一种用于卫星星座系统中星载软件在轨维护的系统及方法

摘要

本申请公开了一种用于卫星星座系统中星载软件在轨维护的系统及方法，该系统包括：地面终端，用于根据待上注的星载软件模块生成维护指令数据包，将维护指令数据包发送给源卫星，以及接收源卫星发送的校验结果，并根据校验结果重新对维护指令数据包进行校验，在校验正确时向源卫星发送维护启动指令；源卫星，接收维护指令数据包以及对维护指令数据包进行校验，将校验结果发送给地面终端进行重新校验，接收维护启动指令，并根据维护启动指令将维护指令数据包发送给至少一颗目标卫星；至少一颗目标卫星，用于接收维护指令数据包，并根据维护指令数据包对星载软件在轨维护。本申请解决了现有技术中星载软件在轨维护的效率较低的技术问题。

说明书

技术领域

本申请涉及星载软件在轨维护技术领域，尤其涉及一种用于卫星星座系统中星载软件在轨维护的系统及方法。

背景技术

随着商业航天的兴起，特别是低轨移动星座网络的实施，成千上万颗卫星将提供在轨服务，而随着信息化技术的发展，卫星的设计和使用也逐渐由“定制化”转向“通用化”，从“硬件为主，软件为辅”的设计理念转变为“硬件标准选用，软件定义功能”，从机械化、自动化特征转变为信息化、智能化特征，软件APP上注维护的理念已经深入到卫星设计的各个环节。因此，卫星的在轨管理成为需要重点考虑的问题。

以往为增强卫星数据处理可靠性，防止在轨出现单粒子翻转等现象，星载软件存储载体多为PROM或者反熔丝FPGA，卫星发射之前需要进行落焊或者固化，在轨服务寿命期间不能更改。随着处理器和存储器技术的发展，SRAM型的FPGA产品、FLASH、EEPROM等产品越来越多地应用于航天器软件和数据的存储，也为星载软件在轨维护和重构提供了硬件基础。

目前，星载软件在轨维护一般是通过地面终端向航天器发送遥控指令，航天器根据遥控指令来实现星载软件在轨维护和重构，其中，遥控指令上携带着在轨维护或重构数据。但是，由于航天器软件根据实现的功能差异，其规模也差别明显，小的软件约为10KB，大的软件约为100MB甚至更大。如果按照当前卫星上行数据传输速率1000bps，按照地面遥控指令发送频率平均为0.25条/秒的速率，则上注一个10KB的软件大约需要80秒，上注一个50MB的软件则需要约111小时。即便对于类似管理计算机这样的应用软件，约为4MB，维护需要的时间也约为9小时左右，在此期间还不能执行其他遥控指令内容，如果执行其他任务，则用时更长。而且这仅是单颗卫星维护一个软件的时间，如果整个星座1000颗卫星，那么在星座运行期间，要上注1个大型的软件，工作量将呈现指数级增加，星载软件在轨维护的耗时较长，进而导致星载软件在轨维护的效率较低。

发明内容

本申请解决的技术问题是：针对现有技术中星载软件在轨维护效率较低的问题，本申请提供了一种用于卫星星座系统中星载软件在轨维护的系统及方法，本申请实施例所提供的方案，通过利用星间链路资源对星座系统中星载软件进行在轨维护，避免由于地面终端的资源限制，使得星载软件在轨维护的耗时较长，进而导致星载软件在轨维护的效率较低的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种卫星星座系统中星载软件在轨维护的系统，应用于所述卫星星座系统中通用性软件在轨维护，该系统包括：地面终端、源卫星以及与所述源卫星处于同一星座域内的至少一颗目标卫星；其中，

所述地面终端，用于根据预设的星地遥控指令格式将待上注的星载软件模块进行封装得到维护指令数据包，将所述维护指令数据包发送给所述源卫星，以及接收所述源卫星发送的校验结果，并根据所述校验结果重新对所述维护指令数据包进行校验，在校验正确时向所述源卫星发送维护启动指令；

所述源卫星，接收所述维护指令数据包以及对所述维护指令数据包进行校验，将校验结果发送给所述地面终端进行重新校验，接收所述维护启动指令，并根据所述维护启动指令将所述维护指令数据包发送给所述至少一颗目标卫星；

