CN103699069A - 微小卫星先进电子集成系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微小卫星先进电子集成系统，其包括以下元件：通用计算机，进行微小卫星统一管理和处理；电源控制模块，接收遥控或程控命令，实施微小卫星的一次电源的分配和控制；USB或扩频测控模块，实施微小卫星的遥控遥测功能；GNC模块，进行GNC系统的姿态轨道测量和控制；驱动控制模块，完成微型变结构太阳翼、网爪和柔性太阳性展开的驱动控制；数传模块，接收通用计算机送来的有效载荷数据、图像数据，完成数据管理、打包处理，并将数据下传。本发明具有微小卫星体积小、轻型化、体积成本低、研制周期短和高性能等特点。

Description

微小卫星先进电子集成系统

技术领域

本发明涉及一种集成系统，特别是涉及一种微小卫星先进电子集成系统。

背景技术

传统卫星一般是把卫星的各种功能分成分系统，卫星各分系统逐个进行设计，然后把它们叠加起来。这种设计方法的优点是卫星能够很好地满足所承担任务要求。缺点就是花费时间、人力和财力太大。卫星成本很高，研制周期长。

自20世纪80年代以来，随着许多新技术和研究成果的发展，世界主要航天国家的科研机构、航天事业团体和高等院校纷纷开展微小卫星的相关研究工作，先后研制并发射了众多的微小卫星，微小卫星的发展在数量上将远远超过传统的大型卫星，其中微小卫星标准化、模块化设计已经成为研究热点。

目前我国积极研制自己的微小卫星，显然在微小卫星愈加需求的当今，对卫星的体积、重量、成本、研制周期和性能要求更高，传统卫星研制已经暴露出越来越多的弊端，不能满足微小卫星体积小、轻型化、体积成本低、研制周期短和高性能的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种微小卫星先进电子集成系统，其具有微小卫星体积小、轻型化、体积成本低、研制周期短和高性能等特点。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种微小卫星先进电子集成系统，其特征在于，其包括以下元件：

通用计算机，进行微小卫星统一管理和处理；

电源控制模块，接收遥控或程控命令，实施微小卫星的一次电源的分配和控制；

USB或扩频测控模块，实施微小卫星的遥控遥测功能；

GNC模块，进行GNC系统的姿态轨道测量和控制；

驱动控制模块，完成微型变结构太阳翼、网爪和柔性太阳性展开的驱动控制；

数传模块，接收通用计算机送来的有效载荷数据、图像数据，完成数据管理、打包处理，并将数据下传。

优选地，所述通用计算机由第一计算机和第二计算机组成双冗余，通用计算机包括CPU及其外围电路，负责运行系统软件，对卫星遥测数据进行采集、管理、交换、组帧和存储，并通过CAN传输至USB或扩频测控模块，根据地面遥控注入信息或星上自主运行管理程序，对星上各功能模块或有效载荷进行开关机控制、工作模式切换、运行参数设置、应急处置管理，监视卫星运行状态，实现整星安全管理功能。

优选地，所述电源控制模块接收USB或扩频测控模块控制指令，对第一计算机和第二计算机进行开关机控制，通过CAN总线接收通用计算机控制指令，控制各单机设备、加热器和火工品的开关机。

优选地，所述USB或扩频测控模块接收上行遥控指令及注入数据，完成指令的解密，对外部指令译码，协同地面测控站，完成对卫星的测距、测速，从而完成对卫星的跟踪定位，并通过CAN总线传输给通用计算机。

优选地，所述GNC模块集成了姿轨控计算机、阀门驱动电路、磁力矩器驱动电路、GPS接收机、MEMS测量组合。

优选地，所述驱动控制模块实现变结构太阳翼六自由度位置控制、网爪抓捕与释放和柔性太阳翼豆荚杆展开。

本发明的积极进步效果在于：本发明合理进行降额设计和系统容错设计，选择工业级的COTS器件，既简化了研制流程，缩短了研制时间，又极大的减少了研制成本。由于采取上述的技术方案，突破传统卫星分工界限，采用先进的微电子和集成化的通信技术，由现在的各个功能模块替代了各系统的电子设备，减少了接口和相互之间连接线，简化了整星结构，达到了如下有益效果：（1）一种微小卫星先进电子集成技术打破了传统卫星分工界限，实现了微小卫星综合电子的高度集成，构建了微小卫星模块化和标准化平台；（2）一种微小卫星先进电子集成技术满足了未来50kg以下微小卫星的成本低、体积小、重量轻、研制周期短的要求；（3）一种微小卫星先进电子集成技术由于采用先进的微电子和集成化的通信技术，使微小卫星电子系统具有明显的先进性。

