小卫星星务系统双机冷备无扰切换方法技术方案

小卫星星务系统双机冷备无扰切换方法，首先构建由星务主机和下位机组成的星务系统，下位机配置为双机冷备模式并通过星上网与星务主机进行通信。如果发现某当值下位机工作异常，星务主机发出切机指令，当值下位机立即关机并重新启动，对应的备份机也开始启动，当值下位机的启动时间设置为少于备份机的启动时间，若当值下位机重新启动后仍异常则由备份机替代，星务主机主动将已存储的原当值下位机工作异常前的工况信息回传，由目前当值下位机进行重构后进入连续不间断的正常工作状态。本发明专利技术方法可靠性高、实时性好，可以使星务系统形成不间断工作和应用无扰的技术保障，在不额外增加硬件设备开销的情况下提高了卫星的服务质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于卫星控制领域，涉及一种星务系统计算机群的双机冷备无扰切机的方法。
技术介绍
一般的，为了保证卫星运行的可靠性，星载智能设备一般都采用双机冗余备份的 方式。双机备份方式又分为热备份和冷备份两种。热备份方式的功耗较大，但由于其切换 是从某些进程开始热启动，因此恢复时间短。冷备份方式可靠性高，可以节省星上能源，并 能够提供空间单粒子的辐射"退火"效应，但由于需要从冷启动重新开始，因此其恢复过 程时间较长。目前，星载智能设备的切机方法通常有两种，第一种是通过遥测数据分析，由地面 专家诊断，再通过遥控命令实现切机，启动备份机当值，这种方法的不足之处是需要增加地 面卫星管理的工作量；第二种是星上设备增加切机管理环节，记录看门狗狗咬多次并不能 复位正常工作时，切机管理环节自动切机，转到备份机当值，这种方法的不足之处在于需要 增加星上设备，并且是“单点”设备，不利于提高系统的可靠性。另外，采用这两类方法实现 切机后，星载智能设备的备份机一般均进行初始化并进入初始设备状态，因此与异常发生 前的工况不一致，产生对外应用过程的中断，需要应用过程重新设置，并重新开始卫星应用 过程，从而降低了卫星应用的服务质量。为此，需要研究一种具有对外应用无扰的，能连续 不间断进行卫星应用服务工作的切机机制和方法，保证星上机进行故障切机后卫星对外应 用服务没有影响。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种可靠性高、实时性强 的。本专利技术的技术解决方案是，步骤如下(1)构建由单个星务主机和多个下位机组成的星务系统，各星载智能设备分别配 置互为冷备份的两个下位机，各下位机均通过星上网与星务主机进行通信，星务主机从各 当值下位机获取各星载智能设备的状态信息，同时星务主机还通过轮询的方式定时向各当 值下位机发送诊断信号，获取各当值下位机的工况信息及健康状态并进行存储；(2)星务主机对轮询得到的各当值下位机的健康状态进行判断，如果发现某星载 智能设备对应的当值下位机工作异常，则进入自主控制状态，由星务主机发出切机指令，工 作异常的当值下位机立即关机，与该当值下位机对应的备份机启动，星务主机主动将已存 储的该当值下位机工作异常前的工况信息回传，由该当值下位机的备份机进行重构后进入 连续不间断的正常工作状态；(3)若某星载智能设备对应的当值下位机工作异常且未被星务主机识别，则该当 值下位机的软件看门狗发出中断信息，工作异常的当值下位机复位并重新启动，同时该当值下位机的备份机加电启动，该当值下位机的备份机的启动时间应设定大于该当值下位机 重新启动一次的时间而小于该当值下位机重新启动两次的时间；(4)若工作异常的当值下位机重新启动后工作正常，则该当值下位机向其备份机 发出关机指令，同时该当值下位机向星务主机申请或者由星务主机主动将已存储的该当值 下位机工作异常前的工况信息回传，由该当值下位机进行重构后进入连续不间断的正常工 作状态；(5)若工作异常的当值下位机重新启动后仍旧工作异常，则该当值下位机的软件 看门狗再次发出中断信息，当值下位机复位并再次重新启动，该当值下位机的备份机向该 当值下位机发出关机指令，由该当值下位机的备份机向星务主机申请或者由星务主机主动 将已存储的该当值下位机工作异常前的工况信息回传，由该当值下位机的备份机进行重构 后进入连续不间断的正常工作状态。所述的下位机工作异常状态包括下位机对诊断信号的回应超时，下位机对诊断信 号的回应超时次数超过预设值，下位机对诊断信号的回应信息错误，或者下位机对诊断信 号的回应信息持续未更新。本专利技术与现有技术相比的优点在于本专利技术方法利用星上网和星务系统整体功能 替代各下位机的切机管理环节，将各当值下位机工作异常前的工况信息异地存储在星务主 机内部，减少了设备硬件开销，消除了设备单点，提高了系统的可靠性。各当值下位机工作 异常前的工况信息连续更新和保存，切机后在异常发生点恢复，可以在第一时间恢复现场 数据，实时性强，形成不间断工作和应用无扰的技术保障，既提高了卫星服务质量，又不需 要额外增加硬件设备开销，特别是不增加各下位机硬件开销和软件开销，仅星务主机存储 即可实现。