[发明专利]一种低成本小卫星重要数据容错方法

说明书

一种低成本小卫星重要数据容错方法，每条程控指令除包含任务号、时间、指令码外，还包含纠错编码，程控指令上注时星务主机校验正确后将指令及相应纠错码进行存储。当程控指令执行前或星务中心计算机运行周期检错程序时，通过纠错编码对程控指令进行检错和纠错。本发明可针对不同长度的数据进行纠错编码，达到kbit长度数据可以检测2bit错误，纠正1bit错误的能力。本发明的方法同硬件EDAC相比通用性好，不需要增加硬件EDAC芯片或FPGA，非常利于基于商用货架产品的低成本卫星实现；同传统三模冗余方法比较可在很大程度上节约存储空间，且可以周期性刷新，克服长期在轨运行由于单粒子翻转积累造成的三模冗余方法失效的问题。

技术领域

本发明涉及一种低成本小卫星重要数据纠错方法，用于对小卫星重要数据检错和纠错，克服空间单粒子效应。重要数据包括程控指令、程控数据块、相对程控指令、热控数据、载荷数据等。

背景技术

随着商业卫星发射的爆发式增长，按照传统3～5年的大卫星研发周期不能满足商业航天的业务需求。航天器中广泛应用的宇航级器件经常受到禁运，供货周期长，而且价格比同功能COTS器件高数倍，且性能落后2～3代，因此采用商用现货(COTS)产品替代宇航级产品成为商业航天发展的一个主要方向。商用现货产品在小卫星应用时，普遍面临空间辐射引发的单粒子翻转(SEU)问题，星上重要数据如程控指令、程控数据块、相对程控指令及存储的载荷数据需要长期存储，因此都要进行抗SEU设计。目前抗SEU设计广泛采用错误检测与纠正(EDAC)或三模冗余(TMR)技术。传统EDAC技术是通过专用硬件电路或FPGA芯片实现，但小卫星受体积小、重量轻、功耗低、研制成本低及周期短的要求，基于“商用货架产品”体系研制，应用工业级元器件甚至整机现货产品，通过修改电路增加EDAC芯片或增加FPGA实现硬件EDAC方法不适用。使用TMR技术可以对抗SEU，但要占用3倍于要保护数据的存储空间，当数据量大时往往是不能接受的，且随着长期在轨工作可能存在单粒子翻转积累造成3取2方法失效。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种适用于基于商用货架体系的低成本卫星的重要数据容错方法。针对每条重要数据的长度如程控指令9字节、相对程控指令6字节、程控数据块15字节进行扩展汉明编码，即每条指令都包含相应的纠错码。初始化或程控上注时每条指令包含对应纠错码，星务中心计算机将每条程控指令和对应纠错码分别存储。每条程控指令执行前或周期检错时，对每条指令执行检错纠错。

本发明的技术解决方案是：

一种低成本小卫星重要数据容错方法，包括如下步骤：

1)确定指令数据监督位的位数r

进行扩展汉明码编码，k比特的指令数据对应产生r位监督位，编码后每组相对程控指令的数据长度n＝k+r，其中，指令数据的信息位包括：D₁～D_k，监督位包括：P₁～P_r，定义P_r为全局监督位；

2)分配信息位的地址和监督位的地址，获得n个r位二进制编码

21)分配第j个监督位P_j的地址对应为2^j-1；信息位D_i按编号i由小至大依次分配n个地址[1，n]中未被监督位占用的地址；获得信息位的k个地址和监督位的r个地址；i∈[1，k]，j∈[1，r]；i和j均为正整数；

22)将所有n个地址值增加2^r-1后转化为r位的二进制编码；将每个二进制编码中的元素由低位至高位顺序编号j；

3)根据二进制编码，确定r个监督位的值；第j个监督位P_j的值的确定方法，具体为：

获得k个二进制编码中所有第j位元素为1的二进制编码对应的信息位数据的异或和值作为监督位P_j的值；