一種基于多層1553B總線及CCSDS的載人航天器空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高延超，梁 克，郭中偉

(中國(guó)空間技術(shù)研究院北京空間技術(shù)研制試驗(yàn)中心，北京100094)

1 引言

隨著載人航天技術(shù)不斷發(fā)展，航天器在種類、規(guī)模、任務(wù)、功能等方面呈現(xiàn)出多樣化特點(diǎn)。多航天器在軌構(gòu)建的組合式載人航天器與單一載人航天器相比，由于組合體內(nèi)各航天器任務(wù)及功能差異性的客觀存在，航天器種類多、構(gòu)型多變會(huì)極大增加天地間、器間數(shù)據(jù)管理難度；航天器規(guī)模大、構(gòu)型多及設(shè)備終端多會(huì)極大增加器內(nèi)數(shù)據(jù)管理的難度。組合式載人航天器的組合體在軌數(shù)據(jù)管理、組合體天地間數(shù)據(jù)管理、器間空-空數(shù)據(jù)管理等均是載人航天器空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)亟待解決的難題。

國(guó)際空間站空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是通用化及標(biāo)準(zhǔn)化。在器載網(wǎng)絡(luò)方面，單航天器、組合體的器載網(wǎng)絡(luò)均采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，支持多國(guó)別、多個(gè)類型的載人航天器組裝建造并實(shí)現(xiàn)組合體管理；在協(xié)議體制方面，采用了高級(jí)在軌系統(tǒng)(Advanced Orbiting System，AOS)標(biāo)準(zhǔn)，提供了標(biāo)準(zhǔn)、通用、靈活、多樣化的天地一體化數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)。目前，中國(guó)載人航天器間的空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，不同類型航天器組裝建造過(guò)程及組合體的數(shù)據(jù)管理往往會(huì)因體制差異而增加額外的轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)難度。展望未來(lái)，需要統(tǒng)籌載人航天器空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)頂層規(guī)劃，面向未來(lái)載人航天器，加強(qiáng)天地間、器間及器內(nèi)業(yè)務(wù)和協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

為了降低多航天器構(gòu)建的組合式載人航天器的天地間、器間、器內(nèi)的數(shù)據(jù)管理難度，促進(jìn)載人航天器的接口及協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，增強(qiáng)航天器及設(shè)備的兼容性及可擴(kuò)展性，本文提出一種基于多層1553B總線及CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems)標(biāo)準(zhǔn)的載人航天器空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)，重點(diǎn)針對(duì)載人航天器空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)的器載網(wǎng)絡(luò)、空間鏈路子網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系進(jìn)行研究及設(shè)計(jì)；基于多層1553B總線構(gòu)建一種適合多航天器組合體管理的多構(gòu)型、高可靠、可重構(gòu)、大負(fù)載的空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)器載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，支持大型載人航天器分布式分級(jí)分層形式的數(shù)據(jù)管理；基于CCSDS標(biāo)準(zhǔn)開展適合中國(guó)載人航天器空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)的器載網(wǎng)絡(luò)及空間鏈路子網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議體系研究及設(shè)計(jì)。

2 空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)概念

航天器空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)由空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(huì)CCSDS提出，一般定義為航天器提供產(chǎn)生、傳輸、分發(fā)、獲取等可靠安全數(shù)據(jù)服務(wù)的集成，具有多信源、多用戶的開放系統(tǒng)模型，實(shí)現(xiàn)并統(tǒng)一航天器器內(nèi)、航天器器間、航天器與地面之間的互聯(lián)互通。

空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)遵循CPN(CCSDS Principal Net)主網(wǎng)模型，包括星載網(wǎng)絡(luò)(Onboard Network)、地面網(wǎng)絡(luò)(Ground Network)、空間鏈路子網(wǎng)絡(luò)(Space Link Subnetwork)三部分，根據(jù)配置的不同，CPN可分為空-地配置和空-空配置，CPN模型如圖1所示。

針對(duì)多航天器構(gòu)建的組合式載人航天器，交會(huì)對(duì)接及撤離任務(wù)中需要空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)支持航天器器間數(shù)據(jù)管理，組合體期間需要空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)支持航天器與地面間數(shù)據(jù)管理，各航天器單飛、交會(huì)對(duì)接及組合體期間均需要空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)支持本航天器器內(nèi)的子系統(tǒng)/設(shè)備/航天員間的數(shù)據(jù)管理。載人航天器空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)符合CPN模型，包括載人航天器的器載網(wǎng)絡(luò)、地面網(wǎng)絡(luò)、空間鏈路子網(wǎng)，結(jié)合CPN模型相關(guān)網(wǎng)絡(luò)功能，需求分析如下:

