專利名稱：小衛(wèi)星星務(wù)主機雙機冷備結(jié)構(gòu)的三機實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于衛(wèi)星控制領(lǐng)域，涉及一種星務(wù)系統(tǒng)星務(wù)主機的雙機冷備結(jié)構(gòu)的三機實 現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
一般的，為了保證衛(wèi)星運行的可靠性，星載設(shè)備一般都采用雙機冗余備份的方式。 雙機備份方式又分為熱備份和冷備份兩種。熱備份方式的功耗較大，但由于其切換是從某 些進程開始熱啟動，因此恢復時間短。冷備份方式可靠性高，可以節(jié)省星上能源，并能夠提 供空間單粒子的輻射"退火"效應(yīng)，但由于需要從冷啟動重新開始，因此其恢復過程時間 較長。為了提高可靠性，目前星載計算機的配置方式多采用三機冗余熱備份方式，有的 大衛(wèi)星還采用五機冗余熱備份方式，這些多機工作方式要求各星載計算機均處于工作狀 態(tài)，星上能源消耗大。當星載計算機出現(xiàn)故障時進行三機比對，三取二實現(xiàn)控制管理，這就 要求增加一個“三取二”比對環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)構(gòu)成了 “單點”危險點。在小衛(wèi)星中，通常采用雙機冗余結(jié)構(gòu)，在出現(xiàn)故障時不能采用上述比對的方法，而 是直接由主份機切換到備用機，因此雙機管理環(huán)節(jié)邏輯構(gòu)成簡單，由此建立的可靠性模型 可以消除“單點”危險點，又利于長壽命的使用要求，同時節(jié)省了星上能源。但是雙機冷備的 方式存在以下缺點當主份機復位或切換到備用機時，會丟失當前工作的參數(shù)和工作模式， 備份機的工作必須重新開始，從而使得衛(wèi)星對外服務(wù)中斷，這對衛(wèi)星用戶來說是不允許的。 為此需要開發(fā)一種具有對外應(yīng)用無擾的，能連續(xù)不間斷地進行衛(wèi)星應(yīng)用服務(wù)工作的切記機 制和方法，保證星上機進行故障切機后衛(wèi)星的對外應(yīng)用服務(wù)不受影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種可靠性高、實時性好 的小衛(wèi)星星務(wù)主機雙機冷備結(jié)構(gòu)的三機實現(xiàn)方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是小衛(wèi)星星務(wù)主機雙機冷備結(jié)構(gòu)的三機實現(xiàn)方法，步驟 如下(1)構(gòu)建由星務(wù)主機和星載下位機組成的星務(wù)系統(tǒng)，星載各智能設(shè)備分別配置星 載下位機，星務(wù)主機通過星上網(wǎng)總線與星載下位機進行通信，獲取星載各智能設(shè)備的工況 信息；星務(wù)主機采用互為冷備份的兩個星務(wù)計算機實現(xiàn)，兩個星務(wù)計算機配置有共同的內(nèi) 務(wù)下位機，星務(wù)計算機和內(nèi)務(wù)下位機之間定時互相發(fā)送診斷信號，獲取各自的工況信息及 健康狀態(tài)并進行存儲，內(nèi)務(wù)下位機可以與地面測控站進行通信；(2)若內(nèi)務(wù)下位機工作異常，則當值星務(wù)計算機向內(nèi)務(wù)下位機發(fā)出切機指令，內(nèi) 務(wù)下位機重新啟動，待內(nèi)務(wù)下位機重新啟動并工作正常后由當值星務(wù)計算機向其發(fā)送存儲 的內(nèi)務(wù)下位機非正常工作期間的工況信息及健康狀態(tài)，內(nèi)務(wù)下位機重構(gòu)后進入正常工作狀 態(tài)；
