CN105049109B - 空间操控微纳星群电子系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间操控微纳星群电子系统，包括：主星综合电子分系统，用于接收地面遥控命令，并根据地面遥控命令对微纳星群中的卫星进行管理，实现微纳星群之间、微纳星群与地面之间的信息处理与交互；子星电子分系统，用于根据接收自主星综合电子分系统的主星命令，根据子星不同的空间演示和验证任务完成空间的操作，并向主星综合电子分系统传输遥测信息和数据信息。本发明的微纳星群电子系统设计观念新颖，采用工业级货架式器件，系统成本低、研制周期短和性价比高，推进了微纳卫星的技术进步。

Description

空间操控微纳星群电子系统

技术领域

本发明涉及一种微纳星群电子系统，特别是涉及一种微卫星与纳卫星群的电子系统。

背景技术

现代微纳卫星国内外已成功发射数百颗，使许多系统设计新理念、新技术、新应用能够快速在空间轨道得到验证和应用，这也是近十多年来空间技术水平迅速提高的重要原因。目前我国积极研制微小卫星，微小卫星群空间演示与空间操控技术验证还处在起步阶段，开展微小卫星群空间操控技术验证十分紧迫。

目前航天领域没有发现与本发明类似相关技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，为解决微纳星群在空间演示与操控技术验证过程中进行多星编队、安全接近(撤离)、悬停、机动伴飞、空间释放、立体视觉成像、多星协同数据传输、抓捕的制导等需求，本发明公开了一种空间操控微纳星群电子系统，其电子系统选择工业级货架式器件，以微型卫星综合电子系统为核心进行集中式管理，协调六星空间飞行通信联系、数据共享管理、地面通信管理和多星编队管理。系统设计观念新颖，体积成本低、研制周期短和性价比高。

根据本发明提供的一种空间操控微纳星群电子系统，包括如下装置：

主星综合电子分系统，用于接收地面遥控命令，并根据地面遥控命令对微纳星群中的卫星进行管理，包括微纳星群中卫星的空间飞行管理、数据共享管理及多星编队管理；还用于采集微纳星群中子星的遥测信息和数据信息，并向地面下传微纳星群中卫星的遥测信息和数据信息；还用于实现微纳星群之间、微纳星群与地面之间的信息处理与交互；

所述主星综合电子分系统为微纳星群中主星的电子系统；

子星电子分系统，用于根据接收自主星综合电子分系统的主星命令，根据子星不同的空间演示和验证任务完成空间的操作，并向主星综合电子分系统传输遥测信息和数据信息。

优选地，所述主星综合电子分系统包括星间通信模块；所述星间通信模块采用无线保真度、紫蜂和UHF这三种模式同时组网，所述星间通信模块包括如下装置：

无线保真度模块，用于支持组网通信，负责子星在近距离时的遥控信息、遥测信息和图像数据的传输；

紫蜂模块，用于支持组网通信，负责子星在中距离时的遥控信息、遥测信息的传输；

UHF模块，用于支持点对点通信，负责子星在远距离时的遥控信息、遥测信息的传输。

优选地，所述子星电子分系统，包括：第1子星电子分系统、第2子星电子分系统、第3子星电子分系统、第4子星电子分系统、第5子星电子分系统；

所述第1子星电子分系统为第1子星的电子系统，配备有太阳能电池，并用于接收主星命令并进行处理，进行多任务数据交换技术和微推进技术的空间演示和验证，并向主星传输遥测信息和数据信息；

所述第1子星电子分系统包括第1供电控制和数据处理模块、第1星间通信模块，其中：

-第1供电控制和数据处理模块，用于完成第1子星的供电控制功能，对第1子星的数据进行采集、压缩处理；

-第1星间通信模块，用于实现无线保真度和UHF同时组网，并实现网络层、传输层和应用层功能，包括组网控制、数据与指令解析、网络模式转换；

所述第2子星电子分系统为第2子星的电子系统，配备有太阳能电池，并用于接收主星命令并进行处理，进行立体视觉成像和抓捕技术的空间演示和验证，并向主星传输遥测信息和数据信息；

