一种深空探测系统星载程序在轨维护、验证系统及方法技术方案

本发明专利技术一种深空探测系统星载程序在轨维护、验证系统及方法，根据星载软件更新的方式，提供了字节级，函数级和全文级三种在轨维护类型。采用地面终端系统实现地面预处理及验证。数据切割工具(Systools DATA Splitter)和封装函数(Function Config)按照注入协议将待执行程序自动拆分和封装。地面数字孪生系统中的数管模拟(OBDH Simulater)模块和GNC分系统并行验证模块完成封装指令的校验和地面1:1仿真验证，最后利用序列比对算法系统自动完成在轨维护结果的确认。本发明专利技术是有效增强航天器可靠性、拓展航天器实用性和提高航天器寿命的一种有效途径，为航天器软件后续功能和性能改进提供了良好的平台环境，为提升航天器在轨维护智能化程度提供了有力支持。能化程度提供了有力支持。能化程度提供了有力支持。

【技术实现步骤摘要】
一种深空探测系统星载程序在轨维护、验证系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种深空探测系统星载程序在轨维护、验证系统及方法。

技术介绍

[0002]天问一号火星进入舱GNC分系统在地火转移和环火阶段，控制计算机间断加电，完成各单机自检和分系统性能测试。利用在轨期间的数据对产品以及分系统的性能进行评估，在此阶段会涉及到程序存储器的在轨维护。程序存储器在轨维护是指在航天器运行过程中，通过对程序存储区内部数据的读和写操作，实现对存储器内部数据错误的检测、存储器数据的修改，以支持在轨航天器的长期可靠性运行和任务功能的变化。通过更新程序，实现软件升级、扩展、改变系统功能等。
[0003]控制计算机软件分为引导区软件、系统软件和应用软件。其中引导区软件固化在单机的可编程只读存储器(PROM)中，系统软件和应用软件联合编译后固化在单机的电可擦可编程只读存储器(EEPROM)中。计算机加电后，由引导区软件将EEPROM中的软件搬运至静态随机存储器(SRAM)中运行。
[0004]传统的星载程序在轨修改方法主要包含两种：只读存储器型(SRAM)在轨修改和可编程存储器型(EEPROM)在轨程序修改。两种方法均基于星上程序中预埋的“钩子”函数实现。SRAM区程序修改，操作流程简单，安全性高。在操作失误时，发送控制计算机断电或者复位指令即可从EEPROM加载原程序，保证系统的正常运行。缺点是该方法不支持在轨固化功能，星载程序状态依赖于控制计算机的在轨状态，软件的可维护性差。另一种方法是EERPOM程序修改，程序固化在EEPROM中，软件复位后从EEPROM中重新加载“钩子”函数不需要地面重新注数。缺点是操作复杂，安全性低，一旦操作过程出现异常，可能造成星载程序执行错误，甚至导致整个系统工作异常。
[0005]通过传统的“钩子”函数实现星载程序在轨维护存在很多问题，传统“钩子”函数个数一般为8～16个，只能修改一定数量的函数模块，不适用于大规模程序修改。另外预先设定的“钩子”函数往往依赖于先前的经验，可扩展性不全面，灵活性差，难以适应不断增长的差异化需求。
[0006]在轨维护除了指令注入，地面预处理和验证是提高可靠性和高效性的关键。传统的预处理需要人工对编译后的程序按照固定字节进行拆分，然后按照注入协议对拆分后的指令封装，工作量大，可靠性差，效率低，不适用于大规模的程序修改以及在轨应急处理情况。另外，地面验证不够充分，在有限的时间内无法保证验证的充分性，单纯依靠人工或者半人工方式对多种指令的格式和内容进行验证，可靠性低，消耗时间长，操作流程复杂，不便于设计人员和测试人员操作实施。
[0007]考虑到我国首次火星探测任务，对空间环境等预先认知存在一定局限。同时，在轨时间长，存在对星上程序进行修改，升级，甚至整体替换的需求。传统的在轨维护方法不能满足火星探测器系统的需求。因此如何实现星载程序在轨维护、验证成为火星探测系统具备的一项必要功能。

