基于fpga的aos衛(wèi)星數(shù)傳有效數(shù)據(jù)區(qū)提取系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及基于FPGA的A0S衛(wèi)星數(shù)傳有效數(shù)據(jù)區(qū)提取系統(tǒng)及方法，屬于衛(wèi)星載荷 數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人類探索宇宙空間的需求不斷增大，空間飛行器和空間運(yùn)輸工具需要實(shí)現(xiàn)空 一空、空一地、地一空鏈路同時(shí)傳送多種數(shù)字化信息，為了在不同的層面建立起廣泛立體 化的全球數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)為空間數(shù)據(jù)信息交換提供支撐，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委 員會(huì)CCSDS(ConsultativeCommitteeforSpaceDataSystems)制定了高級(jí)在軌系統(tǒng) AOS(AdvancedOrbitingSystems)，AOS規(guī)定了空-地之間多種信息交換的方式，包括了空 間站、衛(wèi)星、航天飛機(jī)等航天器的數(shù)據(jù)傳輸模式，是空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)信息交換及處理的重要依 據(jù)。目前，世界各國對(duì)于CCSDSA0S標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用日益普遍，其有效和開放的特點(diǎn)成為大多 數(shù)新航天器數(shù)據(jù)系統(tǒng)體制的首選方案。近年，我國與歐空局合作的項(xiàng)目一一 "探測(cè)一號(hào)"、 "探測(cè)二號(hào)"，由各自地面站共同接收CCSDSA0S標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)；中國探月工程月球車采用CCSDS AOS標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行月球表面近距離觀測(cè)載荷數(shù)據(jù)打包處理，傳遞向地面系統(tǒng)。
[0003] 衛(wèi)星載荷采集到的數(shù)據(jù)通過復(fù)接器按照CCSDSA0S標(biāo)準(zhǔn)打包，經(jīng)過星地鏈路通道 下傳，由地面系統(tǒng)對(duì)接收到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)協(xié)議解析和信息處理，最終提取原始的科學(xué)載荷數(shù) 據(jù)。目前，衛(wèi)星攜帶的載荷越來越多，數(shù)據(jù)量越來越大，存儲(chǔ)壓力過大，衛(wèi)星下行鏈路的傳輸 速率必須提高，并且地面系統(tǒng)對(duì)高速數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理的需求也在不斷加強(qiáng)。傳統(tǒng)的地面 系統(tǒng)是采用軟件設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行衛(wèi)星數(shù)據(jù)的處理與分發(fā)，處理的速率存在瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的是為了解決采用軟件設(shè)計(jì)的方式對(duì)衛(wèi)星載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分發(fā)，處 理速率存在瓶頸的問題，提供了一種基于FPGA的A0S衛(wèi)星數(shù)傳有效數(shù)據(jù)區(qū)提取系統(tǒng)及方 法。
[0005] 本發(fā)明所述一種基于FPGA的A0S衛(wèi)星數(shù)傳有效數(shù)據(jù)區(qū)提取系統(tǒng)，它包括：
[0006] 用于存儲(chǔ)A0S標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)的衛(wèi)星載荷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；
[0007] 用于對(duì)A0S標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)攜帶的基本信息進(jìn)行比對(duì)校驗(yàn)，舍棄錯(cuò)誤幀數(shù)據(jù)，輸出正 確幀數(shù)據(jù)的格式校驗(yàn)?zāi)K；
[0008] 用于存儲(chǔ)正確幀數(shù)據(jù)的幀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；
