基于雙總線的FY-4衛(wèi)星測控?cái)?shù)管分系統(tǒng)及應(yīng)用

范穎婷，朱振華，王 震，顧 強(qiáng)，王軍旗，閆 奎

(上海衛(wèi)星工程研究所,上海 201109)

基于雙總線的FY-4衛(wèi)星測控?cái)?shù)管分系統(tǒng)及應(yīng)用

范穎婷，朱振華，王 震，顧 強(qiáng)，王軍旗，閆 奎

(上海衛(wèi)星工程研究所,上海 201109)

介紹了風(fēng)云四號(hào)(FY-4)衛(wèi)星測控?cái)?shù)管分系統(tǒng)特點(diǎn)及其應(yīng)用。給出了測控?cái)?shù)管分系統(tǒng)的組成和工作流程。采用CCSDS協(xié)議分包遙測，提出了虛擬信道遙測包調(diào)度策略、遙測包傳輸靈活配置策略、高精度高頻可編程遙測，以及境外遙測全程采集4種分包遙測優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)了自主動(dòng)態(tài)遙測采集和下傳、在軌遙測異常排查、重點(diǎn)遙測波道高精度高頻采樣、衛(wèi)星發(fā)射至定點(diǎn)過程的遙測盲區(qū)消除。分包遙控采用遙控?cái)?shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)選擇策略，保證了遙控與程控指令同時(shí)輸出，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星發(fā)射至定點(diǎn)全過程的程控管理功能。設(shè)計(jì)了部件級(jí)和整星級(jí)故障管理策略，對(duì)部件級(jí)故障具備一定自主管理功能，其檢測策略可對(duì)部件級(jí)故障進(jìn)行診斷與切換重組，實(shí)現(xiàn)了對(duì)衛(wèi)星重要故障狀態(tài)的監(jiān)視與應(yīng)急處置。采用1553B+SpaceWire雙總線結(jié)構(gòu)，既滿足了高低速數(shù)據(jù)使用需求，又提高了數(shù)據(jù)傳輸接口的通用性，同時(shí)對(duì)衛(wèi)星重要參數(shù)有備份與恢復(fù)功能。FY-4A星表明：其測控?cái)?shù)管分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能。

CCSDS協(xié)議； 分包遙測遙控； 調(diào)度配置策略； 高精高頻； 境外遙測； 遙控優(yōu)先級(jí)； 程控； 安全管理

0 引言

FY-4衛(wèi)星是我國第二代靜止軌道氣象衛(wèi)星，主要任務(wù)是接替FY-2衛(wèi)星以確保我國靜止軌道氣象衛(wèi)星觀測業(yè)務(wù)的連續(xù)、穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)靜止軌道氣象衛(wèi)星更新?lián)Q代。隨著星上終端及下位機(jī)微處理器的普遍使用，其自主性越來越強(qiáng)、應(yīng)用過程越來越豐富，傳統(tǒng)的PCM遙測遙控體制因其固定采樣率、固定編排格式，以及指令碼距要求等的局限性，已不能滿足星上復(fù)雜多變的數(shù)據(jù)源的傳輸要求和功能靈活性要求，因此對(duì)FY-4衛(wèi)星測控系統(tǒng)提出了分包遙測、遙控體制的要求。與第一代靜止軌道氣象衛(wèi)星和其他遙感、通信衛(wèi)星相比，F(xiàn)Y-4衛(wèi)星有更多的遙控上行通道用于地面根據(jù)氣象應(yīng)用情況進(jìn)行突發(fā)或批量的業(yè)務(wù)指令上注，同時(shí)為盡可能減少地面遙控干預(yù)，最大限度地發(fā)揮星上計(jì)算機(jī)的自主運(yùn)行能力并提高安全性，對(duì)星上遙控機(jī)優(yōu)先級(jí)策略、程控功能覆蓋性提出了更高要求。為保證衛(wèi)星在軌觀測業(yè)務(wù)的連續(xù)性，衛(wèi)星須具備部件級(jí)故障檢測及重組、整星應(yīng)急情況管理的能力。與我國第一代靜止氣象衛(wèi)星相比，F(xiàn)Y-4衛(wèi)星的功能性能有跨越式提高，達(dá)到探測通道3倍、空間分辨率4倍、時(shí)間分辨率2倍，以及探測靈敏度0.1 ℃和探測精度0.5 ℃，衛(wèi)星平臺(tái)數(shù)據(jù)及載荷遙感數(shù)據(jù)是第一代靜止軌道氣象衛(wèi)星的20倍，這對(duì)整星高低速數(shù)據(jù)的有效傳輸提出了更高的要求。

FY-4衛(wèi)星的分包遙測采用了虛擬信道遙測包調(diào)度、遙測包傳輸靈活配置、高精度高頻可編程遙測方法，以及境外遙測全過程采集；分包遙控采用基于5路遙控?cái)?shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)選擇方法，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星從發(fā)射至定點(diǎn)及在軌運(yùn)行多項(xiàng)程控功能。FY-4衛(wèi)星采用多種部件級(jí)故障管理策略和整星應(yīng)急管理策略。FY-4衛(wèi)星國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)1553B+SpaceWire雙總線結(jié)構(gòu)星載網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，國際首次提出SpaceWire-RVTP協(xié)議。

本文介紹了FY-4衛(wèi)星測控?cái)?shù)管分系統(tǒng)的組成和工作原理，以及CCSDS協(xié)議的分包遙測方法在FY-4衛(wèi)星中的應(yīng)用特點(diǎn)，從遙測調(diào)度策略、配置策略、采樣精度頻率，以及衛(wèi)星境外遙測采集等方面提出了創(chuàng)新的應(yīng)用優(yōu)化方法；介紹了CCSDS協(xié)議分包遙控方法的應(yīng)用特點(diǎn)，特別是在指令優(yōu)先級(jí)策略以及衛(wèi)星從發(fā)射至定點(diǎn)全過程程控功能中的作用，分析了測控?cái)?shù)管分系統(tǒng)作為衛(wèi)星數(shù)據(jù)中心的高低速數(shù)據(jù)傳輸、部件故障檢測及整星安全管理等的應(yīng)用特點(diǎn)。