(3)若當值星務(wù)計算機工作異常，則當值星務(wù)計算機的軟件看門狗發(fā)出中斷信息， 當值星務(wù)計算機向備份星務(wù)計算機發(fā)出切機指令，當值星務(wù)計算機復位并重新啟動，同時 備份星務(wù)計算機加電啟動，備份星務(wù)計算機的啟動時間應(yīng)設(shè)定大于當值星務(wù)計算機重新啟 動一次的時間而小于當值星務(wù)計算機重新啟動兩次的時間；(4)若當值星務(wù)計算機重新啟動后工作正常，則該當值星務(wù)計算機向備份星務(wù)計 算機發(fā)出關(guān)機指令，同時該當值星務(wù)計算機從內(nèi)務(wù)下位機獲取已存儲的該當值星務(wù)計算機 工作異常前的工況信息，當值星務(wù)計算機進行重構(gòu)后進入正常工作狀態(tài)；(5)若當值星務(wù)計算機重新啟動后仍舊工作異常，則當值星務(wù)計算機的軟件看門 狗再次發(fā)出中斷信息，當值星務(wù)計算機復位并再次重新啟動，備份星務(wù)計算機向該當值星 務(wù)計算機發(fā)出關(guān)機指令，由備份星務(wù)計算機從內(nèi)務(wù)下位機獲取已存儲的當值星務(wù)計算機工 作異常前的工況信息，備份星務(wù)計算機進行重構(gòu)后進入正常工作狀態(tài)；(6)若兩個星務(wù)計算機均發(fā)生異常情況并關(guān)機，內(nèi)務(wù)下位機接替該兩個星務(wù)計算 機的任務(wù)，同時內(nèi)務(wù)下位機將最新存儲的星務(wù)計算機的工況信息以及兩個星務(wù)計算機的故 障信息下傳至地面測控站。所述的星務(wù)計算機或者內(nèi)務(wù)下位機存儲的工況信息包括時間、地面上注的衛(wèi)星工 作數(shù)據(jù)塊以及各星載下位機的工況信息。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于本發(fā)明方法采用三機實現(xiàn)小衛(wèi)星星務(wù)主機的 冷備結(jié)構(gòu)，內(nèi)務(wù)下位機作為第三方存儲更新，保存星務(wù)計算機和星上其他設(shè)備的實時工況， 當星務(wù)計算機復位或切換到備用機時，傳遞事故前的工況信息，實現(xiàn)工作的連續(xù)性，形成無 縫不間斷的衛(wèi)星運行。內(nèi)務(wù)下位機不要求與星務(wù)計算機同樣的高質(zhì)量元器件組成，它可以 在線工作時暫時中斷工作，只需能恢復工作即可，降低了設(shè)備的成本。內(nèi)務(wù)下位機可以作為 星務(wù)計算機的降級備用機，當星務(wù)計算機雙機均出現(xiàn)故障時，內(nèi)務(wù)下位機在低功能級上對 地通信，利用地面專家系統(tǒng)診斷，搶救星上設(shè)備。通過該技術(shù)手段，當星務(wù)計算機出現(xiàn)故障 時，星務(wù)計算機可以自動恢復，同時還能夠?qū)崟r地、不間斷的提供衛(wèi)星運行服務(wù)，具有較高 的可靠性和實時性。


圖1為本發(fā)明方法的實現(xiàn)原理圖；圖2為本發(fā)明兩個星務(wù)計算機冷備切換機制的狀態(tài)遷移圖；圖3為本發(fā)明方法實現(xiàn)的三機冷備結(jié)構(gòu)的工作流程圖。
具體實施例方式如圖1所示，構(gòu)建由星務(wù)主機和星載下位機組成的星務(wù)系統(tǒng)，星載各智能設(shè)備分 別配置星載下位機(圖中共有η個)，星務(wù)主機通過星上網(wǎng)總線(圖中為CAN總線)與星 載設(shè)備下位機進行通信，獲取星載各智能設(shè)備的工況信息。星務(wù)主機在雙機冷備份(采用 兩個星務(wù)計算機實現(xiàn))的基礎(chǔ)上，加入一個內(nèi)務(wù)下位機。內(nèi)務(wù)下位機通過A/D采集星務(wù)計 算機的遙測數(shù)據(jù)，對星務(wù)計算機的工作狀態(tài)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、健康狀態(tài)進行監(jiān)視，以用于故障診 斷，并對其進行指令控制。內(nèi)務(wù)下位機分別通過兩個串口實現(xiàn)與兩個星務(wù)計算機的通信，通過該串口獲得當
