CN103346948B - 一种应用于卫星舱内的红外无线组网设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于卫星舱内的红外无线组网设备，包括星务主机和星载电子设备，进一步包括红外无线接入点和红外无线终端；红外无线接入点与星务主机相连，红外无线终端与星载电子设备相连；红外无线终端包括有线接口模块A，红外光学天线A、从机控制模块和红外控制模块A；红外无线接入点设备包括有线接口模块B，红外光学天线B、主机控制模块和红外控制模块B；本发明采用红外无线组网设备通过红外无线光通信的方式替代传统的星上总线通信，淘汰了传统星载电子设备之间的通信电缆，实现了卫星内部电子设备之间的互联，可避免传统电缆连接的复杂性以及无线射频通信的电磁干扰，并有效的减轻卫星的重量。

Description

一种应用于卫星舱内的红外无线组网设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种应用于卫星舱内的红外无线组网设备。

背景技术

传统的星内通信系统主要是通过星载总线进行互联通信的，星务主机和其他星载电子设备都通过有线接口连接在星载总线上，如图1所示。这种传统的星内通信系统由电缆连接，存在体积重量大、抗电磁干扰能力差、网络连接复杂和集成度低等不足之处。

而卫星舱内红外无线组网技术是实现卫星内部通信的新兴技术。较之传统舱内的导线传输和射频无线传输的数管系统，舱内红外无线组网技术具有体积小、质量轻、功耗低、传输速率高、可靠性强、电磁兼容优良以及简化卫星AIT(Assembly，Integration and Test)过程等优点。红外无线组网通信技术，应用于卫星舱内通信以及控制数据传输等，有着其独特的优点。

发明内容

本发明提供了一种应用于卫星舱内的红外无线组网设备，主要针对卫星舱内电子设备之间信息流的交互，通过采用红外无线组网设备，替代传统数据传输导线，可避免传统电缆连接的复杂性以及无线射频通信的电磁干扰。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：包括星务主机和星载电子设备，其特征在于，进一步包括红外无线接入点和红外无线终端；红外无线接入点与星务主机相连，红外无线终端与星载电子设备相连；红外无线终端包括有线接口模块A，红外光学天线A、从机控制模块和红外控制模块A；红外无线接入点设备包括有线接口模块B，红外光学天线B、主机控制模块和红外控制模块B；红外无线终端和红外无线接入点设备均包括用于供电的电源模块；红外光学天线A与红外光学天线B构造相同，均为等边八边形的椎体，每个锥面安装多个红外收发模块，其中红外收发模块包括发射器和探测器;红外控制模块A与红外控制模块B构造相同，均包括红外信号校验模块、红外信号调制解调模块、红外天线方向控制模块和红外光学天线空闲状态判断模块；从机控制模块包括入网申请模块和红外通信接入模块；主机控制模块包括红外通信桥接模块、红外通信控制模块和网络状态控制模块；

红外无线终端通过有线接口模块A从星载电子设备接收数据，然后发送给从机控制模块；从机控制模块首先通过入网申请模块向主机控制模块的网络状态控制模块发出申请信号以加入网络，如果申请失败，入网申请模块将继续申请加入网络，当申请成功后，通过红外通信接入模块把数据送入红外控制模块A；红外控制模块A通过红外信号校验模块给数据加入校验码后，通过红外信号调制解调模块进行调制，然后根据红外光学天线空闲状态判断模块进行判断选择发射器；其判断选择原则是:当在规定的时间内探测器没有收到光信号，将通过红外天线方向控制模块关闭对应的发射器，从而控制红外光学天线的通信方向；在需要发射调制后的信号时，选择任意一路没有关闭的发射器并将选择的发射器编号发送给红外天线方向控制模块；红外天线方向控制模块根据编号打开相应的发射器，把电信号转成光信号发射出去；

当红外无线接入点设备的红外光学天线B收到红外无线终端传来的光信号后，通过红外光学天线B的探测器进行光电转换把光信号转换成电信号然后送入红外控制模块B；红外控制模块B首先通过红外光学天线空闲状态判断模块进行判断选择探测器；其判断选择原则是：从多路探测器信号中选择完全相同的探测器信号，从所选择的探测器信号中选择一路并把该路的编号送入红外天线方向控制模块；红外天线方向控制模块根据编号选择探测器信号，送入红外信号调制解调模块进行解调，并通过红外信号校验模块校验后送入主机控制模块；主机控制模块通过红外通信控制模块把校验后的信号送入红外通信桥接模块，红外通信桥接模块根据信号所携带数据的地址进行上传或者转发；当数据上传时，直接送入有线接口模块B传给星务主机；当数据转发时，把数据再次送入红外控制模块B进行发送。