[0009] 用于對(duì)正確幀數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)模式要求，按照數(shù)據(jù)單元進(jìn)行提取后，拼接成預(yù)期長 度解析數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)提取模塊；
[0010] 用于存儲(chǔ)解析數(shù)據(jù)的解析數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。
[0011] 格式校驗(yàn)?zāi)K包括：
[0012] 用于監(jiān)測(cè)待處理A0S標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)的處理信號(hào)并對(duì)比對(duì)校驗(yàn)?zāi)K和輸出選擇模塊 進(jìn)行控制的校驗(yàn)控制模塊；
[0013] 用于根據(jù)校驗(yàn)控制模塊的比對(duì)控制信號(hào)對(duì)AOS標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)處理，確定當(dāng) 前A0S標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)為錯(cuò)誤幀數(shù)據(jù)或正確幀數(shù)據(jù)的比對(duì)校驗(yàn)?zāi)K；所述錯(cuò)誤幀數(shù)據(jù)或正確幀 數(shù)據(jù)為符合A0S格式的幀數(shù)據(jù)；
[0014] 用于根據(jù)校驗(yàn)控制模塊的輸出控制信號(hào)對(duì)錯(cuò)誤幀數(shù)據(jù)或正確幀數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇輸 出，將錯(cuò)誤幀數(shù)據(jù)舍棄，輸出正確幀數(shù)據(jù)的輸出選擇模塊。
[0015] 校驗(yàn)控制模塊包括四種控制狀態(tài)，分別為空閑狀態(tài)、控制信息比對(duì)狀態(tài)、控制舍棄 錯(cuò)誤幀數(shù)據(jù)狀態(tài)和控制輸出正確幀數(shù)據(jù)狀態(tài)，
[0016] 空閑狀態(tài)：等待啟動(dòng)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到待處理A0S標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)的處理信號(hào)時(shí)，進(jìn)入控制信 息比對(duì)狀態(tài)；
[0017] 控制信息比對(duì)狀態(tài)：控制比對(duì)校驗(yàn)?zāi)K對(duì)A0S標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)處理，當(dāng)比對(duì) 校驗(yàn)?zāi)K確定當(dāng)前A0S標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)為正確幀數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)入控制輸出正確幀數(shù)據(jù)狀態(tài)；當(dāng)比 對(duì)校驗(yàn)?zāi)K確定當(dāng)前A0S標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)為錯(cuò)誤幀數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)入舍棄錯(cuò)誤幀數(shù)據(jù)狀態(tài)；
[0018] 控制輸出正確幀數(shù)據(jù)狀態(tài)：輸出正確幀數(shù)據(jù)；當(dāng)監(jiān)測(cè)到待處理A0S標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)的 處理信號(hào)時(shí)，進(jìn)入控制信息比對(duì)狀態(tài)，否則進(jìn)入空閑狀態(tài)；
[0019] 控制舍棄錯(cuò)誤幀數(shù)據(jù)狀態(tài)：舍棄錯(cuò)誤幀數(shù)據(jù)；當(dāng)監(jiān)測(cè)到待處理A0S標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)的 處理信號(hào)時(shí)，進(jìn)入控制信息比對(duì)狀態(tài)，否則進(jìn)入空閑狀態(tài)。
[0020] 數(shù)據(jù)提取模塊包括：
[0021] 用于根據(jù)設(shè)定工作模式對(duì)數(shù)據(jù)判斷模塊、模式引導(dǎo)模塊和有效位計(jì)算模塊進(jìn)行控 制的提取控制模塊；
[0022] 用于根據(jù)提取控制模塊的判斷控制信號(hào)對(duì)每一次傳遞的正確幀數(shù)據(jù)中的無效數(shù) 據(jù)進(jìn)行舍棄，獲得幀有效數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)判斷模塊；
