卫星载荷版本重构方法及系统与流程

本发明涉及航空航天，特别涉及一种卫星载荷版本重构方法及系统。

背景技术：

1、卫星在轨运行期间，载荷软件可能因功能扩展、缺陷修复、参数调整、算法更新或任务模式变化而需要进行版本升级或重构。受空地链路带宽、链路误码、载荷接口类型、载荷处理能力以及存储资源限制，载荷版本重构通常需要在较长时间内分阶段完成，并需要保证传输数据、缓存数据和写入数据的完整性。但现有载荷版本重构方案较为低效，无法适应大规模量产卫星的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种卫星载荷版本重构方法及系统，以解决现有的卫星载荷版本重构效率低的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种卫星载荷版本重构方法，包括：

3、将载荷重构版本的数据单元的格式进行统一编号，以统一适配卫星载荷；以及

4、根据所述统一编号在多个接口之间并发调度不同分包，以将所述载荷重构版本发送至卫星载荷。

5、可选的，在所述的卫星载荷版本重构方法中，还包括：

6、以能力协商和可用空间反馈为前置条件，由地面站提供重构可行性校验、存储边界校验和版本合法性校验；

7、通过统一编号的数据单元格式以及携带目标写入地址或目录和文件偏移，以统一适配无文件系统载荷和有文件系统载荷；以及

8、由星务软件进行缓存管理、缺包检测、选择性重传和提供统一状态机。

9、可选的，在所述的卫星载荷版本重构方法中，还包括：

10、建立三级校验链路，所述三级校验链路包括地面源文件数据校验、星务缓存数据校验和载荷写入数据校验，根据三级校验链路的一致性比较选择重传方向；

11、进行局部校验、异常区段重传、接收位图和进度持久化、断点续传以替代整文件重传；

12、在多个低速接口之间共享统一编号空间、窗口确认和去重规则，根据所述统一编号空间、窗口确认和去重规则，并发调度不同分包并进行接口故障迁移与无损降级。

13、可选的，在所述的卫星载荷版本重构方法中，还包括：

14、进行临时区写入、激活前整文件校验、启动健康检查、旧版本保留和失败回退，以维护在轨安全；

15、通过统一消息格式和差异化参数配置管理多种卫星载荷，并向软件镜像外模型、软件镜像外参数和可编程逻辑配置更新提供所述统一消息格式和差异化参数配置。

16、可选的，在所述的卫星载荷版本重构方法中，地面站执行以下一种或多种动作：

17、向所述星务软件发送针对目标载荷的版本重构请求，所述版本重构请求包括目标载荷标识、拟重构版本号、文件类型、文件总长度、整文件校验算法及优选接口；

18、根据目标载荷能力、可用空间、待重构版本文件大小、版本标识、目标硬件型号、处理器架构、存储布局和启动方式进行重构可行性校验及合法性校验；校验不满足条件时终止任务并输出失败原因；

19、将所述载荷重构版本拆分为固定长度或可变长度的数据单元，为每个数据单元分配唯一编号，并配置总包数、目标写入地址或目标目录及文件偏移、有效数据长度、版本数据和分包校验字段，同时生成地面源文件的整文件校验值；以及

20、经空地链路发送所述数据单元；若异常位于空地链路环节重新向星务软件发送相应数据。

21、可选的，在所述的卫星载荷版本重构方法中，星务软件执行以下一种或多种动作：

22、将版本重构请求转发至目标载荷；

23、缓存数据并利用分包编号和总包数维护接收位图、滑动窗口或统一状态表，对重复包去重，对校验错误、接收超时或缺失包生成选择性重传请求，直至形成完整的星务侧重构数据作为完整数据单元；

24、全部分包接收完成后计算星务缓存数据的整文件校验值；

25、按照统一载荷重构协议将所述完整数据单元发送至目标载荷；

26、待目标载荷写入完整数据单元的全部数据后向目标载荷发送整文件校验请求；

27、整文件校验异常时比较星务缓存数据的整文件校验值与地面源文件的整文件校验值；

28、若二者一致，则判定异常位于星务至载荷传输或载荷写入环节，重新向目标载荷发送相应数据；

29、若二者不一致，则判定异常位于空地链路环节。

30、可选的，在所述的卫星载荷版本重构方法中，目标载荷执行以下一种或多种动作：

31、接收到版本重构请求后，返回重构能力信息和可用存储空间信息；

32、对于无文件系统载荷，返回可用存储器地址范围、容量、擦除粒度、写入粒度和对齐规则；

33、对于有文件系统载荷，返回目标目录剩余空间、最大文件尺寸和文件名规则；

34、其中重构能力信息还包括接口类型、最大数据单元长度、支持的校验算法、是否支持断点续传及版本回退；

35、校验载荷标识、分包编号、目标地址范围、有效长度和分包校验值，通过后将载荷重构版本的完整数据单元写入目标存储器地址或文件系统临时版本文件；

36、将闪存按擦除块擦除并在写入后回读校验；

37、接收到整文件校验请求后，重新读取目标存储区或临时版本文件，根据crc16、crc32、sha-256、哈希校验或数字签名校验中的一种或多种计算载荷写入数据的整文件校验值，并将结果经星务软件反馈地面站；