本发明的有益效果：

1）采用红外无线组网设备通过红外无线光通信的方式替代传统的星上总线通信，淘汰了传统星载电子设备之间的通信电缆，实现了卫星内部电子设备之间的互联，可避免传统电缆连接的复杂性以及无线射频通信的电磁干扰，并有效的减轻卫星的重量。

2）采用多个红外收发模块构成红外光学天线，实现了全向红外光通信，克服了传统的红外光点对点通信，增加了通信范围，有利于舱内电子设备的布局。

3）通过红外控制模块实现对红外光学天线的方向控制，降低了红外无线组网设备的发射功耗，并避免了卫星舱内狭小空间的多径干扰；实现对红外信号调制解调、校验以及红外光学天线空闲状态判断，提高了红外光通信的正确性。

附图说明

图1—传统星内通信系统网络拓扑结构；

图2—红外无线网络拓扑结构；

图3—红外无线组网设备结构图；

图4—红外光学天线结构俯视图；

图5—红外控制模块框图；

图6—从机控制模块框图；

图7—主机控制模块框图；

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。

本发明提供了一种应用于卫星舱内的红外无线组网设备，采用红外无线组网设备，包括红外无线接入点和红外无线终端，替代传统数据传输导线，如图2所示。其中，红外无线接入点与星务主机相连，红外无线终端与星载电子设备相连。该设备实现卫星内部传感器/控制器与主机、主机与从机、以及星载智能传感器（温度、压力、加速度、应变）等电子设备之间的高速互联，进行指令发送和数据传输。带来的优势主要体现在采用红外无线组网设备可以替代传统的通信电缆，不仅减轻了卫星的干重，提高了有效载荷的利用效率，而且减少了卫星内导线的布局，缩短了研制周期。下面具体论述：

红外无线终端包括有线接口模块，红外光学天线、从机控制模块、红外控制模块以及电源模块；红外无线接入点设备包括有线接口模块，红外光学天线、主机控制模块、红外控制模块以及电源模块，如图3所示。

红外光学天线由红外收发模块构成，该红外收发模块包括发射器和探测器，如图4所示。红外光学天线为等边八边形的椎体，每个锥面安装多个红外收发模块，共同组成红外光学天线，该天线能够实现全方向的无线光通信。红外光学天线采用多个红外收发模块，如果红外收发模块同时发射红外光信号，不仅增加了红外无线组网设备的功耗，而且在卫星舱内狭小的空间内增加了多径干扰，因此加入了红外控制模块来控制。

红外控制模块由红外信号校验模块、红外信号调制解调模块、红外天线方向控制模块和红外光学天线空闲状态判断模块组成，如图5所示。红外控制模块的红外天线方向控制模块能够控制红外光学天线的每一个发射器和探测器的开关。当探测器长时间没有接收到有效的红外光信号时，红外控制模块将关闭与探测器对应的发射器；当多个探测器同时接收到相同的红外光信号时，红外控制模块将只选择一个发射器工作，从而实现红外光学天线方向的智能控制。红外控制模块的红外信号调制解调模块完成红外信号的调制解调功能，利于红外光学天线对光信号的发射和接收。红外控制模块的红外信号校验模块能够对发射的数据自动添加校验和，并能够对接收的数据根据校验和判断数据的正确性。红外控制模块的红外光学天线空闲状态判断模块，通过检测红外收发模块的探测器是否接收到有效光信号，来判读红外光学天线的空闲状态。

红外无线终端的从机控制模块由入网申请模块和红外通信接入模块组成，如图6所示。其中，入网申请模块的功能是当红外无线终端上电后，通过该模块申请加入红外无线网络；红外通信接入模块的功能是通过冲突检测机制，实现红外光接入正确可靠的收发数据。

红外无线接入点的主机控制模块由红外通信桥接模块、红外通信控制模块和网络状态控制模块组成，如图7所示。其中，红外通信桥接模块的功能是判断来自红外控制模块的数据是需要通过有线接口模块上传给星务主机，还是再次发送给红外控制模块通过光学天线发射出去；红外通信控制模块的功能控制红外无线光接入，通过无线光接入方式实现对整个红外无线网络的维护和控制；网络状态控制模块的功能是控制无线终端接入和退出网络。