1)載人航天器器載網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)組合式載人航天器構(gòu)建過(guò)程，器載網(wǎng)絡(luò)可分為單航天器器載網(wǎng)絡(luò)和組合體器載網(wǎng)絡(luò)2種類型，單航天器器載網(wǎng)絡(luò)通過(guò)器間組網(wǎng)構(gòu)建形成組合體器載網(wǎng)絡(luò)。載人航天器單獨(dú)飛行期間，單航天器器載網(wǎng)絡(luò)需要實(shí)現(xiàn)并統(tǒng)一器內(nèi)子系統(tǒng)/設(shè)備/航天員間的數(shù)據(jù)傳輸與管理。組合式載人航天器構(gòu)建前后，組合體器載網(wǎng)絡(luò)需要實(shí)現(xiàn)并統(tǒng)一組合體各種構(gòu)型下各單航天器器載網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)傳輸與管理，并支持組合體靈活擴(kuò)展及重構(gòu)。

圖1 空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)CPN模型Fig.1 Model of CCSDS principal net

2)載人航天器空間鏈路子網(wǎng)絡(luò)。實(shí)現(xiàn)并統(tǒng)一航天器器間(CPN空-空)、航天器與地面間(CPN空-地)的互聯(lián)互通，即支持器載網(wǎng)絡(luò)與器載網(wǎng)絡(luò)間、器載網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)傳輸及管理。

3)載人航天器地面網(wǎng)絡(luò)。實(shí)現(xiàn)并統(tǒng)一載人航天器地面設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸與管理，本文研究范圍不包含這部分內(nèi)容。

3 器載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 器載網(wǎng)絡(luò)需求分析及選取

載人航天器具有多任務(wù)、多功能、高可靠的特點(diǎn)，一般由若干個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的功能子系統(tǒng)組成，且終端設(shè)備布局較為分散，器載網(wǎng)絡(luò)需要滿足高可靠性、分布式、大負(fù)載的數(shù)據(jù)管理需求。載人航天器各功能子系統(tǒng)承擔(dān)功能不同，一般劃分為組合體管理功能(組合體層)、單航天器管理功能(航天器層)、子系統(tǒng)管理功能(子系統(tǒng)層)。為降低各功能子系統(tǒng)耦合性，優(yōu)化各功能子系統(tǒng)間信息流，載人航天器器載網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行分層次的數(shù)據(jù)管理。對(duì)于多航天器構(gòu)建的組合式載人航天器，器載網(wǎng)絡(luò)需要重點(diǎn)解決組合體構(gòu)建過(guò)程中的各單航天器器載網(wǎng)絡(luò)間識(shí)別及組網(wǎng)，組合體構(gòu)建完成后的組合體器載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合管理及重構(gòu)，組合體構(gòu)建完成后的組合體器載網(wǎng)絡(luò)的兼容擴(kuò)展問(wèn)題?；谌缟戏治?，載人航天器空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)需要一種高可靠、分布式、分層次、大負(fù)載、可重構(gòu)的器載網(wǎng)絡(luò)。

1553B總線是一種數(shù)字式、時(shí)分制、指令/響應(yīng)型、多路傳輸數(shù)據(jù)總線，采用總線式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌m合應(yīng)用于分布式、分層、大負(fù)載的管理網(wǎng)絡(luò)。1553B總線協(xié)議提供數(shù)據(jù)字、指令字、狀態(tài)字3種基本傳輸單元，并提供多種總線消息格式，可支持載人航天器遙測(cè)、遙控、指令、自主管理、組合體管理等各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)，符合GJB 289A的1553B總線控制芯片及總線電纜可獲取性好，并具備總線切換功能裝置，可解決組合體變化構(gòu)型下多航天器組網(wǎng)及切換問(wèn)題。相比較于ARINC429、RS485、CAN等機(jī)載或器載網(wǎng)絡(luò)，1553B總線具備可靠性高、穩(wěn)定性好、實(shí)時(shí)性好、抗干擾能力強(qiáng)、可擴(kuò)展等能夠適應(yīng)空間復(fù)雜環(huán)境的特點(diǎn)，更適合于組合式載人航天器對(duì)器載網(wǎng)絡(luò)的需求。

