一种自主管理、多冗余的星载掩星接收机探测系统的制作方法

本发明属于gnss掩星探测领域，尤其是涉及一种自主管理、多冗余的星载掩星接收机探测系统。

背景技术：

1、gnss掩星探测是利用地球轨道上“gnss导航星座—地球—leo掩星星座”之间的掩星现象进行地球大气测量的一种气象遥感技术。目前gnss掩星探测技术已经应用于地震预报、天气探测、电离层参数装订等领域，未来几年全球将发射7000颗小卫星，在小卫星上安装gnss掩星接收机探测系统有利于未来掩星应用的推广。但目前仍存在传统大卫星上掩星载荷体积大、重量重、功耗高、成本高以及小卫星上可靠性低、寿命短、探测数据连续性等问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种自主管理、多冗余的星载掩星接收机探测系统，以解决上述现有技术中存在的至少一个问题，具有低成本的同时又保证设备的高可靠的特性，可以更好的应用在各个小卫星上。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种自主管理、多冗余的星载掩星接收机探测系统，包括探测系统，探测系统包括定位天线、第一掩星天线、第二掩星天线、第一掩星射频模块、定位射频部组件、第二掩星射频模块、至少一个定位解算模块、至少一个接口控制模块、供电选通单元、供电部组件、时钟单元和卫星星务计算机，所述定位天线通过定位射频部组件与定位解算模块通信连接，所述第一掩星天线通过第一掩星射频模块与定位解算模块通信连接，所述第二掩星天线通过第二掩星射频模块与定位解算模块通信连接，所述定位解算模块还与接口控制模块双向通信连接，所述接口控制模块还与卫星星务计算机双向通信连接，所述接口控制模块还与供电选通单元通信连接，所述供电选通单元与供电部组件通信连接。

4、进一步的，所述探测系统的定位解算模块数量为两个时，分别为a定位解算模块、b定位解算模块，所述探测系统的接口控制模块数量为两个时，分别为a接口控制模块、b接口控制模块；所述定位天线通过定位射频部组件分别与a定位解算模块、b定位解算模块通信连接，所述第一掩星天线通过第一掩星射频模块分别与a定位解算模块、b定位解算模块通信连接，所述第二掩星天线通过第二掩星射频模块分别与a定位解算模块、b定位解算模块通信连接，所述a定位解算模块与b定位解算模块二者双向通信连接，所述a定位解算模块还分别与a接口控制模块、b接口控制模块双向通信连接，所述b定位解算模块还分别与a接口控制模块、b接口控制模块双向通信连接，所述a接口控制模块、b接口控制模块二者双向通信连接，所述a接口控制模块、b接口控制模块还均与卫星星务计算机双向通信连接，所述a接口控制模块、b接口控制模块还均与供电选通单元通信连接。

5、进一步的，所述探测系统的工作模式包括8种工作模式，8种工作模式的表达式分别为：

6、a定位解算模块和a接口控制模块（1）；

7、b定位解算模块+b接口控制模块（2）；

8、a定位解算模块+b接口控制模块（3）；

9、b定位解算模块+a接口控制模块（4）；

10、a定位解算模块+b定位解算模块+a接口控制模块（5）；

11、a定位解算模块+b定位解算模块+b接口控制模块（6）；

12、a定位解算模块+b定位解算模块+a接口控制模块+b接口控制模块式（7）；

13、（a定位解算模块+b定位解算模块+a接口控制模块）+（a定位解算模块+b定位解算模块+b接口控制模块）（8）。

14、进一步的，所述a定位解算模块、b定位解算模块之间实现联合定位解算互置流程，a定位解算模块与b定位解算模块的实现流程相同，a定位解算模块的实现流程，包括以下步骤：