所述至少一颗目标卫星，用于接收所述维护指令数据包，并根据所述维护指令数据包对星载软件在轨维护。

本申请实施例所提供的方案中，通过在系统中设置源卫星，以及源卫星通过接收地面终端发送的维护指令数据包，对所述维护指令数据包进行校验，将校验结果发送给地面终端进行重新校验，以及接收地面终端重新校验正确后发送的维护启动指令，并根据维护启动指令将维护指令数据包发送给所述至少一颗目标卫星；即源卫星通过目标卫星之间的星间链路将维护指令数据包分发到星座系统中至少一个目标卫星。因此，本申请实施例所提供的方案，通过利用星间链路资源对星座系统中星载软件进行在轨维护，避免由于地面终端的资源限制，使得星载软件在轨维护的耗时较长，进而导致星载软件在轨维护的效率较低的问题。

可选地，所述源卫星包括星间路由器和星载计算机；其中，

所述星间路由器，用于通过业务通道接收所述维护指令数据包，将所述维护指令数据包发送给所述星载计算机，以及接收所述维护启动指令，并根据所述维护启动指令将所述维护指令数据包发送给所述至少一颗目标卫星；

所述星载计算机，用于接收所述维护指令数据包，对所述维护指令数据包进行校验，通过遥测将校验结果发送给所述地面终端。

在本申请实施例所提供的方案中，星间路由器通过业务通道接收地面终端发送的维护指令数据包，即利用业务通道建立地面与星间路由通道，极大提高了信息传输的速率，同时不影响正常测控通道的使用。

可选地，所述星载计算机，具体用于接收所述星间路由器发送的所述维护启动指令，根据所述维护启动指令启动自主升级程序，通过所述自主升级程序将存储的所述维护指令数据包进行封装，并通过总线发送给所述星间路由器；

所述星间路由器，具体用于接收封装后的维护指令数据包，通过数据分发服务DDS将所述封装后的维护指令数据包发送给全网卫星。

可选地，所述星间路由器，具体用于根据预设的指令协议将所述维护启动指令通过总线传输给所述星载计算机；所述星载计算机，具体用于接收所述维护指令数据包，并对所述维护指令数据包的数据包头、长度以及校验和进行校验，并在检验正确后按照地址存储到随机存储器RAM中。

可选地，所述源卫星，还用于：

接收所述至少一颗目标卫星发送的星载软件维护信息，根据所述星载软件维护信息判断是否需要重新发送任一维护指令数据包；

若需要，则重新发送所述任一维护指令数据包，在所有数据包发送完成后并确认正确后，向所述地面终端反馈遥测数据。

可选地于，所述目标卫星，还用于：

接收所述源卫星自主发送的烧录FLASH指令，并根据所述指令将所述维护指令数据包进行FLASH烧录。

第二方面，本申请实施例提供了一种卫星星座系统中星载软件在轨维护的方法，该方法包括：

通过业务通道接收地面终端发送的维护指令数据包，其中，所述维护指令数据包是所述地面终端根据预设的星地遥控指令格式将待上注的星载软件模块进行封装得到的。

对所述维护指令数据包进行校验，将校验结果发送给所述地面终端进行重新校验，并接收所述地面终端在检验正确时反馈的维护启动指令。

根据所述维护启动指令将所述维护指令数据包发送给所述至少一颗目标卫星，以使得所述至少一颗目标卫星根据所述维护指令数据包对星载软件在轨维护。

可选地，对所述维护指令数据包进行校验，包括：

对所述维护指令数据包的数据包头、长度以及校验和进行校验，并在检验正确后按照地址存储到随机存储器RAM中。

可选地，根据所述维护启动指令将所述维护指令数据包发送给所述至少一颗目标卫星，包括：

根据所述维护启动指令启动自主升级程序，通过所述自主升级程序将存储的所述维护指令数据包进行封装得到封装后的维护指令数据包；

通过数据分发服务DDS将所述封装后的维护指令数据包发送给全网卫星。

可选地，还包括：

接收所述至少一颗目标卫星发送的星载软件维护信息，根据所述星载软件维护信息判断是否需要重新发送任一维护指令数据包；

若需要，则重新发送所述任一维护指令数据包，在所有数据包发送完成后并确认正确后，向所述地面终端反馈遥测数据。

第三方面，本申请实施例提供了一种卫星星座系统中星载软件在轨维护的装置，该装置包括：

接收单元，用于通过业务通道接收地面终端发送的维护指令数据包，其中，所述维护指令数据包是所述地面终端根据预设的星地遥控指令格式将待上注的星载软件模块进行封装得到的。