3.2 基于多層1553B總線的器載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

3.2.1 單航天器

單航天器器載網(wǎng)絡(luò)通過(guò)載人航天器空間鏈路子網(wǎng)絡(luò)與其他載人航天器器載網(wǎng)絡(luò)、載人航天器地面網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，支持載人航天器間空-空數(shù)據(jù)通信，支持載人航天器空-地?cái)?shù)據(jù)通信。

航天器單獨(dú)飛行期間，單航天器器載網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)并統(tǒng)一器內(nèi)子系統(tǒng)/設(shè)備/航天員間的數(shù)據(jù)傳輸與管理。單航天器器載網(wǎng)絡(luò)多層1553B總線系統(tǒng)由組合體層管理總線系統(tǒng)、航天器層管理總線系統(tǒng)、子系統(tǒng)層管理總線系統(tǒng)構(gòu)成，分別負(fù)責(zé)本航天器內(nèi)的組合體層、航天器層、子系統(tǒng)層的功能管理。每層管理總線按照功能分配、總線終端數(shù)量按需分配，并最終經(jīng)由組合體層管理總線與載人航天器空間鏈路子網(wǎng)互通，單航天器器載網(wǎng)路多層1553B總線系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，具體如下:

1)組合體層管理總線系統(tǒng)由組合體級(jí)數(shù)據(jù)管理單元、單器級(jí)數(shù)據(jù)管理單元及組合體層1553B總線組成。航天器單獨(dú)飛行期間，組合體層管理總線系統(tǒng)僅支持本航天器內(nèi)航天器層管理總線系統(tǒng)與載人航天器空間鏈路子網(wǎng)間的數(shù)據(jù)管理。

2)航天器層管理總線系統(tǒng)由單器級(jí)數(shù)據(jù)管理單元、子系統(tǒng)控制器及航天器層1553B總線組成。單器級(jí)數(shù)據(jù)管理單元作為該總線系統(tǒng)的總線控制器(Bus Controller，BC)，各子系統(tǒng)控制器作為遠(yuǎn)程終端(Remote Terminal，RT)，在BC控制下實(shí)現(xiàn)單器器載數(shù)據(jù)管理。航天器層1553B總線系統(tǒng)支持實(shí)現(xiàn)整器級(jí)任務(wù)功能，一般需要由多個(gè)分系統(tǒng)協(xié)同配合完成，如整器自主健康管理、遙測(cè)遙控管理等，根據(jù)子系統(tǒng)控制器數(shù)量和總線負(fù)載率綜合考慮、合理配置。在單飛行器多層1553B總線結(jié)構(gòu)中，子系統(tǒng)控制器既作為子系統(tǒng)層管理總線的BC，又作為飛行器層管理總線的RT。

3)子系統(tǒng)層管理總線系統(tǒng)由子系統(tǒng)控制器、子系統(tǒng)終端設(shè)備及子系統(tǒng)層1553B總線組成。子系統(tǒng)控制器作為該總線系統(tǒng)的BC，子系統(tǒng)終端設(shè)備作為RT，在BC控制下實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)器載數(shù)據(jù)管理及子系統(tǒng)功能。載人航天器一般由若干子系統(tǒng)組成，且功能相對(duì)獨(dú)立，子系統(tǒng)層1553B總線可結(jié)合子系統(tǒng)配置、終端設(shè)備數(shù)量、總線負(fù)載率等因素綜合考慮、合理配置，比如熱控子系統(tǒng)層管理總線、環(huán)控子系統(tǒng)層管理總線、GNC子系統(tǒng)層管理總線等。同時(shí)，子系統(tǒng)層1553B總線系統(tǒng)匯聚其內(nèi)部非總線設(shè)備數(shù)據(jù)，比如RS-422串口數(shù)據(jù)、專用接口數(shù)據(jù)等。

圖2 單航天器器載網(wǎng)絡(luò)多層1553B總線系統(tǒng)架構(gòu)Fig.2 Architecture ofmulti-layer 1553B bus system on single spacecraft level