4班星務(wù)計算機運行過程中的實時數(shù)據(jù)并存儲和分析；當分析出當班星務(wù)計算機硬件故障而 當班星務(wù)計算機沒有切機動作時，內(nèi)務(wù)下位機發(fā)送星務(wù)計算機切機指令。當星務(wù)計算機在 軌切機后，星務(wù)計算機通過該內(nèi)務(wù)下位機獲得切機前的實時數(shù)據(jù)，從而能夠保持飛行任務(wù) 連續(xù)性，達到無縫和無擾切換，提高衛(wèi)星的自主管理能力。內(nèi)務(wù)下位機通過CAN總線接口實現(xiàn)接收總線上的指令，進行協(xié)助星務(wù)計算機完成 全星管理任務(wù)，減輕星務(wù)計算機工作量和確保其安全、可靠。當兩個星務(wù)計算機都故障時，內(nèi)務(wù)下位機通過輸出OC(集電極開路輸出)型指令 將兩個星務(wù)計算機關(guān)機，內(nèi)務(wù)下位機接替該兩個星務(wù)計算機的任務(wù)，內(nèi)務(wù)下位機還設(shè)計有 兩路遙測(TM 1/2)接口，將星上遙測數(shù)據(jù)下傳到地面測控站，同時內(nèi)務(wù)下位機將最新存儲 的星務(wù)計算機的工況信息以及兩個星務(wù)計算機的故障信息下傳至地面測控站，實現(xiàn)衛(wèi)星管 理的“信息多路徑”。在圖1所示系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，若內(nèi)務(wù)下位機工作異常，則當值星務(wù)計算機向內(nèi)務(wù)下 位機發(fā)出切機指令，內(nèi)務(wù)下位機重新啟動，待內(nèi)務(wù)下位機重新啟動并工作正常后由當值星 務(wù)計算機向其發(fā)送存儲的內(nèi)務(wù)下位機非正常工作期間的工況信息及健康狀態(tài)，內(nèi)務(wù)下位機 重構(gòu)后進入正常工作狀態(tài)。若當值星務(wù)計算機工作異常，情況要相對復雜一些，如圖2所示，為兩個星務(wù)計算 機冷備切換機制的狀態(tài)遷移圖，圖中假設(shè)甲機為當值星務(wù)計算機，乙機為其備份機，甲機和 乙機的切換控制電路完全一樣，兩機可以互相向?qū)Ψ桨l(fā)出關(guān)機指令，通過軟件設(shè)置甲機的 優(yōu)先級高于乙機(乙機啟動一次所需時間在甲機啟動一次所需時間和甲機啟動兩次所需 時間之間)。初始時刻，如圖2所示，甲機由于工作異常發(fā)生了第1次看門狗狗咬事件后，甲 機自己復位，同時給乙機加電。由狀態(tài)1遷移到狀態(tài)2，雙機均處于上電過程，雙機進行控 制權(quán)的競爭。甲機復位后，重新進行初始化，自檢，并根據(jù)復位狀態(tài)計數(shù)進行診斷、重構(gòu)和延 時。當上述動作正常結(jié)束后，表明甲機正常，甲機發(fā)出一條命令關(guān)乙機電源，甲機繼續(xù)當班， 由狀態(tài)2遷移到狀態(tài)1。這是由于甲機的等待時間(如4秒)比乙機短，因此乙機的關(guān)甲 機指令還沒有發(fā)出時，甲機的關(guān)乙指令已經(jīng)關(guān)斷乙機的電源。在狀態(tài)2，乙機加電，也進行初 始化，自檢和延時(如8秒)，如果甲機由于異常未提前關(guān)乙機，并且上述動作正常結(jié)束，此 時乙機發(fā)出一條命令關(guān)甲機供電，乙機搶到控制權(quán)當班，由狀態(tài)2遷移到狀態(tài)3。甲機未及 時關(guān)掉乙機，是由于甲機第1次復位后沒有恢復正常，發(fā)生第2次看門狗狗咬事件，因此乙 機有機會關(guān)斷甲機電源。若此時乙機發(fā)生了狗咬事件后，乙機自己復位，同時給甲機加電。由狀態(tài)3遷移到 狀態(tài)2，雙機均處于上電過程，雙機進行控制權(quán)的競爭。甲機加電，重新進行初始化，自檢， 并根據(jù)復位狀態(tài)計數(shù)進行診斷、重構(gòu)和延時。乙機復位后，重新進行初始化，自檢，并根據(jù)復 位狀態(tài)計數(shù)進行診斷、重構(gòu)和延時。當上述動作正常結(jié)束后，如果甲機正常，發(fā)出一條命令 關(guān)乙機供電，甲機重新當班，由狀態(tài)2遷移到狀態(tài)1。這是由于甲機的等待時間(如4秒) 比乙機短，因此乙機的關(guān)甲機指令還沒有發(fā)出時，甲機的關(guān)乙指令已經(jīng)關(guān)斷乙機的電源。