检验单元，用于对所述维护指令数据包进行校验，将校验结果发送给所述地面终端进行重新校验，并接收所述地面终端在检验正确时反馈的维护启动指令。

发送单元，用于根据所述维护启动指令将所述维护指令数据包发送给所述至少一颗目标卫星，以使得所述至少一颗目标卫星根据所述维护指令数据包对星载软件在轨维护。

可选地，所述检验单元，具体用于：

对所述维护指令数据包的数据包头、长度以及校验和进行校验，并在检验正确后按照地址存储到随机存储器RAM中。

在本申请实施例所提供的方案中，基于数据分发服务的订阅和发送机制，源卫星通过在星座域内发布维护指令数据，使得星座域内的目标卫星实现实时订阅，由于在轨维护指令数据包是按照地址进行存储的，即维护指令数据包均为独立地址，因此可避免由于数据间断造成的不连续。

可选地，所述发送单元，具体用于：

根据所述维护启动指令启动自主升级程序，通过所述自主升级程序将存储的所述维护指令数据包进行封装得到封装后的维护指令数据包；

通过数据分发服务DDS将所述封装后的维护指令数据包发送给全网卫星。

可选地，所述接收单元，还用于：

接收所述至少一颗目标卫星发送的星载软件维护信息，根据所述星载软件维护信息判断是否需要重新发送任一维护指令数据包；

若需要，则重新发送所述任一维护指令数据包，在所有数据包发送完成后并确认正确后，向所述地面终端反馈遥测数据。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的一种卫星星座系统中星载软件在轨维护的系统的结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的一种卫星星座系统中星载软件在轨维护的方法的流程示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种卫星星座系统中星载软件在轨维护的装置的结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供的方案中，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种卫星星座系统中星载软件在轨维护的系统做进一步详细的说明，该系统应用于所述卫星星座系统中通用性软件在轨维护，参见图1，该系统包括：地面终端1、源卫星2以及与所述源卫星1处于同一星座域内的至少一颗目标卫星3；其中，

所述地面终端1，用于根据预设的星地遥控指令格式将待上注的星载软件模块进行封装得到维护指令数据包，将所述维护指令数据包发送给所述源卫星2，以及接收所述源卫星2发送的校验结果，并根据所述校验结果重新对所述维护指令数据包进行校验，在校验正确时向所述源卫星2发送维护启动指令；

所述源卫星2，接收所述维护指令数据包以及对所述维护指令数据包进行校验，将校验结果发送给所述地面终端1进行重新校验，接收所述维护启动指令，并根据所述维护启动指令将所述维护指令数据包发送给所述至少一颗目标卫星3；

所述至少一颗目标卫星3，用于接收所述维护指令数据包，并根据所述维护指令数据包对星载软件在轨维护。

进一步，在一种可能实现方式中，所述源卫星2包括星间路由器21和星载计算机22；其中，

所述星间路由器21，用于通过业务通道接收所述维护指令数据包，将所述维护指令数据包发送给所述星载计算机22，以及接收所述维护启动指令，并根据所述维护启动指令将所述维护指令数据包发送给所述至少一颗目标卫星3；

所述星载计算机22，用于接收所述维护指令数据包，对所述维护指令数据包进行校验，通过遥测将校验结果发送给所述地面终端。

在本申请实施例所提供的方案中，星间路由器21通过业务通道接收地面终端1发送的维护指令数据包，即利用业务通道建立地面与星间路由通道，极大提高了信息传输的速率，同时不影响正常测控通道的使用。

进一步，在本申请实施例所提供的方案中，源卫星2在星座系统内部分发的方式有多种，下面以一种较佳的方式为例进行说明。

在一种可能实现方式中，所述星载计算机22，具体用于接收所述星间路由器发送的所述维护启动指令，根据所述维护启动指令启动自主升级程序，通过所述自主升级程序将存储的所述维护指令数据包进行封装，并通过总线发送给所述星间路由器21；