38、整文件校验通过后，设置待启用版本标志，在预定任务窗口复位或切换至新版本并执行健康检查；

39、若在预设时间内未上报健康状态，则恢复旧版本或安全版本；

40、若整文件校验异常且异常位于空地链路环节时返回局部校验结果，以仅重传异常存储块、文件段或窗口。

41、可选的，在所述的卫星载荷版本重构方法中，还包括：

42、所述完整数据单元包括协议标识、目标载荷标识、文件标识、分包编号、总包数、目标写入信息、有效长度、版本数据、分包校验值和状态/扩展字段；

43、无文件系统载荷包括目标存储器地址；

44、有文件系统载荷包括目标目录、临时文件名和文件偏移量；

45、当目标载荷具有至少两个低速接口时，星务软件将不同分包编号的数据单元分配至串口、can接口、网口或其他总线接口并发发送；

46、各接口共享统一编号空间、确认窗口和去重规则；

47、某一接口发生连续错误、拥塞或中断时，未确认数据单元可迁移至其他接口以无损降级。

48、可选的，在所述的卫星载荷版本重构方法中，还包括：

49、星务软件维护统一状态机，包括重构版本请求、能力协商、数据接收、数据补传、载荷写入、整文件校验、版本激活、异常恢复和完成状态；

50、将重构进度、当前有效版本、待启用版本及已写入长度保存在非易失性存储区，以支持掉电、复位或任务中断后的断点续传；

51、将任务标识、地面源文件整文件校验值、已确认最大连续分包编号、接收位图摘要、已写入长度、临时文件状态及回退标志保存于非易失性存储区；

52、链路中断、星务重启或载荷复位后，各方交换任务标识和已完成进度，只传输尚未完成或校验异常的数据单元以断点续传。

53、本发明还提供一种卫星载荷版本重构系统，包括：

54、载荷版本重构地面侧，被配置为将载荷重构版本的数据单元的格式进行统一编号，以统一适配卫星载荷；以及

55、载荷版本重构星务软件侧，被配置为根据所述统一编号在多个接口之间并发调度不同分包，以将所述载荷重构版本发送至卫星载荷。

56、在本发明提供的卫星载荷版本重构方法及系统中，通过将载荷重构版本的数据单元的格式进行统一编号，并根据所述统一编号在多个接口之间并发调度不同分包，实现了接口统一、兼容有无文件系统载荷、可通过多接口并发提高传输性能的卫星载荷版本重构。

57、本发明的发明人通过研究发现，现有载荷版本重构方案通常由各载荷单机分别设计升级协议、分包格式、存储写入方式和异常处理机制。不同载荷之间接口和流程差异较大，星务软件需要针对每一种载荷开发专用适配逻辑，造成软件耦合度高、验证工作量大和复用性差。部分载荷还需要自行实现复杂的文件接收、缺包检测和重传控制，占用有限的处理器、存储器和软件资源。

58、此外，现有方案在空地链路误码、星务缓存异常、载荷写入异常或任务中断后，往往难以快速判断故障位于地面至星务链路、星务缓存环节还是星务至载荷链路；部分方案仅支持整文件重新传输，无法按编号选择性补传，导致链路利用率低、重构时间长。对于具有多个低速接口的载荷，也通常只选择单一接口串行传输，未充分利用可并行的传输资源。

59、因此，需要一种载荷侧实现简单、星务侧接口统一、兼容有无文件系统载荷、支持分级校验和故障定位，并可通过多接口并发提高传输性能的卫星载荷版本重构方法。

60、本发明将缓存管理、缺包检测、选择性重传逻辑与统一状态机集中部署于星务软件与地面侧（地面站），摒弃传统由载荷单机独立实现复杂接收与重传控制的分布式架构；同时设计统一编号的数据单元格式，该格式内嵌目标写入地址或目录以及文件偏移量字段，星务软件解析该格式后分别适配无文件系统载荷的直接地址写入与有文件系统载荷的目录偏移写入；在此基础上，构建涵盖地面源文件、星务缓存数据与载荷实际写入数据的三级校验链路，利用一致性比对结果精准定位异常环节并触发定向重传。该架构显著降低了载荷侧的软件规模、处理器资源占用与验证复杂度，实现了星务侧接口的标准化与高复用率；不仅统一兼容了裸地址存储与文件系统两类异构载荷，而且通过分级完整性保障机制有效缩小了故障排查范围，大幅提升了在轨重构的可靠性与传输效率，彻底解决了现有技术中接口不统一、载荷实现复杂、异常定位困难以及链路利用率低下等核心问题。