附图说明

图1为本发明微小卫星先进电子集成系统的原理框图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种微小卫星先进电子集成技术作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，本发明微小卫星先进电子集成系统包括：

通用计算机101，可进行微小卫星统一管理和处理；

电源控制模块102，接收遥控或程控命令，实施微小卫星的一次电源的分配和控制；

USB或扩频测控模块103，实施微小卫星的遥控遥测功能；

GNC（定位导航通讯系统）模块104，进行GNC系统的姿态轨道测量和控制；

驱动控制模块105，完成微型变结构太阳翼、网爪和柔性太阳性展开的驱动控制；

数传模块106，接收通用计算机送来的有效载荷数据、图像数据等，完成数据管理、打包等处理，并将数据下传。

所述通用计算机由第一计算机A和第二计算机B组成双冗余，它包括CPU及其外围电路，负责运行系统软件，对卫星遥测数据进行采集、管理、交换、组帧和存储，并通过CAN传输至USB或扩频测控模块，根据地面遥控注入信息或星上自主运行管理程序，对星上各功能模块或有效载荷进行开关机控制、工作模式切换、运行参数设置、应急处置等管理，监视卫星运行状态，实现整星安全管理功能。第一计算机A和第二计算机B可以采用不同的CPU及其外围电路，以加强其设计可靠性，采用工业级的ARM核CPU和Microchip的MCU，都是RISC构架的微控制器，具有性能高、功耗低、体积小、外设资源丰富等特点，这些特点也正是微小卫星所需要的，因此具有非常好的应用前景。

电源控制模块接收USB或扩频测控模块控制指令，对第一计算机A和第二计算机B进行开关机控制，通过CAN总线接收通用计算机控制指令，控制各单机设备、加热器和火工品等的开关机。

USB或扩频测控模块接收上行遥控指令及注入数据，完成指令的解密，对外部指令译码，协同地面测控站，完成对卫星的测距、测速，从而完成对卫星的跟踪定位，并通过CAN总线传输给通用计算机。通过CAN接收通用计算机的遥测数字信息，完成整星工程遥测数据管理、打包等处理，并将遥测数据下传。USB或扩频测控模块采用软件无线电实现硬件平台统一化，有效减少了卫星系统的体积和重量，简化了卫星接口。

GNC模块集成了姿轨控计算机、阀门驱动电路、磁力矩器驱动电路、GPS接收机、MEMS测量组合。姿轨控计算机采用ARM内核的32位处理器，进行冗余设计，作为整个GNC分系统的测量、控制和运核心；推进系统阀门驱动实现对2路自锁阀和14路推力器电磁阀的驱动控制；磁力矩器驱动提供三根微型磁力矩器的驱动电流。

驱动控制模块实现变结构太阳翼六自由度位置控制、网爪抓捕与释放和柔性太阳翼豆荚杆展开，即通过控制和驱动步进电机、减速步进电机实现微型变结构太阳翼、网爪和柔性太阳翼的功能。

通过USB或扩频测控模块103，接收地面上行遥控指令及注入数据，完成指令的解密，对外部指令译码，协同地面测控站，完成对卫星的测距、测速，从而完成对卫星的跟踪定位，并通过CAN总线传输给通用计算机101，由通用计算机101向电源控制模块102、GNC模块104、驱动控制模块105传输命令；通用计算机101对遥测数据进行采集、管理、交换、组帧和存储，并通过CAN传输至USB或扩频测控模块，完成整星工程遥测数据管理、打包等处理，并将遥测数据下传；数传模块106接收通用计算机101送来的有效载荷数据、图像数据等，完成数据管理、打包等处理，并将数据下传。

所述的一种微小卫星先进电子集成技术，采用先进的微电子和集成化的通信技术，选择工业级的COTS器件，合理进行降额设计和系统容错设计，既简化了研制流程，缩短了研制时间，又极大的减少了研制成本。为50kg以下的微小卫星建立了通用的电子系统平台，达到了如下有益效果：