所述第2子星电子分系统包括第2供电控制和数据处理模块、第2星间通信模块，其中：

-第2供电控制和数据处理模块，用于完成第2子星的供电控制功能，对第2子星的数据进行采集、压缩处理；

-第2星间通信模块，用于实现紫蜂和UHF同时组网，并实现网络层、传输层和应用层功能，包括组网控制、数据与指令解析、网络模式转换、电源控制；

所述第3子星电子分系统为第3子星的电子系统，用于接收主星命令并进行处理，进行充气太阳帆板展开机构的在轨验证，并向主星传输遥测信息和数据信息；第3子星为充气式卫星；

所述第3子星电子分系统自带电池，并包括监视相机、无线保真度通信模块，其中：-监视相机，用于在验证过程中拍摄图像；

-无线保真度通信模块，用于通过无线保真度模式把图像数据传输给主星；

第4子星电子分系统为第4子星的电子系统，用于接收主星命令并进行处理，对智能手机(例如三星Galaxy Note2手机)为基础的商业电子产品应用于空间环境进行技术验证，并向主星传输遥测信息和数据信息；

所述第4子星电子分系统包括紫蜂通信模块，紫蜂通信模块用于在验证过程中向主星传输遥测信息和数据信息；

第5子星电子分系统为第5子星的电子系统，第5子星为单片卫星成像系统，即自带电池，由单片集成电路实现子星的电子学功能，用于接收主星命令并进行定焦微型相机的在轨验证，并通过无线保真度模式向主星传输遥测信息和数据信息；

优选地，子星为纳卫星或皮卫星，主星为微型卫星。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明以信息技术、材料技术、小型化技术、一体化技术为基础，采用先进的微机械、微电子和新型材料等技术为空间演示与操控技术验证提供空间操控电子系统，目的是为了进行一系列的技术试验验证，以便由演示试验向规模化业务应用拓展。

2、本发明先进的微机械、微电子和新型材料为基础，选择工业级货架式器件，采用微型化、模块化、高度集成化模块，测控模块和数传模块采用全数字软件无线电平台，合理进行降额设计和系统容错设计，技术先进，缩短了研制时间，减少了研制成本。

3、本发明以主星综合电子分系统为核心，以无线保真度(WiFi)、紫蜂(ZigBee)和UHF三种通信模式搭建网络系统的硬件拓扑结构，建立以主星为管理终端的空间无线网络，采用USB或扩频体制与地面站通信。达到了如下有益效果：(1)一种空间操控微纳星群选择工业级货架式器件，采用先进的微电子和集成化的通信技术，达到微纳星群成本低、体积小、重量轻、研制周期短的要求；(2)一种空间操控微纳星群电子系统建立了适用于微纳星群的空间无线网络系统，实现组网微纳星群的接入管理和路由管理，完成数据信息的传输，具有通信可靠、组网灵活、功耗低等优势；(3)一种空间操控微纳星群电子系统综合了传统意义上多个电子学分系统，对系统级、模块级和芯片级进行了大胆的创新设计，在未来卫星群中有着广泛的应用前景。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为一种空间操控微纳星群电子系统的原理框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明公开了一种空间操控微纳星群电子系统，其包括以下装置：

微型卫星综合电子分系统，称为主星综合电子分系统，它是微纳星群的核心，接收地面遥控命令，对六颗卫星进行统一管理和处理，协调六星空间飞行管理、数据共享管理及多星编队管理，采集子星的遥测信息和数据信息，向地面下传六颗卫星遥测信息和数据信息；

纳型卫星电子分系统，称为子星电子分系统，共有五颗子星，每颗子星电子分系统接收主星命令根据子星不同的空间演示和验证任务完成空间的操作，并向主星传输遥测信息和数据信息，本发明的微纳星群电子系统设计观念新颖，采用工业级货架式器件，系统成本低、研制周期短和性价比高，推进了微纳卫星的技术进步。子星为纳卫星或皮卫星。

本发明的核心思想在于，提供一种空间操控微纳星群电子系统，微纳星群包括六颗卫星(可仅有六颗卫星构成)，一颗微型卫星为主星，搭载五颗纳型卫星，实现微纳卫星先进技术的航天应用验证。空间操控微纳星群电子系统在空间演示与操控技术验证过程中进行多星编队、安全接近(撤离)、悬停、机动伴飞、空间释放、立体视觉成像、多星协同数据传输、抓捕的制导等任务，空间操控电子系统以主星为核心，协调六星空间飞行管理、数据共享管理及多星编队管理。