该红外无线组网设备的工作流程为：

红外无线终端通过有线接口模块A接收数据，然后发送给从机控制模块；从机控制模块首先通过入网申请模块向主机控制模块的网络状态控制模块发出申请信号以加入网络，如果申请失败，入网申请模块将继续申请加入网络，当申请成功后，通过红外通信接入模块把数据送入红外控制模块A；红外控制模块A通过红外信号校验模块给数据加入校验码后，通过红外信号调制解调模块进行调制，然后根据红外光学天线空闲状态判断模块进行判断选择发射器；其判断选择原则是:当在规定的时间内探测器没有收到光信号，将通过红外天线方向控制模块关闭对应的发射器，从而控制红外光学天线的通信方向，在需要发射调制后的信号时，选择任意一路没有关闭的发射器并将选择的发射器编号发送给红外天线方向控制模块；红外天线方向控制模块根据编号打开相应的发射器，把电信号转成光信号发射出去。

当红外无线接入点设备的红外光学天线B收到红外无线终端传来的光信号后，通过红外光学天线B的探测器进行光电转换把光信号转换成电信号然后送入红外控制模块B；红外控制模块B首先通过红外光学天线空闲状态判断模块进行判断选择探测器；其判断选择原则是：从多路探测器信号中选择完全相同的探测器信号，从所选择的探测器信号中选择一路并把该路的编号送入红外天线方向控制模块；红外天线方向控制模块根据编号选择探测器信号，送入红外信号调制解调模块进行解调，并通过红外信号校验模块校验后送入主机控制模块；主机控制模块通过红外通信控制模块把校验后的信号送入红外通信桥接模块，红外通信桥接模块根据信号所携带数据的地址进行上传或者转发；当数据上传时，直接送入有线接口模块B传给星务主机；当数据转发时，把数据再次送入红外控制模块B进行发送。

星载电子设备通过红外无线终端把电信号转换成光信号发送给红外无线接入点设备，红外无线接入点设备先把光信号转成电信号，然后根据地址进行上传或者转发操作。

红外无线组网设备作为实用、创新型产品，应用在卫星舱内电子设备之间信息交互，可避免传统电缆连接的复杂性以及无线射频通信的电磁干扰，并且能够减轻卫星重量、简化卫星AIT过程，具有广泛的应用前景。综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种应用于卫星舱内的红外无线组网设备，包括星务主机和星载电子设备，其特征在于，所述红外无线组网设备进一步包括红外无线接入点设备和红外无线终端；红外无线接入点设备与星务主机相连，红外无线终端与星载电子设备相连；红外无线终端包括有线接口模块A，红外光学天线A、从机控制模块和红外控制模块A；红外无线接入点设备包括有线接口模块B，红外光学天线B、主机控制模块和红外控制模块B；红外无线终端和红外无线接入点设备均包括用于供电的电源模块；红外光学天线A与红外光学天线B构造相同，均为等边八边形的椎体，每个锥面安装多个红外收发模块，其中红外收发模块包括发射器和探测器；红外控制模块A与红外控制模块B构造相同，均包括红外信号校验模块、红外信号调制解调模块、红外天线方向控制模块和红外光学天线空闲状态判断模块；从机控制模块包括入网申请模块和红外通信接入模块；主机控制模块包括红外通信桥接模块、红外通信控制模块和网络状态控制模块；

红外无线终端通过有线接口模块A从星载电子设备接收数据，然后发送给从机控制模块；从机控制模块首先通过入网申请模块向主机控制模块的网络状态控制模块发出申请信号以加入网络，如果申请失败，入网申请模块将继续申请加入网络，当申请成功后，通过红外通信接入模块把数据送入红外控制模块A；红外控制模块A通过红外信号校验模块给数据加入校验码后，通过红外信号调制解调模块进行调制，然后根据红外光学天线空闲状态判断模块进行判断选择发射器；其判断选择原则是：当在规定的时间内探测器没有收到光信号，将通过红外天线方向控制模块关闭对应的发射器，从而控制红外光学天线的通信方向；在需要发射调制后的信号时，选择任意一路没有关闭的发射器并将选择的发射器编号发送给红外天线方向控制模块；红外天线方向控制模块根据编号打开相应的发射器，把电信号转成光信号发射出去；

当红外无线接入点设备的红外光学天线B收到红外无线终端传来的光信号后，通过红外光学天线B的探测器进行光电转换把光信号转换成电信号然后送入红外控制模块B；红外控制模块B首先通过红外光学天线空闲状态判断模块进行判断选择探测器；其判断选择原则是：从多路探测器信号中选择完全相同的探测器信号，从所选择的探测器信号中选择一路并把该路的编号送入红外天线方向控制模块；红外天线方向控制模块根据编号选择探测器信号，送入红外信号调制解调模块进行解调，并通过红外信号校验模块校验后送入主机控制模块；主机控制模块通过红外通信控制模块把校验后的信号送入红外通信桥接模块，红外通信桥接模块根据信号所携带数据的地址进行上传或者转发；当数据上传时，直接送入有线接口模块B传给星务主机；当数据转发时，把数据再次送入红外控制模块B进行发送。