3.2.2 組合體

組合式載人航天器構(gòu)建期間，組合體器載網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)并統(tǒng)一組合體各種構(gòu)型下各單航天器器載網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)傳輸與管理，并支持組合體靈活擴(kuò)展及重構(gòu)。由組合體層管理總線系統(tǒng)、航天器層管理總線系統(tǒng)、子系統(tǒng)層管理總線系統(tǒng)分別負(fù)責(zé)各航天器內(nèi)及器間的組合體層、各航天器內(nèi)的航天器層、各航天器內(nèi)的子系統(tǒng)層的功能管理。組合式載人航天器的多器構(gòu)建和構(gòu)型多樣，各器需相對(duì)獨(dú)立又需融合管理的特性，各載人航天器組合體在軌數(shù)據(jù)管理、組合體天地間數(shù)據(jù)管理、器間空-空數(shù)據(jù)管理是該類型載人航天器空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)的難題。針對(duì)多航天器構(gòu)建的大型載人航天器，組合體器載數(shù)據(jù)融合管理通過(guò)多飛行器級(jí)多層1553B總線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，支持多器組合體通信、多器空-空通信、多器天地通信等。組合體器載網(wǎng)絡(luò)多層1553B總線系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

1)組合體層管理總線系統(tǒng)由各載人航天器的組合體層管理總線、組合體級(jí)數(shù)據(jù)管理單元、單器級(jí)數(shù)據(jù)管理單元及總線切換裝置組成。根據(jù)載人航天器數(shù)量及功能定位、組合體構(gòu)型、組合體層總線終端數(shù)量、電纜長(zhǎng)度、負(fù)載率等因素合理配置。根據(jù)組合體復(fù)雜程度，組合體器載網(wǎng)絡(luò)可配置1套或多套組合體層1553B總線，其中每套總線可支持2個(gè)航天器對(duì)接?？?。1553B總線切換裝置實(shí)現(xiàn)各單航天器器載網(wǎng)絡(luò)與組合體器載網(wǎng)絡(luò)之間的并網(wǎng)及脫網(wǎng)，支持各器與組合體進(jìn)行?？考俺冯x，可實(shí)現(xiàn)一種可適應(yīng)多構(gòu)型的組合體器載網(wǎng)絡(luò)。在多航天器構(gòu)建的組合式載人航天器中，根據(jù)任務(wù)規(guī)劃及功能定位，設(shè)置主控航天器負(fù)責(zé)組合體層器載數(shù)據(jù)管理。在組合體器載網(wǎng)絡(luò)多層1553B總線系統(tǒng)中，各航天器的組合體級(jí)數(shù)據(jù)管理單元均可工作在BC或RT模式。根據(jù)組合體各航天器的飛行模式，設(shè)計(jì)單飛模式、組合體正常模式，實(shí)現(xiàn)組合體組裝建造過(guò)程中從單器到多器組合體的數(shù)據(jù)管理。同時(shí)，根據(jù)組合體各飛行器的故障模式，組合體層1553B總線系統(tǒng)設(shè)計(jì)組合體安全模式支持?jǐn)?shù)據(jù)管理功能故障重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各種故障模式下高可靠的數(shù)據(jù)管理。各工作模式具體如下:①單飛模式。各載人航天器在單獨(dú)飛行期間，在組合體層管理總線系統(tǒng)中，組合體級(jí)數(shù)據(jù)管理單元作為BC，單器級(jí)數(shù)據(jù)管理單元作為RT，組合體級(jí)數(shù)據(jù)管理單元負(fù)責(zé)所有器載數(shù)據(jù)管理；②組合體正常模式。各載人航天器形成組合體期間，一般情況下，主控航天器的組合體級(jí)數(shù)據(jù)管理單元工作在BC模式，負(fù)責(zé)組合體所有器載數(shù)據(jù)管理，其他組合體級(jí)數(shù)據(jù)管理單元、單器級(jí)數(shù)據(jù)管理單元工作在RT模式。同時(shí)，各航天器組合體級(jí)數(shù)據(jù)管理單元之間交互組合體層數(shù)據(jù)，如飛行器間的遙控遙測(cè)數(shù)據(jù)，在空間鏈路子網(wǎng)絡(luò)支持下確保組合體器載網(wǎng)絡(luò)的高可靠性；③組合體安全模式。各載人航天器形成組合體期間，當(dāng)主控艙段組合體級(jí)數(shù)據(jù)管理單元BC出現(xiàn)故障或異常時(shí)，指定某個(gè)航天器的組合體級(jí)數(shù)據(jù)管理單元切換至BC模式并負(fù)責(zé)組合體器載數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)組合體層管理總線系統(tǒng)的重構(gòu)。