1 測控?cái)?shù)管分系統(tǒng)簡介

FY-4衛(wèi)星測控與數(shù)管分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中：測控子系統(tǒng)的主要功能是提供衛(wèi)星與地面間遙測、遙控和測距，為衛(wèi)星地面測試、發(fā)射至定點(diǎn)、在軌運(yùn)行和離軌提供全壽命測控服務(wù)；數(shù)管子系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)星務(wù)管理及載荷基帶管理。

衛(wèi)星測控子系統(tǒng)采用S頻段統(tǒng)一載波測控體制，采用符合CCSDS協(xié)議的分包遙測及分包遙控方案，子系統(tǒng)由跟蹤子系統(tǒng)A、B和中心遙控機(jī)組成。其中：跟蹤子系統(tǒng)提供衛(wèi)星與地面測控站間的無線傳輸通道，通過準(zhǔn)全向測控天線接收地面站工程上行載波信號(hào)、發(fā)送下行遙測及測距信號(hào)；將解調(diào)出的遙控副載波信號(hào)送至中心遙控機(jī)，并接收數(shù)管計(jì)算機(jī)遙測副載波信號(hào)，與上行轉(zhuǎn)發(fā)的測距信號(hào)同時(shí)經(jīng)載波調(diào)制及功率放大后，經(jīng)測控天線下行至地面站。中心遙控機(jī)對(duì)S應(yīng)答機(jī)輸出的2路工程遙控副載波信號(hào)及轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)S接收機(jī)輸出的2路業(yè)務(wù)遙控副載波信號(hào)，進(jìn)行副載頻解調(diào)及數(shù)據(jù)識(shí)別，同時(shí)接收和識(shí)別數(shù)管計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的程控PCM數(shù)據(jù)；中心遙控機(jī)和3臺(tái)配電測控單元輸出識(shí)別出的直接指令幀，中心遙控機(jī)將識(shí)別出的遙控注數(shù)幀送數(shù)管計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步解析、分發(fā)。

圖1 FY-4衛(wèi)星測控與數(shù)管分系統(tǒng)組成Fig.1 Structure of TT&C and data management subsystem for FY-4 satellite

衛(wèi)星數(shù)管子系統(tǒng)采用1553B+SpaceWire雙總線結(jié)構(gòu)，能有針對(duì)性地處理整星高低速數(shù)據(jù)，子系統(tǒng)由數(shù)管計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)處理器A、B組成。數(shù)管計(jì)算機(jī)的功能是實(shí)現(xiàn)星務(wù)管理，除與測控系統(tǒng)共同完成整星遙測、遙控功能外，還包括1553B總線通信管理、星上時(shí)鐘管理、星箭分離及帆板展開程控、帆板閉環(huán)控制、平臺(tái)主動(dòng)溫控、星敏支架精密溫控、蓄電池程控管理，以及在軌故障檢測與應(yīng)急管理、在軌編程等。其中：數(shù)據(jù)處理器實(shí)現(xiàn)載荷基帶數(shù)據(jù)管理功能，通過SpaceWire總線接收高速載荷數(shù)據(jù)，通過1553B總線接收低速工程數(shù)據(jù)，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行錯(cuò)誤檢查、CCSDS協(xié)議格式化復(fù)接處理，并以LVDS接口電平形式向數(shù)傳分系統(tǒng)輸出2路平衡數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理器具網(wǎng)絡(luò)路由選擇控制功能，有星載網(wǎng)絡(luò)故障診斷與恢復(fù)機(jī)制。

2 分包遙測應(yīng)用特點(diǎn)

傳統(tǒng)衛(wèi)星主要采用PCM遙測體制。與分包遙測相比，其優(yōu)點(diǎn)是格式簡單，省去了遙測包的包裝結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)緊湊、傳輸效率高[2]。PCM遙測體制主要包括主副幀和浮動(dòng)組合兩種格式，其缺點(diǎn)是需預(yù)先確定每個(gè)遙測的位置，無法適應(yīng)信號(hào)的變化，或不能隨衛(wèi)星在軌運(yùn)行動(dòng)態(tài)隨時(shí)變化，雖可編程但靈活性較低。隨著星上信源自主性和隨機(jī)性越來越強(qiáng)，大量應(yīng)用過程都能產(chǎn)生數(shù)據(jù)包，且不同應(yīng)用過程源包的數(shù)據(jù)發(fā)生率和包長各異，這就要求遙測系統(tǒng)具動(dòng)態(tài)組織這些數(shù)據(jù)包的能力，因此CCSDS分包遙測體制更適于自主性強(qiáng)的多信源、多應(yīng)用過程的衛(wèi)星。CCSDS協(xié)議分包遙測系統(tǒng)如圖2所示[2]。其信源、信宿、應(yīng)用過程、虛擬信道和主信道間的關(guān)系如下：

a)單個(gè)信源可有多個(gè)功能、速率不同的應(yīng)用過程；

b)虛擬信道面向的是應(yīng)用過程而非信源，一般按功能特性組織；

c)多個(gè)虛擬信道獨(dú)立調(diào)度應(yīng)用過程源包，互不影響；

d)多個(gè)虛擬信道按事先安排的調(diào)度策略分時(shí)獨(dú)占主信道；

e)單個(gè)應(yīng)用過程源包在地面可被分發(fā)到多個(gè)信宿。

FY-4衛(wèi)星采用CCSDS分包遙測設(shè)計(jì)。根據(jù)星上信源及其應(yīng)用過程產(chǎn)生遙測的特點(diǎn)，將星上16個(gè)信源產(chǎn)生的107個(gè)應(yīng)用過程分為工程數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)響應(yīng)數(shù)據(jù)和內(nèi)存下卸數(shù)據(jù)三類，分別分配了虛擬信道，三類數(shù)據(jù)的信道號(hào)、應(yīng)用過程定義和用例見表1。按CCSDS協(xié)議定義，遙測傳送幀格式如圖3所示，遙測源包格式如圖4所示[3-4]。