[0023] 用于根據(jù)提取控制模塊的模式控制信號(hào)對(duì)幀有效數(shù)據(jù)中的有效數(shù)據(jù)的模式進(jìn)行 判斷，確定幀有效數(shù)據(jù)中有效數(shù)據(jù)區(qū)為由最低位開始或者由非最低位開始的模式引導(dǎo)模 塊；
[0024] 用于對(duì)有效數(shù)據(jù)區(qū)由非最低位開始的幀有效數(shù)據(jù)進(jìn)行向低位移位對(duì)齊操作的有 效數(shù)據(jù)對(duì)齊模塊；
[0025]用于對(duì)模式引導(dǎo)模塊輸出的有效數(shù)據(jù)區(qū)由最低位開始的幀有效數(shù)據(jù)和有效數(shù)據(jù) 對(duì)齊模塊進(jìn)行低位移位對(duì)齊操作后的幀有效數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)緩存模塊；
[0026]用于根據(jù)提取控制模塊的工作模式信號(hào)計(jì)算獲得當(dāng)前一組幀有效數(shù)據(jù)包含的有 效數(shù)據(jù)位長度的有效位計(jì)算模塊；
[0027] 用于根據(jù)解析數(shù)據(jù)預(yù)期長度將當(dāng)前一組幀有效數(shù)據(jù)包含的有效數(shù)據(jù)位長度與當(dāng) 前周期拼接模塊輸出的拼接數(shù)據(jù)的長度進(jìn)行比較，確定針對(duì)當(dāng)前一組幀有效數(shù)據(jù)要截取的 數(shù)據(jù)位數(shù)、剩余數(shù)據(jù)位數(shù)及判斷經(jīng)過本次拼接是否足以完成一個(gè)數(shù)據(jù)的拼接的長度比較模 塊；
[0028] 用于根據(jù)長度比較模塊輸出的要截取的數(shù)據(jù)位數(shù)將當(dāng)前一組幀有效數(shù)據(jù)與當(dāng)前 周期拼接選擇模塊輸出的未完成拼接數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接處理獲得當(dāng)前拼接數(shù)據(jù)，并計(jì)算獲得當(dāng) 前拼接完成數(shù)據(jù)的長度的拼接模塊；
[0029] 用于根據(jù)長度比較模塊輸出的剩余數(shù)據(jù)位數(shù)將當(dāng)前一組幀有效數(shù)據(jù)中剩余有效 數(shù)據(jù)向高位移動(dòng)獲得移位拼接數(shù)據(jù)的剩余數(shù)據(jù)移位模塊；
[0030] 用于根據(jù)長度比較模塊輸出的數(shù)據(jù)拼接完成信號(hào)使當(dāng)前拼接數(shù)據(jù)作為解析數(shù)據(jù) 選擇輸出的輸出選擇模塊；
[0031] 用于根據(jù)長度比較模塊輸出的數(shù)據(jù)拼接完成信號(hào)對(duì)輸出選擇模塊輸出的解析數(shù) 據(jù)和剩余數(shù)據(jù)移位模塊輸出的移位拼接數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，以供下一次拼接的拼接選擇模塊。
[0032] 提取控制模塊包括四種狀態(tài)，分別為空閑狀態(tài)、模式判斷狀態(tài)、移位對(duì)齊狀態(tài)和直 接賦值狀態(tài)；
[0033] 空閑狀態(tài)：等待，當(dāng)監(jiān)測(cè)到正確幀數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)入模式判斷狀態(tài)；
[0034] 模式判斷狀態(tài)：控制數(shù)據(jù)判斷模塊對(duì)每一次傳遞的正確幀數(shù)據(jù)中的無效數(shù)據(jù)進(jìn)行 舍棄，獲得幀有效數(shù)據(jù)，再控制模式引導(dǎo)模塊確定幀有效數(shù)據(jù)的模式，當(dāng)有效數(shù)據(jù)區(qū)為由最 低位開始模式時(shí)，進(jìn)入直接賦值狀態(tài)；當(dāng)有效數(shù)據(jù)區(qū)為非最低位開始模式時(shí)，進(jìn)入移位對(duì)齊 狀態(tài)；
[0035] 移位對(duì)齊狀態(tài)：控制有效數(shù)據(jù)對(duì)齊模塊對(duì)非最低位開始的幀有效數(shù)據(jù)進(jìn)行低位移 位對(duì)齊操作，獲得低位移位對(duì)齊操作的幀有效數(shù)據(jù)后，進(jìn)入直接賦值狀態(tài)，否則進(jìn)入空閑狀 態(tài)；
[0036] 直接賦值狀態(tài)：獲得有效數(shù)據(jù)區(qū)由最低位開始的幀有效數(shù)據(jù)時(shí)，保持自身狀態(tài)； 否則進(jìn)入空閑狀態(tài)。
[0037] 一種基于FPGA的AOS衛(wèi)星數(shù)傳有效數(shù)據(jù)區(qū)提取方法，它包括：