（1）一种微小卫星先进电子集成技术打破了传统卫星分工界限，实现了微小卫星综合电子的高度集成，构建了微小卫星模块化和标准化平台；

（2）一种微小卫星先进电子集成技术满足了未来50kg以下微小卫星的成本低、体积小、重量轻、研制周期短的要求；

（3）一种微小卫星先进电子集成技术由于采用先进的微电子和集成化的通信技术，使微小卫星电子系统具有明显的先进性。

本发明提供的微小卫星先进电子集成系统突破传统卫星分工界限，采用先进的微电子和集成化的通信技术，由现在的各个功能模块替代了各系统的电子设备，减少了接口和相互之间连接线，简化了整星结构，可以满足50kg级微小卫星电子系统平台的成本低、体积小、重量轻、研制周期短的需求。本发明以通用计算机为核心，采用基于CAN的主从式网络系统，由通用计算机实施微小卫星的整星管理。本发明采用标准化、模块化和通用化设计理念，整个系统由电源控制给各个电子模块和有效载荷集中供配电，可以根据卫星的功能进行增减；通用计算机和GNC模块采用CAN总线和RS422两种接口，适应性强；USB或扩频测控模块，兼容地面测控站USB和扩频；驱动控制，适合于各种太阳帆板和机构的驱动；数传模块适合于x波段的地面站。一种微小卫星先进电子集成技术为50kg级微小卫星建立了通用的电子系统平台，具有体积小、轻型化、体积成本低、研制周期短和高性能的特点，对后续50kg以下级微小卫星有广泛的应用前景。

本发明突破传统卫星分工界限，以减少接口和相互之间连接线为目标，采用标准化平台、模块化部件和通用接口新设计概念，具有体积小、轻型化、成本低、研制周期短和高性能的特点，该技术已应用于50kg级微小卫星，对未来50kg级以下微小卫星有着广泛的应用前景。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种微小卫星先进电子集成系统，其特征在于，其包括以下元件：

通用计算机，进行微小卫星统一管理和处理；

电源控制模块，接收遥控或程控命令，实施微小卫星的一次电源的分配和控制；

USB或扩频测控模块，实施微小卫星的遥控遥测功能；

GNC模块，进行GNC系统的姿态轨道测量和控制；

驱动控制模块，完成微型变结构太阳翼、网爪和柔性太阳性展开的驱动控制；

数传模块，接收通用计算机送来的有效载荷数据、图像数据，完成数据管理、打包处理，并将数据下传。

2.如权利要求1所述的微小卫星先进电子集成系统，其特征在于，所述通用计算机由第一计算机和第二计算机组成双冗余，通用计算机包括CPU及其外围电路，负责运行系统软件，对卫星遥测数据进行采集、管理、交换、组帧和存储，并通过CAN传输至USB或扩频测控模块，根据地面遥控注入信息或星上自主运行管理程序，对星上各功能模块或有效载荷进行开关机控制、工作模式切换、运行参数设置、应急处置管理，监视卫星运行状态，实现整星安全管理功能。

3.如权利要求2所述的微小卫星先进电子集成系统，其特征在于，所述电源控制模块接收USB或扩频测控模块控制指令，对第一计算机和第二计算机进行开关机控制，通过CAN总线接收通用计算机控制指令，控制各单机设备、加热器和火工品的开关机。

4.如权利要求3所述的微小卫星先进电子集成系统，其特征在于，所述USB或扩频测控模块接收上行遥控指令及注入数据，完成指令的解密，对外部指令译码，协同地面测控站，完成对卫星的测距、测速，从而完成对卫星的跟踪定位，并通过CAN总线传输给通用计算机。

5.如权利要求4所述的微小卫星先进电子集成系统，其特征在于，所述GNC模块集成了姿轨控计算机、阀门驱动电路、磁力矩器驱动电路、GPS接收机、MEMS测量组合。

6.如权利要求5所述的微小卫星先进电子集成系统，其特征在于，所述驱动控制模块实现变结构太阳翼六自由度位置控制、网爪抓捕与释放和柔性太阳翼豆荚杆展开。

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