一种卫星遥测压缩参数协商方法与流程

本发明涉及遥测压缩，尤其涉及一种卫星遥测压缩参数协商方法。

背景技术：

1、卫星测控系统主要由遥控（tc）上行链路与遥测（tm）下行链路组成，星地双向交互信道通常采用非对称频段设计，其中上行链路可工作于s、x、ka波段，下行链路同样适配s、x、ka波段。目前，星地测控链路的通信规程与帧格式遵循专用标准化协议，具体而言，ccsds232.0-b空间数据链路协议规范定义了遥控上行链路的帧结构与传输规程，ccsds 132.0-b空间数据链路协议规范定义了遥测下行链路的帧结构与传输规程。

2、但现有ccsds测控协议体系存在显著的单向化设计缺陷，上行遥控协议与下行遥测协议相互独立、各司其职，未定义跨上下行信道的应用层交互与协商机制，导致星地双向协同控制、参数动态配置与故障联动修复能力缺失，无法满足在轨动态优化遥测压缩传输的工程需求。现有卫星遥测压缩传输技术的具体局限性如下：

3、第一，缺乏标准化的在轨遥测压缩参数协商机制。当前卫星遥测压缩的核心参数，包括压缩算法类型、量化精度、压缩字典版本等，均在卫星出厂阶段固化于星上软件中，不支持在轨动态调整与更新。ccsds 121.0-b数据压缩标准仅对各类遥测压缩算法本身，并未构建星地之间压缩参数的协商机制。该固化式配置模式存在极大的工程隐患，当地面解压缩设备的解析能力、适配参数与星上压缩参数不匹配时，会直接引发大规模遥测数据解压缩失败问题，且该参数适配故障无法通过在轨操作修复，严重影响遥测数据传输可靠性。

4、第二，压缩上下文单向维护，同步稳定性与故障容错能力不足。基于上下文的增量式遥测压缩技术，依赖星地两端维持完全一致的压缩上下文数据，包括历史参数缓存、分级映射表版本等，上下文的同步一致性是保障连续遥测帧正常解压缩的核心前提。然而，卫星遥测下行链路受星地传输距离、空间遮挡、空间电磁干扰等复杂空间环境影响，存在帧丢失风险。当下行帧丢失时，地面接收端的压缩上下文可能无法与星上压缩上下文保持同步，进而导致后续遥测帧解压缩错误。同时，现有技术体系无地面主动干预机制，地面端无法主动触发星上数据重传、上下文重置或同步更新，故障自愈能力缺失。

5、第三，地面移动通信压缩反馈机制无法适配卫星测控场景。现有3gpp rohc协议（rfc 5795）针对地面移动通信场景设计了压缩上下文反馈机制，解压缩端可通过反向信道发送ack、nack、static-nack等反馈指令，实现压缩上下文的动态刷新与故障修复。但该协议机制存在场景适配局限性：其一，rohc反馈机制基于ip协议栈实现，反馈时延为毫秒级，而卫星测控链路传播时延跨度极大，低轨卫星时延为数毫秒，地球静止轨道卫星时延可达270毫秒，时延特性不匹配导致rohc反馈机制无法直接移植应用于卫星测控场景；其二，rohc协议无参数动态协商流程，压缩配置文件由通信两端预先固定约定，不支持在轨动态协商适配，无法满足卫星多变工况下的遥测压缩优化需求。

6、第四，传统遥控命令体系缺乏双向确认机制。现有ccsds遥控标准仅规定了遥控命令的上行传输格式与发送规程，卫星执行遥控指令后，无专用、标准化的遥测应答反馈机制，地面端仅能通过监测卫星下行遥测工作参数的间接变化，判断遥控命令的执行状态。针对压缩参数在轨变更这类高精度、高可靠性要求的关键操作，间接式状态校验方式无法提供精准、可靠的执行确认依据，存在操作失效、参数配置异常却无法及时感知的风险，无法保障遥测压缩参数动态配置等操作的有效性与安全性。

7、综上，现有卫星ccsds测控协议体系及遥测压缩技术，未形成基于tc/tm交叉信道的星地协同机制，缺失遥测压缩参数在轨动态协商、压缩上下文实时同步、传输故障快速恢复的标准化技术方案，无法实现遥测压缩传输的在轨动态优化与高可靠运行，是制约高精度、高效率卫星遥测压缩传输技术规模化工程应用的核心技术瓶颈。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的上述问题中的至少一部分问题，本发明提供了一种卫星遥测压缩参数协商方法，包括：

2、地面站通过遥控上行链路向卫星发送压缩初始化请求命令，压缩初始化请求命令中包含压缩参数提议；

3、卫星接收并提取压缩初始化请求命令，基于压缩参数提议评估星上压缩能力，并通过遥测下行链路向地面站发送压缩初始化应答命令；

4、地面站接收压缩初始化应答命令，确认卫星是否接受协商，并在卫星接受协商时向卫星发送压缩确认命令；以及

5、卫星接收压缩确认命令，当随机数验证正确，则进入压缩运行状态，向地面站发送压缩遥测帧。

6、进一步地，压缩参数提议包括下列字段的多项：协议版本号、算法位图、参数字典版本、上下文窗口尺寸、b类参数量化精度、最小压缩率；和/或

7、所述压缩初始化应答命令包括下列字段的多项：结果码、选定的压缩算法、使用的参数字典版本、有效帧序列号effective_seq、内存占用量、cpu 开销、实际压缩率、随机数；和/或