[0038]用于將AOS標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到衛(wèi)星載荷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的步驟；
[0039] 用于通過格式校驗(yàn)?zāi)K對(duì)AOS標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)攜帶的基本信息進(jìn)行比對(duì)校驗(yàn)，舍棄錯(cuò) 誤幀數(shù)據(jù)，輸出正確幀數(shù)據(jù)的步驟；
[0040] 用于將正確幀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到幀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的步驟；
[0041] 用于通過數(shù)據(jù)提取模塊對(duì)正確幀數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)模式要求，按照數(shù)據(jù)單元進(jìn)行提 取，并拼接成預(yù)期長度解析數(shù)據(jù)的步驟；
[0042] 用于將解析數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到解析數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的步驟。
[0043] 輸出正確幀數(shù)據(jù)的步驟包括：
[0044] 用于通過校驗(yàn)控制模塊監(jiān)測(cè)待處理AOS標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)的處理信號(hào)并對(duì)比對(duì)校驗(yàn)?zāi)?塊和輸出選擇模塊進(jìn)行控制的步驟；
[0045] 用于通過比對(duì)校驗(yàn)?zāi)K，根據(jù)校驗(yàn)控制模塊的比對(duì)控制信號(hào)對(duì)AOS標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)進(jìn) 行比對(duì)處理，確定當(dāng)前AOS標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)為錯(cuò)誤幀數(shù)據(jù)或正確幀數(shù)據(jù)的步驟；所述錯(cuò)誤幀數(shù) 據(jù)或正確幀數(shù)據(jù)為符合AOS格式的幀數(shù)據(jù)；
[0046] 用于通過輸出選擇模塊，根據(jù)校驗(yàn)控制模塊的輸出控制信號(hào)對(duì)錯(cuò)誤幀數(shù)據(jù)或正確 幀數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇輸出，將錯(cuò)誤幀數(shù)據(jù)舍棄，輸出正確幀數(shù)據(jù)的步驟。
[0047] 校驗(yàn)控制模塊包括四種控制狀態(tài)，分別為空閑狀態(tài)、控制信息比對(duì)狀態(tài)、控制舍棄 錯(cuò)誤幀數(shù)據(jù)狀態(tài)和控制輸出正確幀數(shù)據(jù)狀態(tài)，
[0048] 空閑狀態(tài)：等待啟動(dòng)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到待處理AOS標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)的處理信號(hào)時(shí)，進(jìn)入控制信 息比對(duì)狀態(tài)；
[0049] 控制信息比對(duì)狀態(tài)：控制比對(duì)校驗(yàn)?zāi)K對(duì)AOS標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)處理，當(dāng)比對(duì) 校驗(yàn)?zāi)K確定當(dāng)前AOS標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)為正確幀數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)入控制輸出正確幀數(shù)據(jù)狀態(tài)；當(dāng)比 對(duì)校驗(yàn)?zāi)K確定當(dāng)前AOS標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)為錯(cuò)誤幀數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)入舍棄錯(cuò)誤幀數(shù)據(jù)狀態(tài)；
[0050] 控制輸出正確幀數(shù)據(jù)狀態(tài)：輸出正確幀數(shù)據(jù)；當(dāng)監(jiān)測(cè)到待處理AOS標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)的 處理信號(hào)時(shí)，進(jìn)入控制信息比對(duì)狀態(tài)，否則進(jìn)入空閑