫描成像辐射计接收定位配准模拟单元光轴指向数据， 模拟地 球全圆盘成像数据、地球区域成像数据、恒星敏感成像数据； 干涉式大气垂直探测仪模拟固定干涉图数据； 闪电成像仪包含模拟闪电数据和模拟地标数据； 空间环境监测仪器包模拟空间环境探测数据。 3.1.2.6 图像定位配准模拟器图像定位配准模拟器 按照卫星设计的下传速率输出星敏及陀螺数据， 包括遥测及高速实时 数据； 根据图像定位与配准星地分工，按照卫星设计接口，接收由地面上注 的热形变参数，并利用软件模拟系统，按照星上图像定位与配准工作模式 （fftc+amc+omc+tmc、fftc、fftc+amc+omc） ，完成成像仪和干 涉仪的扫描镜补偿量计算； 模拟成像仪对地观测和恒星敏感数据； 根据模拟后的补偿量，模拟对地和恒星观测数据，并按照星地数传格 式，输出完整的模拟数据，由地面处理。 7 3.1.2.7 姿轨控模拟姿轨控模拟器器 姿轨控模拟单元可设置卫星的初始运行轨道、轨道坐标系（卫星姿态 南北掉头） 、星敏感器工作状态、陀螺工作状态； 按照卫星设计接口，接收由地面上注的轨道参数； 能够产生卫星姿态模拟数据，能够产生太敏、地敏、陀螺、星敏的测 量数据； 按照 ccsds 格式将卫星姿态数据、陀螺测量数据、星敏感器测量数 据、地球敏感器测量数据、太阳敏感器测量数据打包并发送给数传模拟器； 将卫星姿态和轨道数据发送给图像定位配准模拟单元。 3.2 主要技术指标主要技术指标 3.2.1 遥测遥测部分部分 输出频率 70mhz 遥测下传通道： 2 通道 遥测码速率： 2048bps/4096bps 可调 调制度： 1.0rad 输出电平： -500dbm 调制方式： pcm(nrz-m)-dpsk 输出阻抗： 50 输出接口： smb 遥测帧格式： 256 字节，星上格式 遥测源包格式： 星上格式 3.2.2 遥控遥控部分部分 输出频率： 70mhz 遥控接收通道： 1 通道 遥控码速率： 2000bps 调制度： 0.95rad 接收动态范围： -25-10 dbm 解调方式： pcm(nrz-s)-psk 8 输入阻抗： 50 输入接口： smb 直接遥控指令帧格式： 星上格式 间接指令帧格式 ： 星上格式 内部指令帧格式 ： 星上格式 软件指令帧格式 ： 星上格式 遥控源包格式： 星上格式 3.2.3 b 码码部分部分 接收 b 码接口：smb 3.3 系统系统外部接口外部接口 1）数传模拟器与地面系统接口 数传模拟器在收到其它模块提供的模拟数据后，按星上方式对数据进行 aos 格式化处理、进行 ldpc 编码和 gmsk 调制处理以后，通过 720mhz 中频接口将数传数据传输给卫星地面应用系统。 输出频率： 720mhz 输出通道： 2 通道 码速率： 100mbps 输出电平： -10-5 dbm 输出阻抗： 50 输出接口： smb 2）测控模拟器与地面系统接口 遥控模拟模块通过 70mhz 中频接口与地面系统连接， 将地面上行遥控中 频信号变频并解调出 pcm 码流，完成遥控指令的识别，区分出直接指令、间 接指令、内部指令和软件指令；选择直接指令码中 24bit 数据并传输至遥测模 拟模块，解出上行指令码对应的遥控指令类型和脉冲宽度；解析间接指令、 内部指令和软件指令中时间码信息，并产生内部指令、软件指令返回包；解 析部分测控模拟器工作或业务运行所要求的指令，控制其工作状态。 9 遥测模拟模块完成 24bit 指令码、遥控源包和模拟数据的组帧，将下行遥 测 pcm 码流调制变频输出 70mhz 中频信号至地面应用系统。 系统间电缆由信号输出方提供，接口形式及长度要求由任务提出方按系 统布局另行提供。 3）姿轨控模拟器与地面系统接口 姿轨控模拟器接收地面应用系统输出的 b 码同步信号，并通过板卡转发 至其它各模拟器，实现卫星模拟器与地面应用系统及与内部各设备间的时间 同步。 3.4 安全性安全性 系统关键性操作需要设置确认环节，必要时采用密码保护设置。 3.5 保密性保密性 分系统的保密性与 fy-4a 科研试验卫星地面应用系统的保密性要求一致。 3.6 系统系统环境环境 时间基准：地面应用系统提供时间基准网络校时 工作温度：+10+35 工作湿度：2085% 工作电源：220v10%；50hz 3hz 3.7 硬件设备要求硬件设备要求 3.7.1 计算机资源计算机资源 设备使用的计算机应以性能稳定的工控机为主，控制计算机、测控模拟 器、数管模拟器、姿轨控模拟器、载荷模拟器（含图像定位和配准功能） 、数 传模拟器采用独立的工控机实现。为保证图像定位和配准功能的实时性，应 采用具有实时仿真性能的工控机，经调研，建议采用 ni 工控机。 3.7.2 计算机硬件计算机硬件 两种工控机的硬件要求如下： 10 1）ni 工控机 2.3 ghz 四核 intel core i7-3610qe 处理器 (单核 turbo boost 模式下 最大 3.3 ghz) 高带宽pxi express嵌入式控制器， 具有高达8 gb/s系统带宽和4gb/s 插槽带宽 标准配置为 4 gb (1 x 4 gb dimm) 双通道 1,600 mhz ddr3 ram, 2 个 superspeed usb 端口、4 个高速 usb 端口、2 个千兆以太网端 口、gpib、串口和其他外设 in-rom 内存和硬盘诊断 已安装实时操作系统和驱动，基于硬盘的恢复 加装各种功能需求的板卡 2）研华工控机 机箱 610h 母板 aimb-781 支持 intel 酷睿 i7/i5/i3/奔腾处理器，搭配 q67/b65 芯片组 4 个 dimm 插槽，支持最大 16 gb ddr3 1066/1333 扩展 支持 vga 和 dvi 双显和双 gbe lan 支持 sata raid 0, 1, 5, 10, amt7.0, tpm 1.2 (可选) 支持嵌入式软件 apis 和实用程序 3.7.3 硬件资源利用硬件资源利用 每个工控机的硬件资源利用率需低于以下指标： cpu 使用率9000 小时。 平均故障维修时间：mttr0.5 小时。 3.9 设计和设计和建造建造要求要求 3.9.1 标准化要求：标准化要求： 机柜、机箱要求由系统集成总体单位确定。 该项目启动前确定代号。所有行文、计划、调度一