在 狀態(tài)2，乙機加電，也進行初始化，自檢和延時(如8秒)，如果甲機未提前關(guān)乙機，并且上 述動作正常結(jié)束，乙機發(fā)出一條命令關(guān)甲機供電，乙機搶到控制權(quán)當班，由狀態(tài)2遷移到狀 態(tài)3。甲機未及時關(guān)掉乙機，可能是甲機故障，因此乙機有機會關(guān)斷甲機電源。圖2中，0N1/0FF2和0N2/0FF1用于地面直接控制雙機工作狀態(tài)。當?shù)孛姘l(fā)出ONl/0FF2指令時，不管原來是在哪種狀態(tài)，都會切換到甲機當班、乙機冷備份的狀態(tài)。當?shù)孛姘l(fā) 出0N2/0FF1指令時，不管原來是在哪種狀態(tài)，都會切換到乙機當班、甲機冷備份的狀態(tài)。在星務(wù)計算機恢復正常工作后，由重新當值的星務(wù)計算機從內(nèi)務(wù)下位機獲取已存 儲的原當值星務(wù)計算機工作異常前的工況信息，重新當值的星務(wù)計算機進行重構(gòu)后進入正 常工作狀態(tài)。如圖3所示，星務(wù)主機雙機冷備的三機構(gòu)造控制過程如下內(nèi)務(wù)下位機在正常工作后，從422串口接收星務(wù)計算機的當班機周期傳送的信 息，包括時間、地面上注數(shù)據(jù)塊、各下位機工況基本參數(shù)塊等信息。時間就是衛(wèi)星運行的當 前時間；地面上注數(shù)據(jù)塊為地面測控系統(tǒng)通過遙控上注給衛(wèi)星的數(shù)據(jù)塊；各下位機工況基 本參數(shù)塊，下位機實時工作參數(shù)等。內(nèi)務(wù)下位機保存上述信息和數(shù)據(jù)，并實時更新，當星務(wù)計算機切機或重啟后，回傳 這些數(shù)據(jù)塊。星務(wù)計算機正常工作時，定時發(fā)送輪詢內(nèi)務(wù)下位機命令，內(nèi)務(wù)下位機收到后發(fā)送 返回應(yīng)答信息，應(yīng)答信息含內(nèi)務(wù)下位機正常采集的遙測量、健康字等信息。星務(wù)計算機通過 該應(yīng)答信息對內(nèi)務(wù)下位機診斷用，控制重啟，確保其不斷的工作。當星務(wù)計算機發(fā)生故障時，按照上圖2進行星務(wù)計算機切機處理，切機完成后，新 當班機從422串口發(fā)布回傳調(diào)令，內(nèi)務(wù)下位機按命令要求返回原保存的相應(yīng)的數(shù)據(jù)塊和信 肩、ο若兩個星務(wù)計算機經(jīng)內(nèi)務(wù)下位機采集的星務(wù)計算機狀態(tài)進行診斷，發(fā)現(xiàn)均異常 時，內(nèi)務(wù)下位機發(fā)送OC指令將該兩計算機都關(guān)機，內(nèi)務(wù)下位機接替星務(wù)計算機任務(wù)，內(nèi)務(wù) 下位機通過遙測接口將衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)傳輸給地面測控站，同時將最新存儲的星務(wù)計算機的 工況信息以及兩個星務(wù)計算機的故障信息下傳至地面測控站。當星務(wù)計算機診斷內(nèi)務(wù)下位機有故障時，通過星上網(wǎng)發(fā)送指令，由衛(wèi)星遙控指令 對內(nèi)務(wù)下位機實施重啟，并重新傳送保存信息。若星務(wù)計算機故障，自主切機，獲取控制權(quán)，成為當班機，轉(zhuǎn)入恢復工況數(shù)據(jù)。本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
