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CN109217912A - 一种基于数据安全监管的多模式中继转发方法 - Google Patents

一种基于数据安全监管的多模式中继转发方法 Download PDF

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Abstract

一种基于数据安全监管的多模式中继转发方法。利用本发明的中继转发方法，首先，能在中继卫星上实现转发数据的安全监管，避免向目标转发错误数据。其次，利用延时中继转发模式，在地面站和航天器不能同时可见的情况下可以完成遥控、遥测数据的中继转发，并能够满足高精度时间遥控任务需求。同时，通过回传转发模式可以为航天器提供数据托管和定时自控功能。本发明的中继转发模式，能够实现转发数据的安全监管，满足多种任务需求，提高中继卫星的灵活性，降低地面维护的时间成本，扩展了中继卫星的应用模式。

Description

一种基于数据安全监管的多模式中继转发方法
技术领域
本发明涉及一种基于数据安全监管的多模式中继转发方法，属于卫星中继通信技术领域。
背景技术
中继卫星是一种特殊的通信卫星，可用于实现对中、低轨道航天器的跟踪、测量和控制，并且能把这些航天器的轨道、遥测等数据转发给地球测控站。这种卫星是大型空间系统的重要组成部分，它不仅可以使航天测控网覆盖率大幅提升，同时还能增强航天器测控及星地数据传输的实时性，很好地解决了地基测控存在的问题。这对降低航天器的运行风险、提高地面测控指挥的效率，尤其是在航天器出现异常情况下及时实施故障分析和太空抢救具有重要意义。
目前的中继卫星，如“天链一号”卫星，是通过射频转发的方式实现地面站和目标航天器之间的遥控、遥测转发。这种直接射频转发的中继方式无法对转发数据的安全性进行监管，并且只能实现地面站和目标航天器之间的实时转发，当航天器和地面站对于中继卫星不能同时可见时则无法实现有效的中继通信。因此，需要一种更加安全、灵活的中继通信方式。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种可实现数据安全监管，能延时转发的中继通信方式。
本发明的技术解决方案是：一种基于数据安全监管的多模式中继转发方法，包括如下步骤：
S1，发射端按照设定的中继帧格式将待转发数据发送至中继卫星，所述中继帧格式包括用于数据正确性校验的校验码、转发时机标识、用于判断发送时间的时间码和用于判断接收端的目标识别字；所述转发时机标识分为实时转发标识和延时转发标识；
S2，中继卫星根据校验码对待转发数据进行校验，若校验错误，则丢弃该待转发数据并置相应错误数据标识位，将该错误数据标识位经遥测信道下传至地面站并结束；若校验正确，则进入S3；
S3，中继卫星识别所述转发时机标识，若为实时转发标识，则进入S5；若为延时转发标识，则根据时间码将待转发数据存储至星载计算机内存的相应位置，进入S4；
S4，星载计算机间隔一定时间进行转发查询，若查询到某条时间码在[当前星时-间隔时间，当前星时]范围内，从星载计算机内存的相应位置提取该待转发数据，进入S5；
S5，中继卫星根据目标识别字识别接收端，将待转发数据发送给接收端。
进一步地，所述待转发数据的形式为射频信号，所述的中继卫星将接收到的待转发数据解调和解码为中继帧格式，中继卫星对中继帧格式中的校验码进行校验；当且仅当待转发数据校验正确，将其调制为射频信号进行发送。
进一步地，所述的发射端和接收端为同一个地面站或同一个航天器。
进一步地，所述时间间隔为100ms～1s。
进一步地，所述校验码为CRC校验码。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明可以在中继卫星上通过对射频信号解调、解码为数据帧，进而可以对所转发的数据进行正确性检查，以实现转发数据的安全监管，可以有效降低地面站/航天器接收到错误数据的概率。
