[发明专利]一种星载数据管理系统自主容错方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种航天器数据管理方法。

背景技术

如图1所示，数据管理系统一般由数管计算机、遥控单元、远置单元A、远置单元B、远置单元C、远置单元D及1553B总线组成。遥控单元负责分发地面系统注入的遥控指令；远置单元A、远置单元B、远置单元C、远置单元D负责采集其它设备的遥测并通过1553B总线传递到数管计算机，同时执行数管计算机传来的间接指令；远置单元A还具有将数管计算机组织好的遥测数据进行调制并通过应答机下传给地面系统的功能。

数管计算机是整个数据管理系统的处理核心，承担着整星遥测、遥控、自主热控、自主能源控制以及有效载荷数据处理等多项重要任务。数据管理系统一般需要处理地面注入指令、星上设备数据交换、总线数据交换、时钟信号输入、遥测信号采集等功能。数据管理系统的故障将影响地面对卫星状态的判断与控制，因此数据管理系统应具备自主容错机制和冗余备份措施。

航天器自主容错机制是指航天器能够对自身状态进行监控和感应，对出现的故障自主进行检测、隔离和恢复。容错机制主要包括故障检测、故障诊断和系统重构等。当系统状态偏离了“正常”状态时，称系统处于故障状态。检测是测定故障产生的过程，诊断是确定故障类型的过程，包括确定故障产生的时间、地点和故障级别。利用这些信息可以对系统进行修复，使系统恢复常运行。另外航天器各个重要系统都采用了冗余备份措施，希望在出现故障时能通过系统重构恢复系统的正常运行。容错机制中的故障检测主要有两种方法：极限检查，通过跟踪系统关键参数是否处于正常工作范围的方法；基于模型的检测，基于系统的数学或解析模型，将系统当前状态同模型对比。

现有的航天器自主容错方法，没有针对数据管理系统中“对整星数据集中处理”的特点，没有对不同程度的故障进行区分对待，分别处理。在出现故障时，主要通过系统重构来排除故障的影响。但实际使用中，有一些错误的产生不足以对系统造成致命的损害，频繁的系统重构将会严重影响数据管理系统的正常运行。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种星载数据管理系统自主容错方法，具备不同层次的检错与容错能力，可以分别对不同危害程度的错误进行处理，从而提高数据管理系统甚至整星的可靠性。

本发明的技术解决方案是：一种星载数据管理系统自主容错方法，将星载数据管理系统自主容错机制分为数据容错、部件级容错、系统级容错三个级别，容错时顺序进行，其中：

(1)数据容错：包括数据协议验证、1553B总线接口容错、RS422总线容错三个方面；

A)数据协议验证时，按照约定的数据协议进行，数据协议中规定数据的标识、长度、有效数据内容和校验，通过验证接口上的数据标识是否正确，来确定接口上的数据类型；通过对长度的判读，来确认有效数据内容的长度和校验和的位置；通过校验和是否正确，验证收到的数据是否正确；

B)1553B总线接口容错时，将1553B总线设置为双冗余的形式，通过总线消息实现总线的冗余切换；当冗余切换失败时，利用从1553B总线接口发出的遥控数据和采集的遥测数据进行容错；对于遥测数据，采用定期更新的方式实现，对于遥控数据，通过遥控数据的执行结果判断数据接口是否正确；

C)RS422总线容错时，将RS422总线设置为双冗余的形式，通过建立对话机制来验证数据链路是否正常；当对话失败时，通过检测RS422总线的接口数据是否符合协议来进行RS422总线的切换；

(2)部件级容错：包括RAM芯片容错、软件看门狗容错、信号时钟的容错三个方面；

D)RAM芯片的容错时，采用软件周期性向RAM芯片依次写特定数据并读取该位置的数据，若数据不正确，则进行备份RAM芯片的自主切换；

E)软件看门狗容错时，软件定期向看门狗电路发出清狗信号，当清狗信号无法发出时，看门狗电路发出复位信号，软件重新开始运行；

F)信号时钟容错时，首先采用外部遥测帧同步信号作为触发激励信号周期性的采集遥测数据，当遥测数据不刷新时，数管计算机软件利用内部时钟代替外部遥测帧同步信号作为遥测参数采集的触发激励信号；

(3)系统级容错：包括数管计算机自主切换容错，以及远置单元的自主切换容错两个方面；

G)数管计算机自主切换容错时，数管计算机定期向各远置单元发出总线查询信号，当未接收到所有远置单元的响应时，发出切机指令，数管计算机进行自主切机，切机到备份机进行工作；