所述星间路由器21，具体用于接收封装后的维护指令数据包，通过数据分发服务(Data Distribution Service，DDS)将所述封装后的维护指令数据包发送给全网卫星。

进一步，在本申请实施例所提供的方案中，源卫星2对维护指令数据包进行校验的方式有多种，下面以一种较佳的方式为例进行说明。

在一种可能实现方式中，所述星间路由器21，具体用于根据预设的指令协议将所述维护启动指令通过总线传输给所述星载计算机222；所述星载计算机22，具体用于接收所述维护指令数据包，并对所述维护指令数据包的数据包头、长度以及校验和进行校验，在检验正确后按照地址存储到随机存储器RAM中。

在本申请实施例所提供的方案中，基于数据分发服务的订阅和发送机制，源卫星2通过在星座域内发布维护指令数据，使得星座域内的目标卫星实现实时订阅，由于在轨维护指令数据包是按照地址进行存储的，即维护指令数据包均为独立地址，因此可避免由于数据间断造成的不连续。

进一步，源卫星2在星座系统内分发维护指令数据包的过程中，还需要确定是否重发某些维护指令数据包。具体的，确定是否重发某些维护指令数据包的方式有多种，下面以一种较佳的方式为例进行说明。

在一种可能实现方式中，所述源卫星2，还用于：接收所述至少一颗目标卫星3发送的星载软件维护信息，根据所述星载软件维护信息判断是否需要重新发送任一维护指令数据包；若需要，则重新发送所述任一维护指令数据包，在所有数据包发送完成后并确认正确后，向所述地面终端反馈遥测数据。

进一步，为了便于目标卫星中星载计算机重启或者复位之后能够进行程序重新加载，在一种可能实现方式中，所述目标卫星3，还用于：接收所述源卫星自主发送的烧录FLASH指令，并根据所述指令将所述维护指令数据包进行FLASH烧录。

为了便于理解上述图1所示的系统对星载软件在轨维护过程，下面对星载软件在轨维护过程进行简要介绍。

具体的，星载软件在轨维护过程包括在轨维护指令数据包生成、源卫星星间路由信息处理、在轨维护程序启动、星间链路分发、目标卫星维护过程监控、启动星座程序维护、以及程序固化几部分，下面分别对每部分进行简要介绍。

1、在轨维护指令数据包生成。地面终端1根据预设的维护指令协议格式将程序人员输入的维护软件模块按照约定格式增加指令包头和校验和生成独立维护指令数据包，该维护指令数据包用于上注给星座系统中的卫星。

2、源卫星星间路由信息处理。源卫星2接收到地面终端1发送的维护指令数据，根据预设的指令协议将维护指令数据通过总线传输至源卫星2的星载计算机22，星载计算机22收到维护指令数据后进行维护指令数据校验，其中，数据校验包括数据包头、长度、校验和等，并在维护指令数据确认正确后，按照地址存储在源卫星2的星载计算机22的在轨维护独立RAM区，如果有错误，则星载计算机22通过遥测将错误反馈到地面终端1。

3、在轨维护程序启动，当源卫星2收到所有的维护指令数据后，由地面终端1确认维护指令数据正确后，向源卫星2发送维护启动指令，其中，维护启动指令用于启动新的程序

4、星间链路分发。由于源卫星2程序运行确认正确，此时可以确认启动星座全网升级流程。RAM中存储了在轨维护指令数据包，此时可以采用数据自主指令服务，源卫星星载计算机通过自主升级程序将RAM区中存储的维护指令数据包进行封装，并通过总线发送给星间路由器，星间路由器通过DDS服务直接向全网节点发送，此时需要升级的目标卫星范围可配置。

5、目标卫星维护过程监控。在数据分发过程中，根据目标卫星3收到的维护指令数据包情况通过星间链路遥测反馈给源卫星2，源卫星2根据反馈结果标识确定是否需要重发某个数据包，当所有维护指令数据包均发送完成之后，并且确认正确后，通过遥测反馈到地面终端1。

6、启动星座程序维护。当地面终端1确认目标卫星3均收到维护程序后，发送维护启动指令至源卫星2，源卫星2接收到指令后生成启动指令，并通过星间路由器发送至目标卫星3，启动后通过遥测确认新版本程序是否运行成功，并反馈至地面终端1。

