空间机动平台自主管理系统体系结构研究 ——SDM系统的分析与标准服务的实现

论文摘要

21世纪是全面开发和利用空间的世纪,各航天大国都将自由进入空间和利用空间作为其发展空间能力的主要目标,而空间机动能力是实现这一目标的重要基础,空间机动平台是增强空间控制能力和研发空间武器的重要平台。因此,研究新型机动平台,建立新型卫星体系结构,统一星载计算机系统的接口,使接口趋于标准化,这对于卫星的快速设计,组装和测试都很有意义。针对这个问题,空间数据咨询委员会（Consultative Committee for Space Data Systems,CCSDS）提出了星载接口服务（Spacecraft Onboard Interface Services,SOIS）草案。美国空军研究实验室（Air Force Research Laboratory,AFRL）与美国航空航天协会（AmericanInstitute of Aeronautics and Astronautics,AIAA）一起制定了即插即用电子设备（Space Plug-n-Play Avionics,SPA）标准,其核心是卫星数据模型（Satellite DataModel,SDM）系统。这些草案和标准还没有具体实现。本文首先深入研究了SOIS协议标准和它所定义的应用层服务,然后深入分析了SDM系统源代码（1.5万行）,总结出SDM系统各模块、各子系统之间的关系,以及SDM系统中DDS数据分发机制。在此基础上提出了一个基于SDM的标准服务实现方案——SBSDM（Services Based on SDM）,SBSDM在SDM系统的基础上实现了SOIS标准中提出的时间访问服务、命令数据获取服务、消息传输服务、文件服务等功能组件,能以通用的服务功能支持星上各种应用软件的开发和重用。本文接着讨论了在Windows平台下使用C++语言如何实现SBSDM系统,即如何在SDM系统上建立标准服务的动态链接库,把服务封装成类,供上层应用软件直接调用。进一步针对所实现的SBSDM系统,设计了一个应用场景,说明SBSDM系统具有良好的可扩展性、可裁减性、可靠性和可重用性。最后,考虑到卫星上一般采用实时嵌入式操作系统,本文讨论了SBSDM系统到嵌入式操作系统的移植。具体实现了SBSDM系统到Linux下的移植,讨论了SBSDM系统移植到RTEMS下的相关工作,为SBSDM系统后续开发打下良好基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 立题背景及意义
• 1.1.1 背景
• 1.1.2 国内外发展现状
• 1.1.3 课题研究目标
• 1.2 课题研究内容
• 1.3 论文结构
• 第二章 SOIS标准服务
• 2.1 SOIS介绍
• 2.2 概念和体系结构
• 2.2.1 SOIS概念
• 2.2.2 SOIS服务和协议体系结构
• 2.3 应用层服务描述
• 2.3.1 命令数据获取服务（CDAS）
• 2.3.2 时间访问服务（TAS）
• 2.3.3 消息传输服务（MTS）
• 2.3.4 文件服务（FS）
• 2.4 应用场景设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 SDM系统研究及改进
• 3.1 SDM系统
• 3.1.1 xTEDS
• 3.1.2 SDM系统的功能
• 3.2 SDM的组成部件
• 3.2.1 数据管理器（DM）
• 3.2.2 任务管理器（TM）
• 3.2.3 处理器管理器（PM）
• 3.2.4 传感器管理器（SM）
• 3.2.5 设备和应用软件
• 3.3 SDM系统的容错
• 3.4 SDM运行机制研究
• 3.4.1 SDM启动
• 3.4.2 SDM系统中的数据流动
• 3.5 SDM系统中数据分发研究与实现
• 3.5.1 网络模型和DDS
• 3.5.2 SDM系统中数据分发的实现
• 3.6 SDM系统模块研究
• 3.6.1 DM中匹配查询研究
• 3.6.2 TM模块的改进
• 3.7 本章小结
• 第四章 SDM系统上标准服务的设计与实现
• 4.1 服务实现的基础研究
• 4.2 SDM系统上标准服务的实现过程
• 4.2.1 命令数据获取服务的实现
• 4.2.2 时间访问服务的实现
• 4.2.3 消息传输服务的实现
• 4.2.4 文件服务的实现
• 4.3 应用场景实现
• 4.4 本章小结
• 第五章 SBSDM系统的移植
• 5.1 SBSDM在Linux下的移植
• 5.2 SBSDM在RTEMS下移植的研究
• 5.2.1 实时嵌入式系统RTEMS
• 5.2.2 RTEMS交叉编译环境的建立
• 5.2.3 RTEMS下的编程
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 缩略词表
• 附录B SDM消息类型列表