圖3 組合體器載網(wǎng)絡(luò)多層1553B總線系統(tǒng)架構(gòu)Fig.3 Architecture ofmulti-layer 1553B bus system on multi spacecraft level

2)航天器層管理總線系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，相應(yīng)單器級(jí)數(shù)據(jù)管理單元作為BC，負(fù)責(zé)本航天器器載數(shù)據(jù)管理。在組合體層管理總線系統(tǒng)的各種工作模式下，航天器層管理總線系統(tǒng)工作模式均一致。

3)子系統(tǒng)層管理總線系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，相應(yīng)子系統(tǒng)控制器作為BC，負(fù)責(zé)本子系統(tǒng)的器載數(shù)據(jù)管理。在組合體層管理總線系統(tǒng)各種工作模式下，子系統(tǒng)層管理總線系統(tǒng)工作模式均一致。

4 空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)協(xié)議體系設(shè)計(jì)

CCSDS主要負(fù)責(zé)開發(fā)和采納適合于空間通信和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的各種通信協(xié)議和數(shù)據(jù)處理規(guī)范，在器載通信協(xié)議、空間鏈路通信協(xié)議等方面提出了多個(gè)建議書，適合于組合式航天器協(xié)議體系設(shè)計(jì)，在國(guó)內(nèi)外航天器中得到廣泛應(yīng)用，以支持航天器各種業(yè)務(wù)及協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。結(jié)合CCSDS的空間鏈路業(yè)務(wù)(Space Link Services，SLS)領(lǐng)域的空間通信協(xié)議體系及航天器器載接口業(yè)務(wù)(Spacecraft Onboard Interface Services，SOIS)的器載通信協(xié)議體系，本文提出的載人航天器空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)協(xié)議體系如圖4所示。

1)應(yīng)用層面向載人航天器頂層應(yīng)用功能，對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，將頂層應(yīng)用功能與底層協(xié)議分離以適應(yīng)不同類型的載人航天器。根據(jù)載人航天器類型及功能定位，識(shí)別并標(biāo)準(zhǔn)化共性頂層應(yīng)用功能，包括遙控、遙測(cè)、熱控管理、環(huán)控管理、時(shí)間管理等。對(duì)于特殊的頂層應(yīng)用功能進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)以供備選，包括交會(huì)對(duì)接、?？抗芾怼⒊雠摶顒?dòng)、推進(jìn)補(bǔ)加等。

圖4 基于CCSDS的載人航天器空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)協(xié)議體系Fig.4 Protocol architecture ofmanned spacecraft data system based on CCSDS

2)應(yīng)用支持層支持應(yīng)用層對(duì)底層設(shè)備、時(shí)間、消息等進(jìn)行虛擬化形式訪問(wèn)，以擺脫器載網(wǎng)絡(luò)對(duì)底層協(xié)議的依賴。航天器星載接口業(yè)務(wù)SOIS體系架構(gòu)中，應(yīng)用支持層包括命令與數(shù)據(jù)獲取業(yè)務(wù)(Command and Data Acquisition Service，CDAS)、時(shí)間訪問(wèn)業(yè)務(wù)(Time Access Service，TAS)、文件及包存儲(chǔ)業(yè)務(wù)(File and Packet Store Service，F(xiàn)PSS)、消息傳輸業(yè)務(wù)(Message Transfer Service，MTS)、設(shè)備枚舉業(yè)務(wù)(Device Enumeration Service，DES)5種應(yīng)用支持層業(yè)務(wù)。載人航天器空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，應(yīng)用層對(duì)于設(shè)備、時(shí)間、消息的訪問(wèn)是最基本的功能，應(yīng)用支持層選用CDAS、TAS及MTS業(yè)務(wù)，其他2種業(yè)務(wù)預(yù)留。