FY-4衛(wèi)星的分包遙測方案，采用了虛擬信道遙測包調(diào)度、遙測靈活配置傳輸、高精度高頻率遙測可編程，以及境外遙測全過程采集4種分包遙測優(yōu)化方法，解決了衛(wèi)星在有限遙測碼速率條件下遙測包調(diào)度不及時(shí)問題，能根據(jù)衛(wèi)星工作模式自主動(dòng)態(tài)調(diào)度遙測采集及下傳；解決了衛(wèi)星在軌遙測異常難以排查問題，模擬示波器原理對(duì)重點(diǎn)遙測波道進(jìn)行針對(duì)性高精度高頻率采樣；填補(bǔ)了衛(wèi)星發(fā)射至定點(diǎn)過程中的遙測盲區(qū)，在衛(wèi)星境外發(fā)生現(xiàn)象的分析中起了關(guān)鍵作用。

圖2 分包遙測系統(tǒng)Fig.2 Packet telemetry system

虛擬信道數(shù)據(jù)類型應(yīng)用過程用例VC0工程數(shù)據(jù)62個(gè)平臺(tái)和總線下位機(jī)產(chǎn)生的工程遙測VC1實(shí)時(shí)響應(yīng)數(shù)據(jù)39個(gè)總線下位機(jī)對(duì)遙控注數(shù)的實(shí)時(shí)反饋;星上產(chǎn)生應(yīng)急報(bào)警信息VC2內(nèi)存下卸數(shù)據(jù)6個(gè)星載計(jì)算機(jī)內(nèi)存下卸

圖3 遙測源包組幀F(xiàn)ig.3 Arranging frames with telemetry packets

圖4 分包遙測源包格式定義Fig.4 Definition of packet’s format in packet telemetry

2.1虛擬信道遙測包調(diào)度

遙測幀中的應(yīng)用數(shù)據(jù)字段采用虛擬信道調(diào)度策略和包調(diào)度策略填充遙測源包。

虛擬信道調(diào)度策略的設(shè)計(jì)，采用基于優(yōu)先級(jí)的動(dòng)態(tài)調(diào)度方法，設(shè)置優(yōu)先級(jí)為：VC1>VC2>VC0。正常情況下VC0占用主信道，當(dāng)?shù)孛嬗型话l(fā)注數(shù)、星上產(chǎn)生應(yīng)急報(bào)警或收到內(nèi)存下卸命令時(shí)，VC1，VC2占用主信道[5]。遙測源包組幀如圖5所示：VC0將3個(gè)源包組幀下傳，其中第3包需跨幀傳輸，此時(shí)星上產(chǎn)生報(bào)警，VC1優(yōu)先級(jí)較高將VC0數(shù)據(jù)打斷，等待報(bào)警數(shù)據(jù)傳輸完成后，VC0繼續(xù)傳輸?shù)?包遙測和星上其他遙測數(shù)據(jù)[5]。

VC0由衛(wèi)星平臺(tái)和總線下位機(jī)的工程遙測共同占用，若對(duì)遙測包不加考慮地按先進(jìn)先出的原則裝入VC0，則較長的工程遙測慢包將可能阻塞快包，導(dǎo)致時(shí)延的產(chǎn)生，如圖6所示。如T1時(shí)刻隊(duì)列中的3個(gè)遙測包X、Y、Z依次排隊(duì)，先進(jìn)先出，該時(shí)刻VC0首先組幀下傳遙測包X，并在T2時(shí)刻繼續(xù)下傳遙測包X(跨幀)、Y、Z，則T1時(shí)刻在隊(duì)列中排隊(duì)的快包X中產(chǎn)生了T2-T1的延時(shí)，降低了遙測的實(shí)時(shí)性[6]。

為此，對(duì)VC0～ VC2中的工程遙測包、實(shí)時(shí)響應(yīng)包和內(nèi)存下卸包設(shè)計(jì)了源包調(diào)度策略，使各虛擬信道的應(yīng)用過程源包能有序下傳。設(shè)計(jì)原則如下：

a)每個(gè)虛擬信道調(diào)度應(yīng)用過程源包的策略相互獨(dú)立，互不干擾；

b)每種速率遙測包分別建立隊(duì)列，相同速率遙測遵循先進(jìn)先出原則；

c)按遙測包速率為優(yōu)先級(jí)安排遙測組幀，遙測速率越快優(yōu)先級(jí)越高(如圖7所示)；

d)上一遙測幀中未傳完的遙測包在下一幀數(shù)據(jù)域中最先被傳輸；

e)遙測隊(duì)列為空時(shí)，數(shù)據(jù)域中未填滿部分用AA填充。

圖7 遙測源包組幀優(yōu)先級(jí)Fig.7 Priority of telemetry packets by arranging frame

2.2靈活配置遙測包傳輸

FY-4衛(wèi)星共應(yīng)用過程(即遙測源包)107個(gè)，每個(gè)遙測源包的傳輸準(zhǔn)禁、傳輸速率均可單獨(dú)配置，衛(wèi)星發(fā)射前初始狀態(tài)禁止源包19個(gè)，允許其余源包88個(gè)下傳。FY-4衛(wèi)星從發(fā)射至定點(diǎn)各階段運(yùn)行過程中實(shí)際下傳的遙測源包數(shù)量統(tǒng)計(jì)見表2。結(jié)果表明：該方案可實(shí)現(xiàn)各階段遙測自動(dòng)按需下傳，能自動(dòng)適應(yīng)信源開關(guān)狀態(tài)及變化，動(dòng)態(tài)增加或減少遙測源包下傳數(shù)量，從而減少不必要的采集開銷及人工干預(yù)。

圖5 分包遙測傳送幀格式定義Fig.5 Definition of frame’s format in packet telemetry

圖6 遙測快包延時(shí)Fig.6 Fast telemetry packet being delayed

數(shù)據(jù)類型主動(dòng)段星箭分離圣地亞哥轉(zhuǎn)移軌道準(zhǔn)同步定點(diǎn)后工程數(shù)據(jù)/包192837373943實(shí)時(shí)響應(yīng)數(shù)據(jù)/包141461639內(nèi)存下卸數(shù)據(jù)/包001001

此外，該遙測方案面向應(yīng)用過程的特點(diǎn)使其具備強(qiáng)在軌編程能力，遙測包的速率由數(shù)管子系統(tǒng)控制，可根據(jù)需要通過地面遙控注數(shù)的形式修改數(shù)管子系統(tǒng)遙測功能相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)需快看的遙測加速下傳、不需快看的慢速下傳的要求。