附图说明图1为本专利技术星务系统的结构图；图2为本专利技术方法的流程图；图3为本专利技术实施例中恢复工况阶段的控制流程图；图4为本专利技术实施例中由甲机当值切换为乙机当值时的状态迁移图；图5为本专利技术实施例中由乙机当值切换为甲机当值时的状态迁移图。具体实施例方式星务系统实质上是用计算机网络来协调、控制星上各种功能部件的相互联系，完 成包括信息流、动作流、能量流的动态作业所形成的一种星载柔性服务系统，星上众多设备 (分系统)内嵌入星务系统的代理(管理执行单元MEU)，协同来实现这些作业。小卫星利 用星务系统把全星设备集成在一起，共同完成在轨飞行动作。“集成”在一起的技术基础是， 星上网和嵌入式技术(星务系统=星上网+嵌入式技术)。因此，星务系统的冗余备份无扰 切机机制，也是基于这个技术基础来实现的。如图1所示，采用本专利技术方法时，首先应构建由星务主机和多个下位机组成的星 务系统，其中星载各智能设备分别配置互为冷备份的两个下位机，如图1中与姿态敏感器 以及执行机构对应的姿控下位机，与应用载荷设备对应的载荷仓下位机等。工作时，各下位机均通过星上网(总线)与星务主机进行通信，星务主机通过轮询各下位机获得各星载智 能设备的状态信息，同时星务主机还通过轮询的方式定时向各当值下位机发送诊断信号， 获取各当值下位机的工况信息及健康状态并进行存储。本专利技术方法的流程如图2所示，对于双机冷备份工作模式，从当值机转到备份机 工作过程中，可以划分成两个阶段。第一阶段是切机阶段，第二阶段是原有工况恢复阶段或 称工况信息回传阶段。两个下位机在切换交接过程中要求对服务应用无明显的影响，称之 谓无扰性切机。工作时，星务主机对轮询得到的各当值下位机的健康状态进行判断，如果发现某 星载智能设备对应的当值下位机工作异常(这里所述的异常状态包括下位机对诊断信号 的回应超时，下位机对诊断信号的回应超时次数超过预设值，下位机对诊断信号的回应信 息错误，或者下位机对诊断信号的回应信息持续未更新等，例如主机对下位机轮询超时设 置为2ms，超时次数超过100次认为异常；例如如果下位机数据采集错误，则给下位机回应 信息将该错误信息告知主机；例如下位机接收到星务发送指令后，返回给星务主机的指令 状态不更新等等)，则进入自主控制状态，由星务主机发出切机指令，工作异常的当值下位 机立即关机，与该当值下位机对应的备份机启动，这个过程相当于地面计算机死机时关机 再开过程，例如等待时间选取4秒钟，也即为切机阶段。星务主机在调用该下位机时，下位 机将自身的遥测数据、自身的设备管理数据和自身的健康数据回传给星务主机，星务主机 就其健康状况和应答工作表现进行诊断，如果存在故障时，通过星上网对其实施切机或重 启。当然，切机机制中可以优先保留地面控制权，通过遥测值的判断进行直接指令切换。然 后进入回传阶段，星务主机主动将已存储的该当值下位机工作异常前的工况信息回传，由 该当值下位机的备份机进行重构后进入连续不间断的正常工作状态。上述过程可以简单的表述为侦听故障断电/再上电_ —协助回传_ —本文档来自技高网...

【技术保护点】
小卫星星务系统双机冷备无扰切换方法，其特征在于步骤如下：（１）构建由单个星务主机和多个下位机组成的星务系统，各星载智能设备分别配置互为冷备份的两个下位机，各下位机均通过星上网与星务主机进行通信，星务主机从各当值下位机获取各星载智能设备的状态信息，同时星务主机还通过轮询的方式定时向各当值下位机发送诊断信号，获取各当值下位机的工况信息及健康状态并进行存储；（２）星务主机对轮询得到的各当值下位机的健康状态进行判断，如果发现某星载智能设备对应的当值下位机工作异常，则进入自主控制状态，由星务主机发出切机指令，工作异常的当值下位机立即关机，与该当值下位机对应的备份机启动，星务主机主动将已存储的该当值下位机工作异常前的工况信息回传，由该当值下位机的备份机进行重构后进入连续不间断的正常工作状态；（３）若某星载智能设备对应的当值下位机工作异常且未被星务主机识别，则该当值下位机的软件看门狗发出中断信息，工作异常的当值下位机复位并重新启动，同时该当值下位机的备份机加电启动，该当值下位机的备份机的启动时间应设定大于该当值下位机重新启动一次的时间而小于该当值下位机重新启动两次的时间；（４）若工作异常的当值下位机重新启动后工作正常，则该当值下位机向其备份机发出关机指令，同时该当值下位机向星务主机申请或者由星务主机主动将已存储的该当值下位机工作异常前的工况信息回传，由该当值下位机进行重构后进入连续不间断的正常工作状态；（５）若工作异常的当值下位机重新启动后仍旧工作异常，则该当值下位机的软件看门狗再次发出中断信息，当值下位机复位并再次重新启动，该当值下位机的备份机向该当值下位机发出关机指令，由该当值下位机的备份机向星务主机申请或者由星务主机主动将已存储的该当值下位机工作异常前的工况信息回传，由该当值下位机的备份机进行重构后进入连续不间断的正常工作状态。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李孝同，施思寒，
申请(专利权)人：航天东方红卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]