15、a1、当a定位解算模块开机或者软复位或者硬复位重新加载；

16、a2、a定位解算模块通过已捕获的信息开始进行搜星定位解算；

17、a3、a定位解算模块接收b定位解算模块传输过来的定位解算信息；

18、a4、当a定位解算模块和b定位解算模块捕获星的整和大于等于4颗时，a定位解算模块对b定位解算模块的定位解算信息进行判别；

19、a5、判别通过，则将b定位解算模块的定位解算信息置成a定位解算模块的定位解算信息，实现即刻定位，并进入步骤a8；

20、a6、判别未通过，则将b定位解算模块的定位解算信息和a定位解算模块已捕获的信息进行联合，得到联合定位解算信息；

21、a7、对联合定位解算信息剔除重复卫星信息后进行联合捕获解算定位；

22、a8、对即刻定位的信息与联合捕获解算定位的信息修正得到修正定位解算信息；

23、a9、将修正定位解算信息通过a接口控制模块传输至步骤a1。

24、进一步的，在步骤a2中，a定位解算模块已捕获的信息包括已捕获卫星号、伪距和载波相位。

25、进一步的，在步骤a3中，b定位解算模块传输过来的定位解算信息包括帧校验、已捕获卫星号、伪距、载波相位、卫星位置和卫星速度。

26、进一步的，在步骤a4中，当a定位解算模块和b定位解算模块加起来捕获星等于4颗时的捕获情况分为以下几种：

27、a定位解算模块捕获0颗星，b定位解算模块捕获4颗星；

28、a定位解算模块捕获1颗星，b定位解算模块捕获3颗星；

29、a定位解算模块捕获2颗星，b定位解算模块捕获2颗星。

30、进一步的，接口控制模块的执行操作包括：

31、首先接收卫星指令，a接口控制模块同时和b接口控制模块进行通信互相传输各自的工作状态，对b接口控制模块的物理遥测进行读取判别，确定a接口控制模块的初始工作状态，选择初始化的工作模式；

32、a接口控制模块的执行操作与b接口控制模块的执行操作相同；

33、a接口控制模块的执行操作，包括以下步骤：

34、b1、a定位解算模块对其定位解算信息进行监控；

35、b2、判别定位解算信息的数据阈值；

36、b3、如定位解算信息的数据阈值出现异常，首先执行软复位指令，对a定位解算模块进行软复位加载，然后返回步骤b1；

37、如定位解算信息的数据阈值仍然异常，对a定位解算模块执行硬复位指令加载，然后返回步骤b1；

38、b4、如定位解算信息的数据阈值再次异常，则根据程序预先设置的优先级对8种工作模式进行逐级别的工作模式切换，直至一种工作模式的定位解算信息的数据阈值正常。

39、进一步的，定位解算模块的fpga程序加载上注冗余、切换路径流程包括a定位解算模块的fpga程序流程和b定位解算模块的fpga程序流程；

40、a定位解算模块的fpga程序流程和b定位解算模块的fpga程序流程相同；

41、a定位解算模块的fpga程序流程包括以下步骤：

42、c1、a定位解算模块的fpga开机后按照程序加载控制电路加载程序flash中的程序；

43、c2、a接口控制模块监控a定位解算模块的fpga解算状态，当出现单粒子事件导致异常时，a接口控制模块对a定位解算模块的fpga进行重新加载，如加载后状态再异常，由a接口控制模块通过程序加载控制电路切换到备份程序flash的通道，由a定位解算模块的fpga进行重新加载；

44、c3、当判断备份程序flash的程序被单粒子打翻时，由a接口控制模块选择卫星星务计算机存储的备份程序进行程序搬运；如卫星星务计算机存储的备份程序出现异常，通过a接口控制模块的接口时序控制读取a定位解算模块程序。

45、相对于现有技术，本发明所述的一种自主管理、多冗余的星载掩星接收机探测系统具有以下优势：

46、（1）本发明所述的一种自主管理、多冗余的星载掩星接收机探测系统，采用一个定位天线、两个掩星天线、两个定位解算模块、两个控制模块，能够处理gps和北斗多个频点的信号。两个定位解算模块可互为备份，可冷备份、可热备份。两个控制模块互为备份，可冷备份、可热备份。整个系统通过控制程序和电路设计可以形成8种组合模式，根据不同任务需求，选择不同组合模式，极大的提高了系统的可靠性。

47、（2）本发明所述的一种自主管理、多冗余的星载掩星接收机探测系统，系统两个定位解算模块、两个控制模块热备份工作时，两个模块之间可以实时通信，互相传输定位解算和控制状态等信息，实现快速联合解算和控制。当一个定位解算模块出现单粒子问题复位重启时，另外一个定位解算模块可以将定位解算信息快速传输给重启的定位解算模块，重启的定位解算模块利用传输过来的信息实现瞬间的定位解算，将单粒子影响降低到最低。

48、（3）本发明所述的一种自主管理、多冗余的星载掩星接收机探测系统，系统通过控制程序和电路设计结合，通过控制程序和算法，通过监控各个模块的工作状态信息，实现各种模式的自由切换的在轨自主管理，实现无缝切换，将空间环境对输出数据的影响降到最低，极大的保证了数据的连续性。

49、（4）本发明所述的一种自主管理、多冗余的星载掩星接收机探测系统，系统内部对fpga器件的程序加载和上注设计了多级控制程序和电路，通过自主重加载、自主切换程序源、自主星上程序注入、地面上注等多级保障措施，极大的提高的系统的可靠性。