北京時(shí)間12月11日01：03，F(xiàn)Y-4A星帆板展開，測控?cái)?shù)管分系統(tǒng)提取姿控三浮陀螺數(shù)據(jù)暫存于其內(nèi)存中，后續(xù)通過圣地亞哥站指令將內(nèi)存數(shù)據(jù)下卸至地面，通過對(duì)三浮陀螺數(shù)據(jù)以及衛(wèi)星姿態(tài)角速度的分析，計(jì)算得出非約束下帆板0°轉(zhuǎn)角展開彎曲頻率見表3。

表3 帆板各階頻率

2.3高精高頻可編程方法

FY-4衛(wèi)星在分包遙測方案的基礎(chǔ)上，首次提出一種高精度高頻率可編程的遙測采樣方法，設(shè)計(jì)的遙測包具模擬示波器工作原理的功能，可對(duì)需重點(diǎn)監(jiān)視的遙測波道進(jìn)行針對(duì)性的高精高頻采樣，能滿足衛(wèi)星各階段測試、故障排查的使用要求。具體方法如下：

a)預(yù)定義一個(gè)遙測源包(包長待定)，為其分配空閑應(yīng)用過程識(shí)別符(APID)并設(shè)置其默認(rèn)傳輸狀態(tài)為不下傳，以及默認(rèn)傳輸周期。

b)按衛(wèi)星具備的最高采樣能力設(shè)計(jì)該遙測包采樣精度，11位精度可用于表示2.44 mV以上遙測變化及波動(dòng)，采樣精度高于星上其他遙測(8位)。

c)計(jì)算該遙測包采樣路數(shù)，根據(jù)b)設(shè)計(jì)的精度每一路遙測參數(shù)需占用遙測幀數(shù)據(jù)區(qū)1.5 B資源，建議高精度遙測對(duì)遙測幀數(shù)據(jù)區(qū)資源占用率不大于40%。

d)根據(jù)c)確定的遙測采樣路數(shù)初始化該遙測包采樣地址，某個(gè)遙測參數(shù)具體采樣頻率取決于預(yù)定義遙測包下傳周期及其在遙測包中被采集的次數(shù)。

e)當(dāng)星上部分遙測出現(xiàn)異常，特別是衛(wèi)星能源、衛(wèi)星姿態(tài)和母線電壓電流等出現(xiàn)異常波動(dòng)時(shí)，選擇需重點(diǎn)監(jiān)視的1路/多路參數(shù)，上注修改預(yù)定義遙測包的采樣地址，設(shè)置遙測包傳輸狀態(tài)為下傳并根據(jù)需要設(shè)置傳輸周期。

f)地面測試系統(tǒng)根據(jù)遙測方案的規(guī)定對(duì)該遙測包APID進(jìn)行識(shí)別并快速完成對(duì)衛(wèi)星關(guān)鍵遙測參數(shù)的重點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)視、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、事后回放、故障排查及定位。

常規(guī)遙測采集與高精高頻方法遙測采集對(duì)比效果如圖8所示。高精高頻采集方法的采集精度取決于星務(wù)計(jì)算機(jī)AD的最高采樣精度(根據(jù)需要設(shè)計(jì))，圖8中采集精度2.44 mV，是常規(guī)遙測精度的8倍，而采集頻率取決于星務(wù)計(jì)算機(jī)對(duì)時(shí)間周期分頻的程度。測試表明高精高頻采集方法可滿足星上遙測采集精度測試、故障排查的需要。

圖8 常規(guī)遙測與高精高頻遙測對(duì)比

2.4境外遙測全程采集

首次在高軌衛(wèi)星上實(shí)現(xiàn)境外遙測全過程采集策略：衛(wèi)星入軌初期，測控?cái)?shù)管分系統(tǒng)通過1553B總線將轉(zhuǎn)移軌道段的境外遙測幀發(fā)送至某總線下位機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)；在衛(wèi)星定點(diǎn)后，根據(jù)地面指令將遙測幀(數(shù)傳包格式封裝)經(jīng)SpaceWire總線調(diào)度至數(shù)傳通道下傳地面。

FY-4A星發(fā)射后從第一圈圣地亞哥站跟蹤結(jié)束至第五次遠(yuǎn)地點(diǎn)點(diǎn)火完成期間，衛(wèi)星共經(jīng)歷出境4次、地影期5次，其中第一、二次地影出現(xiàn)在衛(wèi)星第一次出境期間；第三次地影出現(xiàn)在第二次出境期間；第四、五次地影出現(xiàn)在第三次出境期間。衛(wèi)星出境及出現(xiàn)地影的時(shí)間分別見表4、5。

北京時(shí)間12月11日01：03分帆板展開歸零后，分析實(shí)時(shí)遙測和回放境外遙測發(fā)現(xiàn)因太陽帆板背面蜂窩板內(nèi)氣體不斷放出，對(duì)衛(wèi)星+X、+Y軸產(chǎn)生干擾力矩最大達(dá)0.05 N·m，較光壓力矩大2個(gè)量級(jí)；隨著蜂窩板內(nèi)氣體不斷放出，干擾力矩不斷減小，12月11日17：00左右X軸放氣結(jié)束，排氣時(shí)間持續(xù)接近16 h。放氣過程干擾如圖9所示。

表4 過渡軌道段衛(wèi)星出境時(shí)間

表5 過渡軌道段衛(wèi)星地影時(shí)間

圖9 帆板放氣過程干擾力矩Fig.9 Disturbance torque during solar panel exhausting

FY-4A星第一次出境結(jié)束遙測跟蹤開始后，通過對(duì)境外遙測數(shù)據(jù)回放發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星X、Y軸干擾力矩明顯增大，認(rèn)為衛(wèi)星在近地點(diǎn)附近受到空氣阻力作用，并首次觀察到空氣阻力引起的干擾力矩最大達(dá)0.35 N·m，姿控分系統(tǒng)診斷出噴氣頻繁報(bào)警，如圖10所示。

圖10 推力器噴氣頻繁報(bào)警Fig.10 Alarm of frequent jetting for thrusters

根據(jù)空氣阻力力矩計(jì)算公式，當(dāng)FY-4A星處于距地球約220 km上空時(shí)，空氣阻力對(duì)衛(wèi)星太陽帆板(氣阻系數(shù)C=1，帆板面積S=17 m2，飛行速度v=7 780 m/s，力臂L=4.7 m)產(chǎn)生的氣動(dòng)力矩0.33 N·m接近遙測估值，空氣阻力對(duì)星體的力矩接近于0 N·m。