技术实现思路

[0008]本专利技术解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供了一种深空探测系统星载程序在轨维护、验证系统及方法，能够有效增强航天器可靠性、拓展航天器实用性和提高航天器寿命，为航天器软件后续功能和性能持续改进提供了良好的平台环境，为提升航天器在轨维护智能化程度提供了有力支持。
[0009]本专利技术的技术方案是：
[0010]一种深空探测系统星载程序在轨维护、验证系统，包括：地面数字孪生系统、在轨维护模块、地面序列快速比对验证模块；
[0011]地面数字孪生系统：将完成封装的程序数据包上注给地面控制计算机，地面控制计算机对封装的程序数据包中的指令进行验证；获得验证结果正确的程序数据包传输给在轨维护模块；
[0012]在轨维护模块：接收地面数字孪生系统传输的程序数据包和地面序列快速比对验证模块传输的程序数据包，将程序数据包上注给星上控制计算机，对星载软件进行更新升级；获得星上控制计算机下卸的程序数据包并传输给地面序列快速比对验证模块；
[0013]地面序列快速比对验证模块：获得下卸的程序数据包，按照封装模块的数据特征进行匹配、比对处理，获得比对结果；若比对结果错误，则将错误比对结果对应的程序数据包传输给在轨维护模块；若比对结果正确，则完成星载程序在轨维护、验证工作。
[0014]一种利用上述一种深空探测系统星载程序在轨维护、验证系统进行星载程序在轨维护、验证的方法，包括如下步骤：
[0015]1)将完成封装的程序数据包上注给地面控制计算机；
[0016]2)地面控制计算机对封装的程序数据包中的指令进行验证，获得验证结果正确的程序数据包传输给在轨维护模块；
[0017]3)在轨维护模块接收地面数字孪生系统传输的程序数据包，将程序数据包上注给星上控制计算机，对星载软件进行更新升级；
[0018]4)在轨维护模块获得星上控制计算机下卸的程序数据包并传输给地面序列快速比对验证模块；
[0019]5)地面序列快速比对验证模块获得星上控制计算机下卸的程序数据包，按照封装模块的数据特征进行匹配、比对处理，获得比对结果；若比对结果错误，则将错误比对结果对应的程序数据包传输给在轨维护模块，进入步骤6)；若比对结果正确，则完成星载程序在轨维护、验证工作。
[0020]6)在轨维护模块将程序数据包上注给星上控制计算机，对星载软件进行更新升级；在轨维护模块获得星上控制计算机下卸的程序数据包并传输给地面序列快速比对验证模块；并返回步骤5)。
[0021]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0022]1)在轨维护是一个组合优化问题，传统方法依赖于预埋的“钩子”函数，由于“钩子”函数数量有限，因此传统方法无法对星载软件任意部分的代码的进行修改和升级，在轨维护性差。本专利根据在轨修改的需求，提供了字节级，函数级和全文级三种在轨维护类型，满足了航天器在轨修改的所有需求。其中函数级在轨维护在深空探测任务中使用的比较多，利用跳转函数完成星载程序的在轨修改，解决了传统方法无法对星载软件任意部分
的代码的进行修改和升级的难题。
[0023]2)在轨维护需要地面终端的支持，传统的验证方法校验不充分，指令上注错误可能会造成整个系统异常。本专利利用自动切割封装软件，地面数字孪生系统，序列比对算法系统等地面终端对在轨注入指令自动生成以及在轨注入结果进行了自动化验证，极大提高了在轨维护的智能性、可靠性和灵活性。解决了传统方法效率低，可靠性低的问题。
附图说明
[0024]图1为在轨程序维护系统流程图。
[0025]图2为在轨维护、验证系统流程图。
[0026]图3为封装格式。
具体实施方式
[0027]本专利技术一种深空探测系统星载程序在轨维护、验证系统，包括：地面数字孪生系统、在轨维护模块、地面序列快速比对验证模块。
[0028]地面数字孪生系统：将完成封装的程序数据包上注给地面控制计算机，地面控制计算机对封装的程序数据包中的指令进行验证；获得验证结果本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深空探测系统星载程序在轨维护、验证系统，其特征在于，包括：地面数字孪生系统、在轨维护模块、地面序列快速比对验证模块；地面数字孪生系统：将完成封装的程序数据包上注给地面控制计算机，地面控制计算机对封装的程序数据包中的指令进行验证；获得验证结果正确的程序数据包传输给在轨维护模块；在轨维护模块：接收地面数字孪生系统传输的程序数据包和地面序列快速比对验证模块传输的程序数据包，将程序数据包上注给星上控制计算机，对星载软件进行更新升级；获得星上控制计算机下卸的程序数据包并传输给地面序列快速比对验证模块；地面序列快速比对验证模块：获得星上控制计算机下卸的程序数据包，按照封装模块的数据特征进行匹配、比对处理，获得比对结果；若比对结果错误，则将错误比对结果对应的程序数据包传输给在轨维护模块；若比对结果正确，则完成星载程序在轨维护、验证工作。2.根据权利要求1所述的一种深空探测系统星载程序在轨维护、验证系统，其特征在于，所述对星载软件更新升级的方法，具体包括：字节级修改、函数级修改和全文级修改。3.根据权利要求2所述的一种深空探测系统星载程序在轨维护、验证系统，其特征在于，所述字节级修改具体为：对于星载程序中的参数或者立即数需要升级的情况，采用程序数据包上注到星上控制计算机的SRAM区，直接修改SRAM区中的星载软件，从而完成星载软件的更新升级。4.根据权利要求3所述的一种深空探测系统星载程序在轨维护、验证系统，其特征在于，所述函数级修改具体为：对于星载程序中的自定义功能函数需要升级的情况，采用程序数据包上注到星上计算机的程序注入默认区中，通过“启动”函数，完成EEPROM区程序与程序注入默认区软件之间的跳转，从而完成星载软件的更新升级。5.根据权利要求4所述的一种深空探测系统星载程序在轨维护、验证系统，其特征在于，所述全文级修改具体为：对于在轨发生的偶然性事故导致航天器无法正常运行的情况，或者对于在轨期间需要扩展或者改换任务目标的情况，将程序数据包上注到星上计算机的EEPROM区，直接替换升级原版本的星载程序，从而完成星载软件的更新升级。6.根据权利要求2～4任意一项所述的一种深空探测系统星载程序在轨维护、验证系统，其特征在于，地面序列快速比对验证模块中按照封装模块的数据特征进行匹配、比对处理，采用序列快速比对算法。7.根据权利要求6所述的一种深空探测系统星载程序在轨维护、验证系统，其特征在于，所述序列快速比对算法，具体为：1)过滤处理在探测器在轨期间使用多个地面测站接收星上下卸的程序数据包，出现程序数据包重复的情况，删除重复的下卸的程序数据包，获得过滤处理后的程序...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝策，王云鹏，陈尧，徐李佳，赵宇，刘旺旺，王晓磊，杨晓龙，张琳，李化云，余志鸿，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：