61、鉴于卫星载荷硬件资源受限且异构性强，若由载荷独立处理协议解析、断包重传与存储管理，各单机协议耦合度高，星务软件需开发大量适配逻辑，验证周期随之延长。通过将控制面与数据面管理职能上移至资源相对充裕的星务软件与地面站，采用集中式状态机与缓存调度，可消除载荷间的协议壁垒；同时，统一数据单元通过抽象写入指针，屏蔽了底层存储介质的差异。三级校验链路基于哈希比对或循环冗余校验原理，逐段核对数据流，一旦检测到不一致即可逆向追溯至具体断点，从而依据现有技术推导实现精准的重传路径选择与无效缓存释放。

62、本发明提出了前置条件校验与差异化参数配置，以载荷能力协商与可用存储空间反馈为重构前置条件，由地面侧结合配置表完成重构可行性评估、存储边界划定与版本合法性校验；并通过差异化参数配置管理目标载荷的地址布局、文件名规则、校验算法、重构窗口与错误码，核心状态机保持不变；避免了无效版本上星与存储空间溢出风险，提升了地面运维的自动化水平与批量管理能力；无需修改核心代码即可快速适配新型号载荷或扩展至模型、参数及可编程逻辑配置更新，增强了系统的可维护性与扩展性；基于网络通信中的能力发现机制与存储管理，地面侧在建立连接前获取载荷硬件规格与缓存余量，预先进行逻辑判断与边界限制。配置表采用结构化数据映射，将特定载荷的物理属性抽象为可替换参数，状态机仅依赖通用参数执行流转，从而保证核心协议栈的稳定性。

63、本发明提出了局部校验、位图管理与断点续传，在数据传输过程中引入局部校验机制与接收位图，结合重构进度持久化策略，在链路中断或任务暂停时保存已确认的有效分包编号与写入位置，恢复时仅针对缺失或校验失败的异常区段进行定向补传；彻底摒弃了粗放的整文件重传模式，显著缩短了故障恢复时间，降低了空地链路的无效占用与能量消耗，提升了长耗时重构任务的成功率；利用位图数据结构记录分包状态，通过持久化存储器将会话进度固化。断线重连时读取位图与源文件比对，识别未接收或校验错误的数据单元；依据滑动窗口与选择性确认协议原理，仅请求缺失序列号对应的数据块，从而实现断点续传与带宽优化。

64、本发明提出了多接口并发调度与故障迁移，在具备多个低速物理接口的场景下，于星务侧实施并发调度策略，将不同分包分发至各接口并行传输；各接口共享统一的数据单元编号空间、确认窗口与去重规则，并在单接口发生故障时自动迁移未传数据至备用接口，实现无损降级，有效聚合了分散的低速接口带宽，突破了单一链路速率瓶颈，大幅提升了总体传输速度；接口切换过程保持数据序列连续与无重复，增强了复杂环境下的传输鲁棒性；基于多队列调度与负载均衡原理，星务软件维护全局编号池，按接口可用性动态分配分包任务。接收端依赖统一编号进行重组与去重，当某接口误码率超标或中断时，调度器将队列指针平移至其他可用链路，从而避免单点故障导致的全局重构失败。

65、本发明提出了临时区写入、激活前校验与安全回退，重构数据优先写入临时存储区，待整文件写入完毕后执行激活前全量校验与启动健康检查；校验通过后再切换运行指针至新版本，同时完整保留旧版本数据；若启动健康检查失败或运行异常，则立即触发回退机制恢复至旧版本，构建了版本升级的安全沙箱，有效隔离了错误数据对当前运行系统的影响，大幅降低了因版本缺陷或写入干扰导致载荷功能失效的在轨风险，保障了卫星核心业务的连续性；采用双分区镜像更新或影子更新策略，新版本在隔离区完成构建与验证，确保其完整性与可执行性。健康检查通过向新软件注入标准测试指令并比对反馈状态，确认运行环境兼容。回退操作依据指针重定向原理，将系统引导地址恢复至经旧版本校验区，从而确保重构过程的安全性。