FY-4A星5次地影均發(fā)生在境外，通過對(duì)境外遙測數(shù)據(jù)分析，回放出5次地影期間電源分系統(tǒng)工作狀態(tài)見表6。其中地影時(shí)間最長33 min，蓄電池組放電深度最大16.3%。地影期間太陽電池陣保持在0°零位，地影期內(nèi)太陽陣輸出電流為0 A。

3 分包遙控應(yīng)用特點(diǎn)

FY-4衛(wèi)星遙控功能主要由S頻段應(yīng)答機(jī)及S接收機(jī)、中心遙控機(jī)、配電測控單元、數(shù)管計(jì)算機(jī)和各總線下位機(jī)等共同完成。CCSDS協(xié)議分包遙控設(shè)計(jì)考慮了靜止軌道氣象衛(wèi)星的應(yīng)用特點(diǎn)，遙控信息設(shè)計(jì)分類如圖11所示。遙控信息按數(shù)據(jù)格式可分為直接指令幀和遙控注數(shù)幀；遙控注數(shù)幀按數(shù)據(jù)格式分為間接指令、內(nèi)部指令和軟件指令，其中間接指令最終由中心遙控機(jī)或配電測控單元輸出脈沖式指令，而內(nèi)部指令、軟件指令由各總線下位機(jī)執(zhí)行，載荷工作指令是一種特殊格式的軟件指令。

圖11 衛(wèi)星遙控信息分類Fig.11 Classification of telecommand

FY-4衛(wèi)星在分包遙測方案基礎(chǔ)上，采用了基于5路遙控?cái)?shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)選擇方法，并充分發(fā)揮程控指令時(shí)間符合性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星從發(fā)射至定點(diǎn)在軌運(yùn)行多項(xiàng)程控功能。FY-4衛(wèi)星采用的遙控機(jī)優(yōu)先級(jí)策略和兩種分包遙控的創(chuàng)新應(yīng)用方法，解決了衛(wèi)星多路遙控上行與程控指令沖突的難題，保證了遙控與程控指令同時(shí)得到輸出，簡化了星地操作流程；測控?cái)?shù)管分系統(tǒng)覆蓋了整星全部9項(xiàng)程控管理，功能和性能均達(dá)到指標(biāo)要求。

3.1遙控機(jī)優(yōu)先級(jí)策略

FY-4衛(wèi)星中心遙控機(jī)接收工程A、B，業(yè)務(wù)A、B共4路遙控副載波上行信號(hào)(分時(shí)工作)，進(jìn)行副載頻解調(diào)及數(shù)據(jù)識(shí)別，同時(shí)接收數(shù)管計(jì)算機(jī)輸入的程控?cái)?shù)據(jù)(即間接指令)。為確保地面發(fā)送的4路遙控副載頻信號(hào)與數(shù)管計(jì)算機(jī)輸入的程控?cái)?shù)據(jù)不發(fā)生沖突，提出并設(shè)計(jì)中心遙控機(jī)A、B機(jī)分別設(shè)置不同的優(yōu)先級(jí)，順序如下：

a)中心遙控機(jī)A，工程A>業(yè)務(wù)A>程控>工程B>業(yè)務(wù)B；

b)中心遙控機(jī)B，業(yè)務(wù)B>工程B>程控>業(yè)務(wù)A>工程A。

根據(jù)上述指令優(yōu)先級(jí)設(shè)置，指令執(zhí)行邏輯見表7。當(dāng)數(shù)管計(jì)算機(jī)發(fā)送程控?cái)?shù)據(jù)同時(shí)向地面發(fā)送遙控指令時(shí)，能確保中心遙控機(jī)中的1臺(tái)遙控優(yōu)先級(jí)始終高于數(shù)管程控，中心遙控機(jī)A、B機(jī)可分別輸出遙控與程控指令，有效解決了程控和地面遙控同時(shí)發(fā)令的沖突問題并簡化了星地操作流程。

3.2程控功能覆蓋能力

衛(wèi)星運(yùn)行過程中的程控指令包含間接指令、內(nèi)部指令和軟件指令，指令生成后分別按時(shí)間順序進(jìn)入隊(duì)列排隊(duì)，時(shí)間符合后測控?cái)?shù)管分系統(tǒng)將指令碼送中心遙控機(jī)或總線下位機(jī)進(jìn)行處理執(zhí)行。

表6 五次地影期間電源工作情況

表7 遙控機(jī)指令執(zhí)行邏輯

為盡可能減少地面遙控干預(yù)、最大限度發(fā)揮程控指令作用使衛(wèi)星自主運(yùn)行并提高安全性，F(xiàn)Y-4衛(wèi)星的程控指令設(shè)計(jì)遵循以下原則：

a)程控間接指令對(duì)直接指令具備全覆蓋能力，但從安全考慮應(yīng)禁止部分火工品、載荷機(jī)構(gòu)和推力器等威脅衛(wèi)星安全的間接指令；

b)從衛(wèi)星安全考慮，限制程控間接指令執(zhí)行脈寬最大2 040 ms；

c)程控內(nèi)部指令、軟件指令均根據(jù)衛(wèi)星任務(wù)實(shí)際需要配置；

d)嚴(yán)格約束程控指令產(chǎn)生算法及判據(jù)，防止誤觸發(fā)。

按上述原則設(shè)計(jì)同時(shí)充分考慮衛(wèi)星本身功能需求，測控?cái)?shù)管分系統(tǒng)共實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星從發(fā)射至定點(diǎn)全過程的程控管理功能9項(xiàng)，其中平臺(tái)主動(dòng)溫控、星敏支架精密溫控、電源蓄電池管理，以及太陽帆板閉環(huán)控制為在軌長期運(yùn)行程控，程控功能執(zhí)行效果見表8。

