航天器信息管理系统

在航天器上进行数据采集、处理、存储、综合传输和数据管理的系统航天器信息管理系统01系统结构主要特点软件工程关键技术硬件设备目录03050204基本信息航天器信息管理系统是在航天器上进行数据采集、处理、存储、综合传输和数据管理的系统，又称航天器数据管理系统。传统的航天器信息管理系统采用分立器件为基础，但是由于航天器的任务、功能和结构越来复杂，通信数据量越来越大，可靠性要求越来越高，设计更合理、有效的航天器信息管理系统是航天领域不断研究的一个课题。系统结构系统结构为了提高系统的可靠性,传统的航天器数据管理系统常采用图1所示的架构。这种架构的具体实现形式为双处理器冷备份以及三(多)处理器热备份。双处理器冷备份系统运行的任何时间段内,只有一个处理器在运行中。在主处理器以及备用处理器之间采用公用存储器。在三处理器热备份系统工作模式下,每个处理器同步工作,任务被分割成多个部分,并分别赋予不同的处理器来提高系统的处理能力。当系统发生故障时,可以通过多处理器投票的方式实现容错。不论是双处理器冷备份系统还是三处理器热备份系统,由于采用了冗余的架构,从而直接导致了系统采用更多的硬件资源来实现特定的功能,特别是当多个处理器不在同一块电路板时需要的资源量更大。这样设计的系统需要特别考虑单点故障以及系统中的潜电路问题。关键技术关键技术（1）星载络技术对于高可靠、长寿命的复杂航天器，理想的数据系统结构应具有可靠性高，数据传输能力大，支持各应用过程间自由通信，好的开放性和可扩展性。二维格络是一种很有应用前景的航天器数据系统互联结构。它具有许多突出的优点，如形状规则，对称性好,节点间的平均距离小，任意两点间存在多条通信路径，为高可靠的通信奠定了基础。二维格络还是一种分布式系统结构，有利于实现分布式处理，以提高系统的容错能力。同时，由于其对称性和灵活的寻径算法，连接在其中各节点上的计算机之间可自由地通信。

（2）航天器数据管理系统软件数据管理系统软件的核心是分布式的实时多任务操作系统。操作系统管理系统中的各种资源，调度各任务的运行，提供各节点间的通信服务。操作系统还应具备系统容错和重组的能力，当某一节点出现故障时，其任务被自动迁移到其他节点完成。

在操作系统的基础上，数据管理系统的各种服务功能，例如下行数据的组织发送，上行数据的接收、处理和分发，航天器时间的维护和相应的服务，文件信息存储服务、系统管理等，作为标准的“任务”配置。主要特点主要特点（1）尽可能多地使硬件功能软件化因为采用星上计算机，除极少数极其重要的命令和星上计算机无法管理的命令（如自身的电源切换）外，绝大多数遥控命令都可以由计算机管理，负责命令模式的识别、命令和命令内容的译码、分配等。尤其时间和条件命令，可以根据需要进行时间条件设置，不必去更改硬件电路。对遥测功能，不同的卫星会提出不同要求，如卫星识别码，时间码，帧同步码，帧格式，帧长度，字长等等都可能不同。按照传统的办法只能投入硬件电路的重新设计，而对于数管系统只要改变一下软件编程即可满足要求。这样做不但省时省力，而且又大大缩短了系统研制时间，提高了系统使用的灵活性，这种特点，尤其适用于系列型小型应用卫星。

（2）便于进行数据处理由于计算机具有完整的计算功能，所以该系统能够通过编程，方便地对获取的星上数据进行处理。例如，对星上数据加入检验冗余位，以便对传输错误进行纠检错；星上延时遥测的数据压缩；为获取高可信度数据，对数据进行三取二判决，数字滤波；对下发数据进行二次编码等等，这些内容都可以通过编写特定功能的程序模块实现。

（3）易于实现标准化设计由于不同的型号，无法用软件功能实现的指标要求，例如，不同数量的命令接口电路，不同路数的遥测采集交换子等，可以设计成几种标准板，通过局部的换板即可满足型号要求。硬件设备硬件设备信息管理系统的主要硬件部件是：计算机；内部连接链路；存贮器；人/机接口；高速数据处理部件。（1）计算机性能要求：计算机的中心部件应立足于所推荐的及已有使用经验的微处理器，为了用作通用机且应是标准化的和可更换的。计算机应能分配或调换任务，以便能克服故障。具有容错结构和抗干扰能力，以免个别偶然事件的干扰。具有实时处理和多道处理能力。计算机字长16位或32位，速度在1MBPS范围以内，具有浮点运算能力。直接存贮器寻址范围大约1Mbyte。具有实时错误修正或检测的能力。在PROM中具有有效的标准的运行软件。

（2）内部连接链路性能要求：使质量和体积尽量小的串行数据传输方式。由于采用了分布式智能和公用数据库，因此要具有高达50〜100MBPS的数据传输速率。可变的用户数，不管用户连接与否都不应影响系统。具有对接口故障、电磁干扰和辐射的抗干扰性。航天器对接时，为了避免损伤，要具有不同用户的DC隔离和静电保护。具有冗余结构。自动线路管理万一发生故障时，能够保存历史的记录和重新构造链路。多通道的结构安排，以允许在用户之间同时进行数据传输且维持低速率的传输要求。软件工程软件工程软件设计的主要要求是：关于与所有公司和组织机构的地面通讯；机上各子系统和仪器舱的整体组合和校验。当安排软件设计工作时，必然要用现有的软件研制规则和软件质量保证措施（例如，ESA所提出的那些规则和措施）来保证软件的可移植性和易于整体组合。

下面的工具和手段是有用的：包括调试工具在内的实时软件的开发系统（商品化计算机)；具有实时多任务特性的模块化的操作系统；独立于机器的、可移植的、可维护的、对于所有组织机构都适用的高级程序设计语言(例如：Pascal，C，ADA)；模块化的、按