如图1所示，本发明提供的一种空间操控微纳星群电子系统包括如下装置：

主星综合电子分系统101，用于接收地面遥控命令，并根据地面遥控命令对微纳星群中的卫星进行管理和处理，协调微纳星群中卫星的空间飞行管理、数据共享管理及多星编队管理，采集微纳星群中子星的遥测信息和数据信息，并向地面下传微纳星群中卫星的遥测信息和数据信息；

第1子星电子分系统102为5kg级纳星的电子系统，接收主星命令并进行处理，进行多任务数据交换技术和微推进技术等空间演示和验证，并向主星传输遥测信息和数据信息；

第2子星电子分系统103为5kg以下级子星的电子系统，接收主星命令并进行处理，进行立体视觉成像和抓捕等关键技术的空间演示和验证，并向主星传输遥测信息和数据信息；

第3子星电子分系统104为1kg以下级充气卫星的电子系统，接收主星命令并进行处理，进行充气太阳帆板展开机构的在轨验证，并向主星传输遥测信息和数据信息；

第4子星电子分系统105为0.5kg以下级的电子系统，接收主星命令并进行处理，对智能三星Galaxy Note2手机为基础的商业电子产品应用于空间环境进行技术验证，并向主星传输遥测信息和数据信息；

第5子星电子分系统106为0.3kg以下级的电子系统，接收主星命令并进行处理，进行定焦微型相机的在轨验证，并向主星传输遥测信息和数据信息。

所述主星综合电子分系统为50kg级微星的电子系统，主要由计算机模块、供电和控制模块、星间通信模块、USB或扩频测控模块、数传模块组成，计算机模块采用采用工业级32位ARM核的CPU，星间通信模块采用先进的无线保真度(WiFi)、紫蜂(ZigBee)和UHF三种模式同时组网，无线保真度(WiFi)模块支持组网通信，负责子星在近距离时的遥控信息、遥测信息和图像数据的传输；紫蜂(ZigBee)支持组网通信，负责子星在中距离时的遥控信息、遥测信息的传输；UHF支持点对点通信，模块负责子星在远距离时的遥控、遥测信息的传输，USB或扩频测控模块和数传模块采用全数字软件无线电平台。

所述第2子星电子分系统为5kg以下级子星的电子系统，接收主星命令进行立体视觉成像和抓捕等关键技术的空间演示和验证，子星自身配备太阳能电池，由供电控制和数据处理模块及星间通信模块组成，供电控制和数据处理模块完成子星的供电控制功能，对子星数据进行采集、压缩处理，星间通信模块可实现紫蜂(ZigBee)和UHF同时组网，实现网络层、传输层和应用层功能，包括组网控制、数据与指令解析、网络模式转换、电源控制等。

所述第3子星电子分系统为1kg以下级充气卫星的电子系统，接收主星命令进行充气太阳帆板展开机构验证，由监视相机和无线保真度(WiFi)通信模块组成，自带电池，在验证过程中监视相机拍摄图像，通过无线保真度(WiFi)通信模块把数据传输给主星。

所述第4子星电子分系统为0.5kg级的电子系统，接收主星命令并进行处理，对Galaxy Note2智能手机为基础的商业电子产品应用于空间环境进行技术验证，由计算机模块和紫蜂(ZigBee)通信模块组成，验证过程中通过紫蜂(ZigBee)通信模块向主星传输遥测信息和数据信息。

所述第5子星电子分系统为0.3kg以下级单片卫星成像系统，自带电池，具有无线保真度(WiFi)通信功能，接收主星命令并进行定焦微型相机的在轨验证，验证过程中通过无线保真度(WiFi)向主星传输遥测信息和数据信息。

所述所述主星综合电子分系统是微纳星群的控制中枢纽，实现微纳星群之间、微纳星群与地面之间的信息处理与交互。接收地面遥控命令对六颗卫星进行操作，对六颗卫星的飞行程序进行控制和管理及多星编队管理，通过星间通信模块进行数据共享管理，采集子星的遥测信息和数据信息，向地面下传六颗卫星遥测信息和数据信息。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (3)