表8 程控功能執(zhí)行效果

圖12 主動(dòng)段振動(dòng)Fig.12 Vibration in active phase

圖13 變軌段振動(dòng)Fig.13 Vibration in orbit maneuver phase

圖14 推進(jìn)液路電爆閥起爆狀態(tài)Fig.14 Initiation of explosive valve of propellant pipe

圖15 太陽帆板展開及歸零Fig.15 Solar panel deployment and zeroing

圖16 蓄電池組B在軌主動(dòng)溫控Fig.16 Active temperature management of batteries B

圖17 星敏支架1在軌精密溫控Fig.17 Fine temperature control of sensor support 1

圖18 蓄電池組A程控充電Fig.18 Charging of batteries A by program control

圖19 太陽帆板在軌閉環(huán)控制Fig.19 Closed-loop control of solar panel

由表8、圖12～19可知：發(fā)射階段測控?cái)?shù)管分系統(tǒng)正確完成了主動(dòng)段、變軌段振動(dòng)數(shù)據(jù)的采集，星箭分離后完成了推進(jìn)電爆閥起爆、帆板展開及頻率采集，在衛(wèi)星飛行全過程實(shí)現(xiàn)平臺(tái)104路加熱器開關(guān)控制及星敏支架PID控制(精度達(dá)到20 ℃±3 ℃且每15 min溫度變化不大于±0.1 ℃)，以及電源蓄電池組管理、太陽帆板閉環(huán)控制(控制精度±2°)。

4 故障及應(yīng)急管理

FY-4衛(wèi)星測控?cái)?shù)管分系統(tǒng)作為衛(wèi)星平臺(tái)及載荷的數(shù)據(jù)管理中心，對(duì)控制計(jì)算機(jī)、電源下位機(jī)等關(guān)鍵單機(jī)，以及自身的重要參數(shù)具備備份與恢復(fù)功能；對(duì)部件級(jí)故障具備一定的自主管理功能，設(shè)計(jì)相應(yīng)的檢測策略以實(shí)現(xiàn)部件級(jí)故障診斷與切換重組；同時(shí)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星能源安全、姿態(tài)安全等重要故障狀態(tài)監(jiān)視與應(yīng)急處置。

4.1部件故障管理策略

為避免部件級(jí)故障蔓延至整星，影響衛(wèi)星安全，對(duì)星上可能出現(xiàn)的部件級(jí)故障進(jìn)行影響域及措施分析，特別是涉及長期運(yùn)行程控功能判斷條件的部件，共梳理部件級(jí)故障管理8項(xiàng)，測控?cái)?shù)管分系統(tǒng)對(duì)測控上下行通道故障、熱敏電阻標(biāo)稱電壓異常、外部太陽帆板驅(qū)動(dòng)器、星敏精密控溫儀及電源通信故障、分系統(tǒng)自身熱起動(dòng)復(fù)位異常及1553B總線通信故障等進(jìn)行周期性檢查，對(duì)檢測到的部件級(jí)故障按相應(yīng)故障策略進(jìn)行處置，見表9。

雖然以上部件級(jí)故障自FY-4A星發(fā)射至今并未發(fā)生，但地面測試階段多次驗(yàn)證均能實(shí)現(xiàn)檢測：衛(wèi)星測控上下行通道暢通；測控?cái)?shù)管分系統(tǒng)長期運(yùn)行的4項(xiàng)程控功能不因部件通信異?；蚧鶞?zhǔn)電壓異常而導(dǎo)致誤判；分系統(tǒng)及各下位機(jī)能發(fā)現(xiàn)1553B總線通信異常并及時(shí)復(fù)位ACE芯片；數(shù)管計(jì)算機(jī)能主動(dòng)置不健康狀態(tài)，防止進(jìn)入由自身循環(huán)熱起動(dòng)狀態(tài)導(dǎo)致的系統(tǒng)運(yùn)行故障中，從而保證衛(wèi)星運(yùn)行安全。

4.2整星應(yīng)急管理策略

根據(jù)對(duì)整星故障的影響域及措施分析，將危及整星安全的故障分為衛(wèi)星姿態(tài)失控故障和衛(wèi)星能源異常故障，其中：姿態(tài)失控故障分為姿控進(jìn)入應(yīng)急線路(EC)模式、進(jìn)入太捕模式；能源異常故障按蓄電池組的過放程度分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)過放。測控?cái)?shù)管分系統(tǒng)對(duì)以上故障模式進(jìn)行自主診斷和應(yīng)急狀態(tài)管理，安全控制流程如圖20所示。分系統(tǒng)對(duì)應(yīng)急狀態(tài)管理策略如下：

a)當(dāng)姿控進(jìn)入EC、太捕模式，能源進(jìn)入二級(jí)、三級(jí)過放時(shí)，數(shù)管清空業(yè)務(wù)指令隊(duì)列；

b)當(dāng)姿控進(jìn)入EC、太捕模式時(shí)，分系統(tǒng)通過程控關(guān)閉整星不必要的負(fù)載單機(jī)，并設(shè)置主動(dòng)溫控應(yīng)急模式以降低整星功耗，同時(shí)帆板歸零；

c)當(dāng)能源進(jìn)入一級(jí)過放時(shí)，分系統(tǒng)通過設(shè)置主動(dòng)溫控應(yīng)急模式以降低整星功耗；

d)當(dāng)能源進(jìn)入二級(jí)過放時(shí)，分系統(tǒng)通過程控關(guān)閉整星不必要的負(fù)載單機(jī)，同時(shí)設(shè)置主動(dòng)溫控極限低溫模式盡可能降低整星功耗；

e)當(dāng)能源進(jìn)入二級(jí)、三級(jí)過放時(shí)，分系統(tǒng)設(shè)置蓄電池過放保護(hù)允許，為斷開放電開關(guān)做準(zhǔn)備；

f)當(dāng)能源進(jìn)入三級(jí)過放，分系統(tǒng)通過程控?cái)嚅_蓄電池組放電開關(guān)，防止鋰電池進(jìn)入不可逆的損壞狀態(tài)；

g)衛(wèi)星進(jìn)入應(yīng)急狀態(tài)后，及時(shí)保存境外遙測防止衛(wèi)星姿態(tài)翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致遙測信號(hào)中斷；

h)分系統(tǒng)執(zhí)行的安全控制流程操作，通過遙測及報(bào)警狀態(tài)通知地面系統(tǒng)；

i)分系統(tǒng)根據(jù)故障判斷條件，通過剔野、求平均、時(shí)間累計(jì)等可靠性措施避免誤判而導(dǎo)致開關(guān)誤動(dòng)作；