7、程序固化步骤。如果需要将软件维护指令数据包存储到目标卫星3的星载计算机FLASH中，则需要由源卫星2自主发送烧录FLASH指令，目标卫星3收到此指令之后将进行FLASH烧录，以使得星载计算机重启或者复位之后能够进行程序重新加载。

本申请实施例所提供的方案中，通过在系统中设置源卫星2，以及源卫星2通过接收地面终端1发送的维护指令数据包，对所述维护指令数据包进行校验，将校验结果发送给地面终端1进行重新校验，以及接收地面终端1重新校验正确后发送的维护启动指令，并根据维护启动指令将维护指令数据包发送给所述至少一颗目标卫星3；即源卫星2通过目标卫星3之间的星间链路将维护指令数据包分发到星座系统中至少一个目标卫星3。因此，本申请实施例所提供的方案，通过利用星间链路资源对星座系统中星载软件进行在轨维护，避免由于地面终端1的资源限制，使得星载软件在轨维护的耗时较长，进而导致星载软件在轨维护的效率较低的问题。

基于与上述图1所述的系统相同的发明构思，本申请实施例提供了一种卫星星座系统中星载软件在轨维护的方法，参见图2，该方法包括：

步骤102，通过业务通道接收地面终端发送的维护指令数据包，其中，所述维护指令数据包是所述地面终端根据预设的星地遥控指令格式将待上注的星载软件模块进行封装得到的。

步骤102，对所述维护指令数据包进行校验，将校验结果发送给所述地面终端进行重新校验，并接收所述地面终端在检验正确时反馈的维护启动指令。

步骤103，根据所述维护启动指令将所述维护指令数据包发送给所述至少一颗目标卫星，以使得所述至少一颗目标卫星根据所述维护指令数据包对星载软件在轨维护。

可选地，对所述维护指令数据包进行校验，包括：

对所述维护指令数据包的数据包头、长度以及校验和进行校验，并在检验正确后按照地址存储到随机存储器RAM中。

可选地，根据所述维护启动指令将所述维护指令数据包发送给所述至少一颗目标卫星，包括：

根据所述维护启动指令启动自主升级程序，通过所述自主升级程序将存储的所述维护指令数据包进行封装得到封装后的维护指令数据包；

通过数据分发服务DDS将所述封装后的维护指令数据包发送给全网卫星。

可选地，还包括：

接收所述至少一颗目标卫星发送的星载软件维护信息，根据所述星载软件维护信息判断是否需要重新发送任一维护指令数据包；

若需要，则重新发送所述任一维护指令数据包，在所有数据包发送完成后并确认正确后，向所述地面终端反馈遥测数据。

具体的，通过上述图2所示的方法对星载软件在轨维护过程在图1所示的系统中已进行介绍，在此不做赘述。

基于与上述图2所示的方法相同的发明构思，本申请实施例提供了一种卫星星座系统中星载软件在轨维护的装置，参见图3，该装置包括：

接收单元301，用于通过业务通道接收地面终端发送的维护指令数据包，其中，所述维护指令数据包是所述地面终端根据预设的星地遥控指令格式将待上注的星载软件模块进行封装得到的。

检验单元302，用于对所述维护指令数据包进行校验，将校验结果发送给所述地面终端进行重新校验，并接收所述地面终端在检验正确时反馈的维护启动指令。

发送单元303，用于根据所述维护启动指令将所述维护指令数据包发送给所述至少一颗目标卫星，以使得所述至少一颗目标卫星根据所述维护指令数据包对星载软件在轨维护。

可选地，所述检验单元302，具体用于：

对所述维护指令数据包的数据包头、长度以及校验和进行校验，并在检验正确后按照地址存储到随机存储器RAM中。

可选地，所述发送单元303，具体用于：

根据所述维护启动指令启动自主升级程序，通过所述自主升级程序将存储的所述维护指令数据包进行封装得到封装后的维护指令数据包；

通过数据分发服务DDS将所述封装后的维护指令数据包发送给全网卫星。

可选地，所述接收单元301，还用于：

接收所述至少一颗目标卫星发送的星载软件维护信息，根据所述星载软件维护信息判断是否需要重新发送任一维护指令数据包；

若需要，则重新发送所述任一维护指令数据包，在所有数据包发送完成后并确认正确后，向所述地面终端反馈遥测数据。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。