(2)本发明既可以实现地面站与航天器两者之间的实时中继转发，又可以实现两者之间的延时中继转发。实时中继转发仅在地面站和航天器同时对中继卫星可见时可以实现。延时中继转发可以在地面站和航天器对中继卫星不同时可见的情况下，实现两者之间的及时有效中继通信，有效解决了两者对中继卫星不同时可见带来的时效性问题。
(3)本发明的延时转发功能可以实现中继数据或遥控指令的高精度时间转发。对于有高精度时间需求的遥控任务，如果采用地面站直接发指令的方式，由于地面操作和设备的时间延迟，很难满足高精度时间需求。现代航天器(也包括中继卫星)的时间统一精度可以精确到微秒级。本发明的延时中继转发可以在中继卫星上实现精确到百毫秒级的定时转发，因此能够满足有高精度需求的遥控任务。
(4)本发明的延时转发功能可以一次性将未来某个时间段内的遥控任务全部上注至中继卫星，中继卫星可以通过延时转发功能在规定的时间将相应数据转发至目标航天器。这种遥控方式可以不需要地面人员实时操作，能够降低地面维护的时间成本。
(5)本发明可以通过延时转发功能实现航天器的数据托管和定时自控功能。当航天器需要中继卫星临时存储所需数据或需要在某个时刻收到特殊遥控指令时，可以按照约定的帧格式将所需要存储的数据或遥控指令发送至中继星代为保管。中继卫星在航天器需要回传数据或发送遥控指令时在相应时刻将保管的数据或指令发送至原航天器。这样在不需要地面人员干预的情况下，便可实现航天器数据的临时存储功能，并满足某些需要在既定时间向航天器发送指令的需求。
附图说明
图1为本发明的中继卫星帧格式示意图；
图2为本发明的实时中继转发模式示意图；
图3为本发明的延时中继转发模式示意图；
图4为本发明的定时回传转发模式示意图；
图5为本发明的中继卫星转发工作流程图。
具体实施方式
一种基于数据安全监管的多路径中继转发方法，如图5所示，步骤如下：
(1)中继卫星的中继转发分为前向转发(地面站->中继卫星->航天器)、反向转发(航天器->中继卫星->地面站)、回传转发(航天器>中继卫星->航天器)三种方向，这三种方向的数据转发采用相同的中继帧格式。
(2)地面站/航天器(发射端)按照约定的中继帧格式将待转发数据通过相应信道发送至中继卫星。
(3)中继卫星的星务中心计算机收到待转发数据后，首先对数据进行正确性检查，若发现数据校验错误，则将该数据丢弃并置相应标识位，该标识位可经遥测下传至地面站遥测接收端，地面可选择重新发送或其它处理方式(发送过程出错)；若该数据正确，则进入下一步骤。
(4)星务中心计算机对数据的转发时机标识进行判断，如果需要实时转发，则进入步骤(6)，如果需要延时转发则根据时间码将该有效数据存储至内存的相应位置。
(5)星务中心计算机每间隔100ms～1s进行转发任务查询，如果在某一次任务查询中，查询到当前星时和某一条已存数据的时间码相符，则进入步骤(6)；
(6)星务中心计算机执行中继转发任务时，根据有效数据中的目标识别字判断目标航天器(接收端)，然后通过相应的信道端口将需要转发的有效数据发送出去。
(7)地面站/航天器(接收端)在接收到中继星转发的数据后进行后续处理，至此中继星的中继转发任务完成。
下面结合说明书附图进行详细说明。
如图1所示为本发明的中继卫星帧格式示意图。中继卫星的中继帧格式包括地址同步字、方式字、注入数据和CRC校验码四个部分。有效数据又包括主导头、数据域、差错控制域三个部分。
其中，数据域内容由目标航天器识别字、时间码、长度码、有效数据和填充码五部分组成，说明如下：
(1)目标识别字：目标识别字采用数据接收方的航天器识别字，用来表示待转发数据的目标航天器；
(2)转发时机标识：表示中继卫星需要实时转发还是延时转发；
(3)时间码：用来表示延时转发的UTC星时，占6个字节，其中前四个字节单位为秒(s)，后2个字节单位为毫秒(ms)。当转发时机为实时转发时，时间码为0；
(4)长度码：用来表征实际需要转发数据的长度，单位为字节；
(5)有效数据：用于存放待转发的数据包括地址同步字、方式字、遥控/遥测数据和CRC校验码；