j)某些單機(jī)非關(guān)鍵參數(shù)出現(xiàn)短時(shí)間異常，經(jīng)過故障容錯(cuò)分析不影響衛(wèi)星業(yè)務(wù)運(yùn)行；

k)除特殊規(guī)定外，分系統(tǒng)對(duì)姿控安全操作、能源安全操作的準(zhǔn)禁由地面注入；

表9 部件級(jí)故障管理

圖20 衛(wèi)星安全控制流程Fig.20 Procedures of security control

l)分系統(tǒng)安全控制流程使用的判據(jù)門限調(diào)整均通過遙控注數(shù)進(jìn)行修改。

雖然自FY-4A星發(fā)射至今，上述衛(wèi)星姿態(tài)失控故障和衛(wèi)星能源異常故障并未發(fā)生，但地面測試階段及熱真空試驗(yàn)多次驗(yàn)證，分系統(tǒng)能及時(shí)檢測出姿態(tài)失控故障并采取相應(yīng)措施；能分別檢測出能源一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)過放，并依次采取對(duì)應(yīng)保護(hù)措施；按故障分別降低負(fù)載盡可能延長衛(wèi)星搶救時(shí)間；防止鋰電池進(jìn)入不可逆損壞狀態(tài)。

5 高低速數(shù)據(jù)傳輸

雖然1553B總線的抗干擾性強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸可靠、適合集中控制，但碼速率僅1 Mb/s，無法支持更高速率的數(shù)據(jù)傳輸需求[7]。SpaceWire總線是歐空局為航天應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種高速、可升級(jí)、低功耗、低成本的串行總線(傳輸速率2～400 Mb/s)，是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、全雙工通信或通過路由交換機(jī)形成復(fù)雜通信網(wǎng)絡(luò)的總線形式。FY-4衛(wèi)星測控?cái)?shù)管分系統(tǒng)在國內(nèi)首次采用1553B+SpaceWire雙總線結(jié)構(gòu)，SpaceWire總線接收各路高速載荷遙感數(shù)據(jù)，由AOS合路及處理完成與1553B總線低速數(shù)據(jù)復(fù)接，通過LVDS接口向數(shù)傳分系統(tǒng)輸出兩路速率100 Mb/s的CCSDS格式數(shù)據(jù)流(如圖1所示)，既滿足高低速數(shù)據(jù)的使用需求，又提高了數(shù)據(jù)傳輸接口的通用性。

5.1SpaceWire-RVTP協(xié)議

FY-4衛(wèi)星在SpaceWire總線協(xié)議的基礎(chǔ)上，國際上首次提出一種遠(yuǎn)程虛擬信道傳輸(RVTP)協(xié)議[8]。與基本SpaceWire協(xié)議相比，RVTP協(xié)議設(shè)計(jì)是將一個(gè)CCSDS AOS虛擬信道幀封裝到SpaceWire數(shù)據(jù)包中，通過SpaceWire網(wǎng)絡(luò)從源節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)侥繕?biāo)節(jié)點(diǎn)；目標(biāo)節(jié)點(diǎn)從SpaceWire數(shù)據(jù)包中提取AOS虛擬信道幀再傳輸給目標(biāo)用戶使用；對(duì)SpaceWire數(shù)據(jù)包具有協(xié)議符合性檢測功能[9]?；維paceWire協(xié)議與SpaceWire-RVTP協(xié)議流程如圖21所示。

圖21 基本SpaceWire協(xié)議與SpaceWire-RVTP協(xié)議流程Fig.21 Procedures of basic SpaceWire and SpaceWire-RVTP protocols

5.2網(wǎng)絡(luò)路由控制策略

FY-4衛(wèi)星采用SpaceWire總線傳輸?shù)母咚佥d荷數(shù)據(jù)通道有4個(gè)，分別為多通道掃描成像輻射計(jì)、大氣垂直探測儀通道1、大氣垂直探測儀通道2和閃電成像儀，SpaceWire網(wǎng)絡(luò)路由控制主要完成上述載荷數(shù)據(jù)包傳輸過程路徑選擇，采用路徑尋址方式由SpaceWire協(xié)議芯片完成，如圖22所示[10]。除默認(rèn)路徑外，地面可通過遙控注數(shù)幀配置載荷端SpaceWire端口地址以實(shí)現(xiàn)載荷端SpaceWire數(shù)據(jù)包的鏈路傳輸路徑切換。

圖22 路徑尋址方式Fig.22 Path of addressing mode

由圖1可知：數(shù)據(jù)處理器具有主、備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過網(wǎng)絡(luò)路由器互聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)任意載荷通道(包括主、備份通道共8個(gè))路由傳輸至任意數(shù)傳通道(包括主、備份通道共4個(gè))。

5.3網(wǎng)絡(luò)流量控制策略

FY-4衛(wèi)星SpaceWire網(wǎng)絡(luò)流量控制策略由數(shù)據(jù)處理器實(shí)施。為避免數(shù)據(jù)突發(fā)傳輸導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸丟包異常，載荷節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備好一個(gè)SpaceWire數(shù)據(jù)包即向數(shù)據(jù)處理器發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求，數(shù)據(jù)傳輸過程中，當(dāng)某個(gè)端口路由傳輸超時(shí)時(shí)，數(shù)據(jù)處理器將清除該端口路由路徑防止其獨(dú)占通道，以便于其他端口使用該傳輸路徑，超時(shí)周期設(shè)置為1.3 ms。

6 結(jié)束語

本文介紹了FY-4衛(wèi)星測控?cái)?shù)管分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及應(yīng)用情況。FY-4衛(wèi)星采用4種分包遙測優(yōu)化方法，解決了衛(wèi)星在有限遙測碼速率條件下遙測包調(diào)度不及時(shí)問題，能根據(jù)衛(wèi)星工作模式自主動(dòng)態(tài)調(diào)度遙測采集及下傳；解決了衛(wèi)星在軌遙測異常難以排查問題，模擬示波器原理對(duì)重點(diǎn)遙測波道進(jìn)行針對(duì)性高精度高頻率采樣；填補(bǔ)了衛(wèi)星發(fā)射至定點(diǎn)過程中的遙測盲區(qū)，對(duì)衛(wèi)星境外所發(fā)生現(xiàn)象的分析起了關(guān)鍵作用。FY-4衛(wèi)星提出的2種分包遙控創(chuàng)新、應(yīng)用方法，解決了衛(wèi)星多路遙控上行與程控指令沖突的難題，保證了遙控與程控指令同時(shí)得到輸出，簡化了星地操作流程；測控?cái)?shù)管分系統(tǒng)覆蓋整星9項(xiàng)程控管理，功能和性能均達(dá)到指標(biāo)要求。FY-4衛(wèi)星采用1553B+SpaceWire雙總線結(jié)構(gòu)，既滿足了高低速數(shù)據(jù)使用需求，又提高了數(shù)據(jù)傳輸接口的通用性，同時(shí)對(duì)衛(wèi)星重要參數(shù)具備備份與恢復(fù)功能；對(duì)部件級(jí)故障具備一定自主管理功能，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的檢測策略實(shí)現(xiàn)部件級(jí)故障診斷與切換重組；實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星多級(jí)能源安全、姿態(tài)安全等重要故障狀態(tài)監(jiān)視與應(yīng)急處置。