8、所述压缩确认命令至少包含下列字段：随机数回显和地面时间。

9、进一步地，基于压缩参数提议评估星上压缩能力，包括：

10、地面支持的压缩算法能力位图是否对应卫星上的压缩算法；

11、地面使用的参数字典版本是否对应星上当前使用的参数字典版本号；

12、评估卫星当前cpu占用率是否满足选定的压缩算法的要求。

13、进一步地，当星上压缩能力满足要求时，结果码=0x00，表示接受；

14、当结果码=0x01时，表示算法不支持；

15、当结果码=0x02时，表示算法字典版本不匹配；

16、当结果码=0x03时，表示算力不足；

17、当结果码=0x04时，表示拒绝。

18、进一步地，卫星收到压缩确认命令，并验证随机数后，在第effective_seq帧起，遥测处理单元切换为压缩编码模式，压缩遥测帧通过应用进程标识符apid=0x200传输。

19、进一步地，还包括：在压缩运行状态下，地面站持续监控上下文是否失步，并在上下文失步时，执行上下文失步恢复流程。

20、进一步地，检测压缩遥测帧的帧序列号连续性和a级参数哈希一致性以确定上下文是否失步；

21、上下文失步恢复流程包括：地面站通过遥控上行链路向卫星发送包含重同步模式字段的压缩重同步请求命令；卫星接收压缩重同步请求命令，基于重同步模式字段选择上下文修复响应策略；卫星向地面站发送恢复帧，恢复帧以应用进程标识符apid=0x202传输，地面站识别后用于重建压缩上下文pcc，恢复完成后应用进程标识符apid切换回0x200。

22、进一步地，在多地面站场景中，每个地面站独立维护自己的压缩上下文，但共享同一份参数字典；当一个地面站触发压缩重同步请求命令时，卫星发出的全量恢复帧通过遥测多路广播同时更新所有已授权地面站的压缩上下文；和/或

23、在压缩运行状态下，地面站发送压缩参数更新命令；卫星接收到压缩参数更新命令后，更新参数字典对应表项，并在下一压缩遥测帧的参数字典变更通知字段中告知地面站，保证参数字典同步。

24、进一步地，当卫星检测到下行信道质量提高时，主动通过遥测帧发送能力通告包，告知地面站当前星上压缩能力，由地面决策是否发起协商；和/或

25、首次协商时，选择压缩率最低的压缩算法，当卫星进入压缩运行状态运行稳定多帧后，地面站自动发起二次协商，在压缩初始化请求命令中追加参数值压缩，最终实现全功能压缩；和/或

26、在卫星每次过顶段弧段开始时立即触发协商，压缩模式在弧段前30秒内完成协商并生效；和/或

27、当协商超时或星上返回拒绝应答时，若因算法位图不匹配，则地面站自动缩减至双方共同支持的最小算法集重试，若因参数字典版本不匹配，地面站发起参数字典上行注入流程后重试协商。

28、进一步地，采用32位随机数；或

29、将随机数nonce与地面时间戳绑定：使用48位时间戳的低32位作为随机数nonce种子，经crc-32变换生成所需的随机数。

30、本发明至少具有下列有益效果：

31、本发明的方法首次实现遥测压缩的星地在轨动态协商：创造性地利用tc/tm交叉信道构建双向协商信道，利用遥控帧携带压缩请求、遥测帧携带星上应答完成协商，填补了ccsds标准体系中压缩参数动态协商机制的空白，使遥测压缩真正具备工程化在轨部署能力。

32、本发明的三阶段握手保障协商可靠性：本发明的协商过程类比tcp三次握手，第一阶段：地面站向卫星发送压缩初始化请求命令，第二阶段：卫星向地面站发送压缩初始化应答命令，第三阶段：地面站向卫星发送压缩确认命令，三阶段握手机制有效解决了tc/tm异步交互中的时延不确定性问题，并通过随机数防重放机制确保协商过程的唯一性和正确性，避免因命令重传导致协商状态混乱，保障协商可靠性。

33、上下文失步快速恢复：本发明基于压缩重同步请求命令compress_resync_req+恢复帧机制将上下文失步恢复时间从“等待下次整星重启”缩短至“2个遥控/遥测来回时延内”，极大提升了系统鲁棒性，对低轨卫星（单次弧段仅8-15分钟）尤为重要。

34、本发明支持多地面站并发管理：广播恢复机制解决了多站联合测控场景下的上下文一致性难题，为复杂测控网络运营提供了技术支撑。

35、本发明可以实现参数在线精细调节：压缩参数更新命令compress_param_update允许运控人员针对特定参数实时调整压缩策略，满足不同任务阶段对特定参数监测精度的差异化需求（如载荷开机时自动提升相关参数精度）。

36、低开销双向协议：卫星和地面站发送的各协商命令包均不超过16字节，在标准ccsds tc帧（最大248字节用户数据）中具有极低的开销占比，不影响正常遥控命令的传输效率。