小衛(wèi)星星務(wù)主機雙機冷備結(jié)構(gòu)的三機實現(xiàn)方法，其特征在于步驟如下(1)構(gòu)建由星務(wù)主機和星載下位機組成的星務(wù)系統(tǒng)，星載各智能設(shè)備分別配置星載下位機，星務(wù)主機通過星上網(wǎng)總線與星載下位機進行通信，獲取星載各智能設(shè)備的工況信息；星務(wù)主機采用互為冷備份的兩個星務(wù)計算機實現(xiàn)，兩個星務(wù)計算機配置有共同的內(nèi)務(wù)下位機，星務(wù)計算機和內(nèi)務(wù)下位機之間定時互相發(fā)送診斷信號，獲取各自的工況信息及健康狀態(tài)并進行存儲，內(nèi)務(wù)下位機可以與地面測控站進行通信；(2)若內(nèi)務(wù)下位機工作異常，則當值星務(wù)計算機向內(nèi)務(wù)下位機發(fā)出切機指令，內(nèi)務(wù)下位機重新啟動，待內(nèi)務(wù)下位機重新啟動并工作正常后由當值星務(wù)計算機向其發(fā)送存儲的內(nèi)務(wù)下位機非正常工作期間的工況信息及健康狀態(tài)，內(nèi)務(wù)下位機重構(gòu)后進入正常工作狀態(tài)；(3)若當值星務(wù)計算機工作異常，則當值星務(wù)計算機的軟件看門狗發(fā)出中斷信息，當值星務(wù)計算機向備份星務(wù)計算機發(fā)出切機指令，當值星務(wù)計算機復位并重新啟動，同時備份星務(wù)計算機加電啟動，備份星務(wù)計算機的啟動時間應(yīng)設(shè)定大于當值星務(wù)計算機重新啟動一次的時間而小于當值星務(wù)計算機重新啟動兩次的時間；(4)若當值星務(wù)計算機重新啟動后工作正常，則該當值星務(wù)計算機向備份星務(wù)計算機發(fā)出關(guān)機指令，同時該當值星務(wù)計算機從內(nèi)務(wù)下位機獲取已存儲的該當值星務(wù)計算機工作異常前的工況信息，當值星務(wù)計算機進行重構(gòu)后進入正常工作狀態(tài)；(5)若當值星務(wù)計算機重新啟動后仍舊工作異常，則當值星務(wù)計算機的軟件看門狗再次發(fā)出中斷信息，當值星務(wù)計算機復位并再次重新啟動，備份星務(wù)計算機向該當值星務(wù)計算機發(fā)出關(guān)機指令，由備份星務(wù)計算機從內(nèi)務(wù)下位機獲取已存儲的當值星務(wù)計算機工作異常前的工況信息，備份星務(wù)計算機進行重構(gòu)后進入正常工作狀態(tài)；(6)若兩個星務(wù)計算機均發(fā)生異常情況并關(guān)機，內(nèi)務(wù)下位機接替該兩個星務(wù)計算機的任務(wù)，同時內(nèi)務(wù)下位機將最新存儲的星務(wù)計算機的工況信息以及兩個星務(wù)計算機的故障信息下傳至地面測控站。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小衛(wèi)星星務(wù)主機雙機冷備結(jié)構(gòu)的三機實現(xiàn)方法，其特征在 于所述的星務(wù)計算機或者內(nèi)務(wù)下位機存儲的工況信息包括時間、地面上注的衛(wèi)星工作數(shù) 據(jù)塊以及各星載下位機的工況信息。
全文摘要
小衛(wèi)星星務(wù)主機雙機冷備結(jié)構(gòu)的三機實現(xiàn)方法，首先構(gòu)建由星務(wù)主機和星載下位機組成的星務(wù)系統(tǒng)，星務(wù)主機通過星上網(wǎng)與星載下位機通信以獲取星載智能設(shè)備的工況；星務(wù)主機采用配置有共同的內(nèi)務(wù)下位機且互為冷備份的兩個星務(wù)計算機實現(xiàn)，星務(wù)計算機和內(nèi)務(wù)下位機之間定時互相發(fā)送診斷信號，獲取各自的工況信息及健康狀態(tài)并進行存儲，內(nèi)務(wù)下位機可以與地面測控站進行通信。若內(nèi)務(wù)下位機工作異常，當值星務(wù)計算機重新啟動內(nèi)務(wù)下位機，使內(nèi)務(wù)下位機重構(gòu)后進入正常工作狀態(tài)；當星務(wù)計算機復位或切機時，內(nèi)務(wù)下位機將保存好的實時數(shù)據(jù)傳輸給星務(wù)計算機，星務(wù)計算機重構(gòu)后進入正常工作狀態(tài)。本發(fā)明方法可靠性高、實時性好，可實現(xiàn)衛(wèi)星的不間斷服務(wù)。
文檔編號H04L12/24GK101917285SQ201010240120
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者施思寒, 李孝同 申請人:航天東方紅衛(wèi)星有限公司