3)網(wǎng)絡(luò)層面向器載網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，采用CCSDS空間包協(xié)議，對(duì)空間包APID和副導(dǎo)頭進(jìn)行合理規(guī)劃，包括業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)類型、源地址、目的地址等，對(duì)器載網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層傳輸路由協(xié)議進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，支持空間包在不同航天器器載網(wǎng)絡(luò)間、航天器不同子系統(tǒng)器載網(wǎng)絡(luò)間傳輸路由，支持不同器載網(wǎng)絡(luò)間自主識(shí)別及組網(wǎng)。后續(xù)隨著器載網(wǎng)絡(luò)升級(jí)及天地一體化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，依據(jù)IP over CCSDS SPACE LINKS藍(lán)皮書(CCSDS 702.1-B-1)，載人航天器空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)器載網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層CCSDS空間包可封裝IP數(shù)據(jù)包來(lái)支持IP數(shù)據(jù)包在器載網(wǎng)絡(luò)層傳輸；同時(shí)，該類型CCSDS空間包可通過(guò)鏈路層IP over CCSDS AOS協(xié)議實(shí)現(xiàn)器載網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的一致化，從而可支持載人航天器實(shí)現(xiàn)天地一體化。

4)鏈路層面向空間鏈路子網(wǎng)絡(luò)及器載網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)空間鏈路子網(wǎng)絡(luò)，CCSDS空間鏈路協(xié)議包括常規(guī)在軌系統(tǒng)(Conventional Orbiting System，COS)空間鏈路協(xié)議和高級(jí)在軌系統(tǒng)(Advanced Orbiting System，AOS)空間鏈路協(xié)議。COS包括遙測(cè)(Tele-Measuring，TM)空間鏈路協(xié)議和遙控(Tele-Controlling，TC)空間鏈路協(xié)議，其中，AOS業(yè)務(wù)已經(jīng)覆蓋了TM業(yè)務(wù)。基于此，載人航天器鏈路層協(xié)議設(shè)計(jì)如下:①空間鏈路層面向空間鏈路子網(wǎng)絡(luò)的鏈路層協(xié)議，包括載人航天器的器-地(天地間)、器-器(空-空)鏈路層協(xié)議。器-器鏈路層協(xié)議面向載人航天器間的空-空通信鏈路層協(xié)議，采用AOS空間鏈路協(xié)議。器-地鏈路層協(xié)議主要面向載人航天器天地測(cè)控鏈路層協(xié)議，對(duì)于器-地上行采用TC＋AOS相結(jié)合的空間鏈路層協(xié)議，既能滿足上行多種類型、不同速率的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，又能對(duì)目前載人航天器兼容；器-地下行采用AOS空間鏈路層協(xié)議。后續(xù)隨著航天器天地一體化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，載人航天器空間鏈路層協(xié)議可擴(kuò)展為IP over CCSDSAOS。②器載鏈路層面向器載網(wǎng)絡(luò)的鏈路層協(xié)議，采用符合GJB 289 A的1553B總線鏈路協(xié)議，通過(guò)1553B匯聚協(xié)議及包業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)與器載網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層間的數(shù)據(jù)傳輸。

5)物理層面向空間鏈路子網(wǎng)絡(luò)及器載網(wǎng)絡(luò)的物理層協(xié)議，包括空間物理層及器載物理層?？臻g物理層應(yīng)滿足天地測(cè)控鏈路、天基中繼空-空鏈路、航天器間空-空鏈路等物理層協(xié)議要求，主要涉及鏈路物理層的射頻與調(diào)制相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，本文不再詳述。器載物理層采用符合GJB 289 A的1553B總線物理層協(xié)議，后續(xù)隨著器載網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展可擴(kuò)展為時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)(Time-Triggered Ethernet，TTE)、FCAE-1553總線等。

5 結(jié)論

本文提出的系統(tǒng)架構(gòu)及協(xié)議體系中關(guān)鍵協(xié)議已在某項(xiàng)目中成功應(yīng)用，并通過(guò)了地面試驗(yàn)驗(yàn)證。

1)基于多層1553B總線的載人航天器器載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)解決了組合式載人航天器組合體構(gòu)建過(guò)程中的各單航天間識(shí)別及組網(wǎng)、組合體數(shù)據(jù)融合管理及重構(gòu)、組合體兼容擴(kuò)展難題，為該類型載人航天器組合體管理提供一種高可靠、分布式、分層次、大負(fù)載、可重構(gòu)的有效解決方案。

2)基于CCSDS的系統(tǒng)性、分層次的載人航天器空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)協(xié)議體系可解決不同種類航天器、不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和可擴(kuò)展性設(shè)計(jì)問(wèn)題，有效提升載人航天器的兼容性及可擴(kuò)展性。