(6)填充码：有效数据帧长度不足时，填充AAH补齐。
一、实时中继转发模式
(1)如图2所示，为本发明的实时中继转发模式示意图。当地面站和航天器对于中继卫星同时可见，并且需要在两者之间实时转发数据时，地面站/航天器可以按照图1所示中继卫星帧格式将需要转发的数据发送至中继星；
(2)中继卫星在收到中继帧后，首先通过CRC校验的方式对数据进行安全性(正确性)检查，若发现数据校验错误，则将该数据丢弃并置相应标识位，通过遥测下传至地面站；
(3)中继卫星对数据的转发时机标识位进行判断，此时判断为需要实时转发，则根据有效数据中的目标识别字和已知航天器识别字进行比对，判断转发目标，然后通过相应的信道端口将需要转发的有效数据发送出去。
二、延时中继转发模式
(1)如图3所示，为本发明的延时中继转发模式示意图。当地面站和航天器对于中继卫星不同时可见，或者对转发时间有高精度要求时，地面站/航天器可以按照图1所示中继卫星帧格式将需要转发的数据发送至中继星；
(2)中继卫星在收到中继帧后，首先通过CRC校验的方式对数据进行安全性检查，若发现数据校验错误，则将该数据丢弃并置相应标识位，通过遥测下传至地面站；
(3)中继卫星对数据的转发时机标识位进行判断，此时判断为需要延时转发。根据时间码将该需要转发的有效数据帧按照转发时间先后顺序存储至内存的相应位置。
(5)星务中心计算机每间隔100ms进行转发任务查询。如果在某一次任务查询中查询到当前UTC星时和待转发的有效数据的时间码相符合，则根据有效数据中的目标识别字和已知航天器识别字进行比对，判断目标航天器/地面站，然后通过相应的信道端口将需要转发的有效数据发送出去。
三、定时回传转发模式
如图4所示，数据托管和定时自控功能是延时中继转发模式的一种特殊形式，特殊之处在于中继帧的发送端和接收端为同一航天器。因此，帧格式中有效数据的目标识别字为接收端(同为发送端)航天器识别字。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种基于数据安全监管的多模式中继转发方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1，发射端按照设定的中继帧格式将待转发数据发送至中继卫星，所述中继帧格式包括用于数据正确性校验的校验码、转发时机标识、用于判断发送时间的时间码和用于判断接收端的目标识别字；所述转发时机标识分为实时转发标识和延时转发标识；
S2，中继卫星根据校验码对待转发数据进行校验，若校验错误，则丢弃该待转发数据并置相应错误数据标识位，将该错误数据标识位经遥测信道下传至地面站并结束；若校验正确，则进入S3；
S3，中继卫星识别所述转发时机标识，若为实时转发标识，则进入S5；若为延时转发标识，则根据时间码将待转发数据存储至星载计算机内存的相应位置，进入S4；
S4，星载计算机间隔一定时间进行转发查询，若查询到某条时间码在[当前星时-间隔时间，当前星时]范围内，从星载计算机内存的相应位置提取该待转发数据，进入S5；
S5，中继卫星根据目标识别字识别接收端，将待转发数据发送给接收端。
2.根据权利要求1所述的一种基于数据安全监管的多模式中继转发方法，其特征在于：所述待转发数据的形式为射频信号，所述的中继卫星将接收到的待转发数据解调和解码为中继帧格式，中继卫星对中继帧格式中的校验码进行校验；当且仅当待转发数据校验正确，将其调制为射频信号进行发送。
3.根据权利要求1所述的一种基于数据安全监管的多模式中继转发方法，其特征在于：所述的发射端和接收端为同一个地面站或同一个航天器。
4.根据权利要求1所述的一种基于数据安全监管的多模式中继转发方法，其特征在于：所述时间间隔为100ms～1s。
5.根据权利要求1所述的一种基于数据安全监管的多模式中继转发方法，其特征在于：所述校验码为CRC校验码。
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