4. 遥测遥控协议与数据格式

卫星遥测遥控的自动化测试，第一步不是发指令，而是把“数据长什么样”彻底搞清楚。地面测试设备发出的每一条遥控指令、接收的每一帧遥测数据，都必须严格符合星上协议栈的格式约定。本节围绕 CCSDS 空间包协议与 PUS 业务标准，梳理从应用层业务数据到物理帧的完整封装链路，并说明虚拟信道、时间戳与同步机制在测试中的实际意义。

一、协议分层：CCSDS 管“怎么传”，PUS 管“传什么”

CCSDS（空间数据系统咨询委员会）标准定义的是数据传输的“容器”规范，包括包结构、帧格式、虚拟信道调度、编码与同步；PUS（包利用标准）则定义容器里装的应用层业务内容，即遥控指令和遥测参数的语义、服务类型与子类型。两者关系可以理解为：CCSDS 是信封和邮路，PUS 是信纸上的业务格式。测试中若出现“指令发出但星上不执行”，往往不是链路问题，而是 PUS 服务号/子类型或应用数据字段不符合星上业务约定。

二、TM/TC 包结构：从应用数据到空间包

遥控包（TC Packet）与遥测包（TM Packet）都遵循 CCSDS 空间包格式，由包头和数据域组成。TC 包主包头 6 字节，包含包标识（版本号、类型、副导头标志、应用过程标识 APID）、包序列控制（序列标志、序列计数）和包数据长度；TM 包主包头同样 6 字节，但序列控制字段含义略有差异。PUS 包在空间包数据域内再嵌套 PUS 包头：TC 为 1 字节服务类型 + 1 字节服务子类型 + 2 字节源标识；TM 为 1 字节服务类型 + 1 字节服务子类型 + 2 字节源标识 + 2 字节时间戳。副导头标志置 1 时，数据域前部还要插入副导头，用于携带时间戳或辅助数据。

以一条典型的“遥控指令分发”为例：服务类型 8、子类型 1，应用数据为待分发指令的原始码字。构造时先填 PUS 包头，再拼应用数据，最后计算包数据长度并写入主包头。测试脚本中应显式校验长度字段，因为长度错误是星上拒收指令的高频原因。

三、帧格式与虚拟信道

空间包需要装入传输帧才能下行或上行。CCSDS 传输帧由帧头、数据域和帧尾组成：帧头含帧标识（版本号、航天器标识、虚拟信道标识 VCID）、虚拟信道帧计数、信令字段；数据域承载一个或多个空间包；帧尾为帧差错控制字段（可选）。一个帧内可以复用多个包，包与包之间靠包头长度字段界定边界，因此接收端必须做“包提取”处理。

虚拟信道（Virtual Channel）是同一物理链路上按业务类型划分的逻辑通道。例如 VCID=0 传实时遥测，VCID=1 传延时遥测，VCID=2 传遥控回执。每个虚拟信道独立维护帧计数，调度器按优先级或轮询方式把各 VC 的帧送上物理链路。测试中要重点验证：VCID 分配是否符合接口数据单（ICD）、帧计数是否连续、多 VC 复用后包提取是否正确。

四、时间戳与同步机制

PUS 遥测包中的时间戳通常采用 CCSDS 非分段时间码（CUC）：前导字段 P-Field 指明时间码的纪元、粗时间长度和细时间长度，随后是粗时间（秒计数）和细时间（秒以下分数）。例如 P-Field 取 0x2A，表示粗时间 4 字节、细时间 2 字节，细时间分辨率为 2⁻¹⁶ 秒。测试中要核对星上时间戳与地面测试系统时间的偏差，若偏差超过门限，需检查星上时钟源、校时指令是否生效。

同步机制分两个层次：一是帧同步，接收端通过搜索帧同步码（如 0x1ACFFC1D）建立帧边界，并用帧差错控制字段校验；二是时间同步，地面通过校时指令把地面 UTC 时间注入星上时钟，星上再在遥测包中回填时间戳。自动化测试中，常用“发校时指令—收遥测时间戳—比对偏差”的闭环来验证时间同步功能。若帧同步丢失，接收端会进入搜索态，此时所有包提取都会失败，表现为遥测中断而非数据错误，这是排障时需要区分的关键现象。

五、测试中的格式校验要点

把上述格式落到自动化测试脚本，建议至少覆盖以下校验点：APID 是否与 ICD 一致；包序列计数是否连续、有无回绕处理；包数据长度与实际数据域长度是否匹配；PUS 服务类型/子类型是否在星上支持列表内；副导头标志与时间戳字段是否同时存在；VCID 与帧计数是否连续；帧同步码与帧差错控制是否正确。这些校验点可以直接写成断言，在每帧接收后自动执行，一旦失败即记录原始十六进制数据，便于回溯。