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Cluster卫星的数据管理系统孙辉先 Cluster卫星的数据管理系统 孙辉先 陈小敏 (中国科学院空间科学与应用研究中心) 摘要 欧空局最重要的日地科学项目，用于地球磁层等离子体过程研究的Cluster计划，从提出到 目前历时18年。其头二颖卫星已于今年7月16日发射成功，另外二颗卫星也将于今年8月9 日发射。我国刘振兴院士提出的“双星”计划正在立项。由于_硬星计划将利用Cluster卫星的多 台探测仪器，了解Cluster卫星的数据管理系统对“双星”计划的设计是十分重要的。本文对Cluster 卫星数据管理系统的构成，数据处理模式，遥测数据帧结构，电气接口规定，对探测仪器的服务 信号等作了简要介绍，井对这一系统的优缺点作了分析。 关键词：Cluster、OBDH、数据管理系统、双星计划 1．引言 2000年7月16日中欧夏时制14：39(12：29UTC)随着火箭的巨大轰鸣，ClusterII计划的前 二颗卫星．飞行星6和7(FM6和FM7)由俄罗斯联盟号火箭在哈萨克斯坦的拜可努尔发射场顺 利升空。ClusterII计划的后续2颗星也将计划于2000年8月9日发射。至此历时18年之久的 Cluster探测计划终于开始了。 Cluster计划于1982年提出并和SOHO计划一起被欧空局确定为日地科学计划(STSP)的 重要探测项目之一。Cluster计划是利用4颗卫星来探测地球磁层等离子体过程。4颗相同的卫星 在空间置于远地点19．6个地球半径+近地点4个地球半径的大椭圆极轨轨道上，彼此形成距离 可调的四面体结构．用以探溯磁层的三维分布和时空变化现象，可以对地球磁层进行中小尺度的 研究。每个Cluster卫星装有11台有效载荷探测仪器，可以对磁层等离子体空间环境进行多方面 的探测。 由我国科学家刘振兴院士提出的“双星”探测计划是利用2颗卫星对近地赤道区和近地极区 这两个主要磁层活动区的电磁场和能量粒子的时空变化进行联台探测。探测结果将用于系统研究 磁层亚暴，磁暴和磁层离子暴的触发机制及其对太阳活动和行星际扰动影响的全球过程。双星计 划与Cluster探测计划相互配合，将获得更有价值的结果，弥,b--个计划的不足。因而双星计划 一提出就得到欧空局和国际空间科学界的大力支持。欧空局将无偿为双星计划提供多台攘测仪 器。 目前双星计划正在申请立项，欧空局为双星计划提供的探测仪器主要是用于Cluster计划的 探测仪器。这些仪器在Cluster卫星上与星上数据管理系统接口，完成指令接收和数据交换。这 些仪器在提交给我国双星计划使用时，在接口及数据格式等方面不可能作较太的改动，因而研究 Cluster卫星的数据处理系统对用好欧空局为双星计划提供的仪器，对双星数营系统的设计有重 要的意义。本文将对Cluster卫星数管系统的结构，工作模式，数据格式，接13规定，服务信号 等进行研究和讨论。 112 2．Cluster卫星数据管理系统简介2．1系统构成和主要功能 2．Cluster卫星数据管理系统简介 2．1系统构成和主要功能 Chster卫星数据管理系统(OBDH)由中央数据管理单元(cD删)、远置终端单元(RTLI)和固态 存储器(SSR)组成。中央数据管理单元包括有遥控译码器、中央终端单元(CTU)、高稳定度晶振(USO) 和宽带数据控制单元(WDBC)，并直接与高速遥测通道接口。中央数据管理单元和远置终端单元采 用内部冗余结构，通过相连的标准总线传输遥测、遥控和部分服务信号。远置终端单元将有效载 荷、星上其它系统与数据管理系统连接起来。固态存储器的存储容量为5Gbit。系统结构见附图。 J fR￡DL^ND ET^L Frlt r rie，二The C]uRtcr O¨．B(1ilrd D扎ca·Handlh}；I OBDH l xuhtVtlcm 卫星数据管理系统实现卫星的主要控制功能，以2Kbps的码速率接收通信系统的遥控命令， 进行译码和分发；采集有效载荷和星上其它系统的遥测数据，进行编码．以实时和延时遥测的传 输方式通过通信系统传输给地面；为宽带数据(WBI))试验和固态存储器提供高速数据接口，由 于地面站可视周期有限，在地面站的接收范围内存储数据以远高于实时数据的速率进行回放，或 者将宽带数据以实时遥测方式传输：为有效载荷提供姿态和轨道控制系统数据、同步和时序信 号，实现星上软件在地面站测控范围外的自主监视功能。 2．2数据管理模式 卫星数据管理系统有3种工作模式：下行、固态存储器记录和工程参数存储。在每种工作模 式下都有一种或若干种虚拟信道数据。 卫星数据管理系统有LO种遥测模式．在每种遥寝4模式下有一种或若干种虚拟信道数据，并 为周定的数据格式。主要遥测模式的下行位流速率为 ·工程参数2Kbps 113 ·正常模