隨著衛(wèi)星上下行碼速率的進(jìn)一步提高、星上各終端及下位機(jī)微處理器的普遍使用和功能性能的提高，CCSDS分包遙測、遙控體制因面向應(yīng)用過程、對(duì)需求變化適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，將發(fā)揮更明顯的優(yōu)勢。FY-4衛(wèi)星采用的虛擬信道遙測包調(diào)度、靈活配置遙測包傳輸和高精高頻可編程方法可有效用于其他采用分包體制的衛(wèi)星系統(tǒng)；境外遙測全程采集方法可推廣至其他高軌衛(wèi)星；部件故障檢測策略、多級(jí)故障應(yīng)對(duì)策略也可供其他衛(wèi)星參考使用。此外，F(xiàn)Y-4衛(wèi)星測控方案采用集中管理、分布采集和驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)形式，數(shù)管部分的星務(wù)管理、載荷基帶數(shù)據(jù)管理采用集中管理形式，體現(xiàn)了綜合電子的部分設(shè)計(jì)理念。今后，隨著綜合電子技術(shù)研究的逐漸深入，可在統(tǒng)一的體系結(jié)構(gòu)、星載信息網(wǎng)絡(luò)、標(biāo)準(zhǔn)硬件和軟件接口、星載總線標(biāo)準(zhǔn)化、星載軟件構(gòu)件化，以及容錯(cuò)重構(gòu)能力等方面，基于統(tǒng)一的任務(wù)調(diào)度和管理，建立一體化的衛(wèi)星綜合電子系統(tǒng)，提高整星的功能密度及系統(tǒng)可靠性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的有效在軌維護(hù)和重構(gòu)。

[1] 姜昌. 分包遙測、遙控與AOS設(shè)計(jì)思想初探[J]. 飛行器測控技術(shù), 1996, 15(3): 5-13.

[2] 譚維熾, 顧瑩琦. 空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)[M]. 北京: 中國科學(xué)技術(shù)出版社, 2004: 60-77.

[3] ESA. Packet telemetry standard： ESA PSS-04-106[M]. Issue 1. Paris： ESA, 1988.

[4] CCSDS. Packet telemetry, CCSDS 102.0-B-5, blue book[M]. Washington D.C.: CCSDS, 2001.

[5] 譚維熾, 顧瑩琦. CCSDS下行鏈路虛擬信道調(diào)度方法及性能分析[J]. 中國空間科學(xué)技術(shù), 2001, 21(3): 29-35.

[6] 范穎婷, 朱振華, 王軍旗. CCSDS分包遙測在某衛(wèi)星型號(hào)中的應(yīng)用[J]. 飛行器測控學(xué)報(bào), 2012, 31(S1): 77-80.

[7] 中國航空工業(yè)總公司第六一五所, 中國航空工業(yè)總公司第三○一所. 數(shù)字式時(shí)分制指令/響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線: GJB 289A—1997[S]. 北京: 國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì), 1997.

[8] CCSDS. AOS space data link protocol， CCSDS 732.0-B-2, blue book[M].Washington D.C.： CCSDS, 2006.

[9] ECSS. Space engineering, Space Wire Links, nodes, routers and networks: ECSS E 50 12A[S]. Noordwijk: ECSS, 2006.

[10] EADS Astrium: SpW-10X Space Wire router user manual[M]. Paris: EADS, 2008.

ApplicationsofTT&CandDataManagementSubsystemBasedonDoubleBusforFY-4Satellite

FAN Ying-ting， ZHU Zhen-hua， WANG Zhen， GU Qiang， WANG Jun-qi， YAN Kui

(Shanghai Institute of Satellite Engineering, Shanghai 201109, China)

The characteristics and application of TT&C and data management subsystem for FY-4 meteorological satellite were introduced in this paper. The composition and operation of the subsystem were presented. The CCSDS packet telemetry was adopted. The four telemetry optimal methods of scheduling policy of virtual channels and telemetry packets, configuration policy for telemetry packet, high precision and high frequency telemetry and the offshore telemetry collection method were put forward, which realized the autonomous dynamic collection and download of telemetry, telemetry abnormity checking on orbit, high precision and high frequency telemetry for key telemetry channel and elimination of telemetry dead space during launching to pointing of the satellite. The priority policy of telecommand data was applied in telemetry, which ensured the telecommand and program control command outputting simultaneously and realized the all program control functions from launching to pointing of the satellite. The management strategies of the component level failures and the whole satellite level failures were designed, which had the capacity to backup and recovery for the key units’ parameters and autonomic diagnosis and restructure for the component level failures, so it realized the monitoring and emergency handling of the key failures of the satellite. The double-bus of 1553B and SpaceWire were used, which satisfied the requirements of high speed data and low speed data and improved the versatility of the data transmission interface. And it provided functions of the important data backup and recovery of the satellite. The flight results of FY-4A satellite showed that it’s TT&C and data management subsystem complemented the function proposed.

CCSDS protocols; packet telemetry and telecommand; scheduling and configuration policy; high precision and high frequency; offshore telemetry; priority of telecommand; stored program control; security management and emergency handling

1006-1630(2017)04-0104-14

2017-06-22；

：2017-07-27

范穎婷(1985—)，女，工程師，主要從事衛(wèi)星測控?cái)?shù)管分系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

V447

：ADOI:10.19328/j.cnki.1006-1630.2017.04.013