1.一种空间操控微纳星群电子系统，其特征在于，包括如下装置：

主星综合电子分系统，用于接收地面遥控命令，并根据地面遥控命令对微纳星群中的卫星进行管理，包括微纳星群中卫星的空间飞行管理、数据共享管理及多星编队管理；还用于采集微纳星群中子星的遥测信息和数据信息，并向地面下传微纳星群中卫星的遥测信息和数据信息；还用于实现微纳星群之间、微纳星群与地面之间的信息处理与交互；

所述主星综合电子分系统为微纳星群中主星的电子系统；

子星电子分系统，用于根据接收自主星综合电子分系统的主星命令，根据子星不同的空间演示和验证任务完成空间的操作，并向主星综合电子分系统传输遥测信息和数据信息；

所述子星电子分系统，包括：第1子星电子分系统、第2子星电子分系统、第3子星电子分系统、第4子星电子分系统、第5子星电子分系统；

所述第1子星电子分系统为第1子星的电子系统，配备有太阳能电池，并用于接收主星命令并进行处理，进行多任务数据交换技术和微推进技术的空间演示和验证，并向主星传输遥测信息和数据信息；

所述第1子星电子分系统包括第1供电控制和数据处理模块、第1星间通信模块，其中：

-第1供电控制和数据处理模块，用于完成第1子星的供电控制功能，对第1子星的数据进行采集、压缩处理；

-第1星间通信模块，用于实现无线保真度和UHF同时组网，并实现网络层、传输层和应用层功能，包括组网控制、数据与指令解析、网络模式转换；

所述第2子星电子分系统为第2子星的电子系统，配备有太阳能电池，并用于接收主星命令并进行处理，进行立体视觉成像和抓捕技术的空间演示和验证，并向主星传输遥测信息和数据信息；所述第2子星电子分系统包括第2供电控制和数据处理模块、第2星间通信模块，其中：

-第2供电控制和数据处理模块，用于完成第2子星的供电控制功能，对第2子星的数据进行采集、压缩处理；

-第2星间通信模块，用于实现紫蜂和UHF同时组网，并实现网络层、传输层和应用层功能，包括组网控制、数据与指令解析、网络模式转换、电源控制；

所述第3子星电子分系统为第3子星的电子系统，用于接收主星命令并进行处理，进行充气太阳帆板展开机构的在轨验证，并向主星传输遥测信息和数据信息；第3子星为充气式卫星；

所述第3子星电子分系统自带电池，并包括监视相机、无线保真度通信模块，其中：

-监视相机，用于在验证过程中拍摄图像；

-无线保真度通信模块，用于通过无线保真度模式把图像数据传输给主星；

第4子星电子分系统为第4子星的电子系统，用于接收主星命令并进行处理，对智能手机为基础的商业电子产品应用于空间环境进行技术验证，并向主星传输遥测信息和数据信息；

所述第4子星电子分系统包括紫蜂通信模块，紫蜂通信模块用于在验证过程中向主星传输遥测信息和数据信息；

第5子星电子分系统为第5子星的电子系统，第5子星为单片卫星成像系统，即自带电池，由单片集成电路实现子星的电子学功能，用于接收主星命令并进行定焦微型相机的在轨验证，并通过无线保真度模式向主星传输遥测信息和数据信息。

2.根据权利要求1所述的空间操控微纳星群电子系统，其特征在于，所述主星综合电子分系统包括主星星间通信模块；所述主星星间通信模块采用无线保真度、紫蜂和UHF这三种模式同时组网，所述主星星间通信模块包括如下装置：

无线保真度模块，用于支持组网通信，负责子星在近距离时的遥控信息、遥测信息和图像数据的传输；

紫蜂模块，用于支持组网通信，负责子星在中距离时的遥控信息、遥测信息的传输；

UHF模块，用于支持点对点通信，负责子星在远距离时的遥控信息、遥测信息的传输。

3.根据权利要求1所述的空间操控微纳星群电子系统，其特征在于，子星为纳卫星或皮卫星，主星为微型卫星。