CN105099504A - 一种基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统，包括：星载数据子系统、有效载荷子系统、卫星数据总线；星载数据子系统连接到卫星数据总线上；所述有效载荷子系统包括有效载荷管理器与有效载荷，其中的有效载荷管理器也与卫星数据总线连接；有效载荷管理器与有效载荷通过无线网络进行数据传输；所述有效载荷管理器在星载数据子系统的命令下，控制和管理卫星上进行科学实验和空间探测的所述有效载荷，负责所述有效载荷的数据采集、处理、存储、综合传输和数据管理；有效载荷管理器与有效载荷之间通过无线网络所实现的通信能够采用的通信模式包括：WBC-to-WRT模式、广播模式、WRT-to-WBC模式以及WRT-to-WRT模式。

Description

一种基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统

技术领域

本发明涉及数据通信领域，特别涉及一种基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统。

背景技术

航天器内通过星载数据总线将分布式的航天器各分系统和有效载荷的数据统一集成管理，MIL-STD-1553B总线以其高可靠性、实时性的优异性能广泛应用于航天器上。但1553B总线的传输速率仅为1Mbps，不适用于高速率的大数据量数据。目前航天器内高速数据传输常采用三线制的LVDS线缆实现。LVDS是利用非常低的电压摆幅(约350mV)在两条PCB走线或一对平衡电缆上通过差分进行数据的传输，即低压差分信号传输。三线制的LVDS信号为数据信号、时钟信号和控制信号三大类，无论传输数据还是传输时钟，都采用差分信号对的形式进行传输。因此一路LVDS就包括6根线缆，而LVDS是点对点的单工通信，所以要实现两个节点的双向通信就需要12根平衡电缆。随着航天器探测任务的增多和探测功能的扩展，图像和视频的高速传输需求急剧增加，航天器内的高速数据传输的线缆问题是一个亟待解决的问题。这些信号线缆在航天器内部错综复杂、交织成网，是每个航天器的“噩梦”，不仅增加了发射重量体积和成本，而且给地面调试和装配等增加了大量的工作。

日臻成熟的地面无线网络技术为星载数据网络提供了技术储备。WiFi和UWB技术是两种常用的地面无线局域网技术。WiFi技术目前发展的较成熟，已经广泛应用于家庭和商业领域中，但其相对于UWB功耗较高、抗多径差，易对星上的其它无线设备产生干扰。此外WiFi主要是面向互联网和用户，硬件实现和协议复杂，不适易应用于星载数据网络。而IR-UWB具有带宽宽，脉冲窄，抗多径能力强，对其他设备的干扰小的优点，且系统实现简单。但是目前没有可以应用于航天的基于UWB的通信协议和协议芯片，限制了UWB技术在航天器内高速通信上的发展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中尚缺乏可靠的星载数据网络系统的缺陷，从而提供一种星载高速数据网络系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统，包括：星载数据子系统1、有效载荷子系统2、卫星数据总线3；所述星载数据子系统1连接到卫星数据总线3上；所述有效载荷子系统2包括有效载荷管理器21与有效载荷22，其中的有效载荷管理器21也与卫星数据总线3连接；

所述有效载荷管理器21与有效载荷22通过无线网络23进行数据传输；所述有效载荷管理器21在所述星载数据子系统1的命令下，控制和管理卫星上进行科学实验和空间探测的所述有效载荷22，负责所述有效载荷22的数据采集、处理、存储、综合传输和数据管理；

所述有效载荷管理器21与有效载荷22之间通过无线网络23所实现的通信能够采用的通信模式包括：WBC-to-WRT模式、广播模式、WRT-to-WBC模式以及WRT-to-WRT模式；

在WBC-to-WRT模式中，有效载荷管理器21向有效载荷22发出包括一命令字和一定数目的数据字的消息，对应WRT号的无线终端设备2接收到该消息后，在要求的响应时间内回复一仅包含状态字的消息，有效载荷管理器21接收到有效载荷22回复的仅包含状态字的消息后，判断本次通信是否成功，若失败，有效载荷管理器21能选择重新发送本条消息；

在广播模式中，有效载荷管理器21向各个有效载荷22发送包括一命令字和一定数目的数据字的消息，各个有效载荷22接收到消息后，不做响应；

在WRT-to-WBC模式下，有效载荷管理器21向有效载荷22发送包含一命令字的消息，该命令字要求对应的有效载荷22发送数据给有效载荷管理器21，有效载荷22据此向有效载荷管理器21发送包含一状态字和若干个数据字的消息，有效载荷管理器21接收到有效载荷22回复的消息后，判断本次通信是否成功，若失败，有效载荷管理器21能够选择重新发送本条消息；

在WRT-to-WRT模式下，有效载荷管理器21向一有效载荷22发出接收的命令字，再向另一有效载荷22发出发送的命令字，对应接收地址的有效载荷22接收到接收命令字后做好接收数据的准备，对应发送地址的有效载荷22接收到发送命令字后，发出包含有自身状态字和数据的消息，接收有效载荷22从该消息接收完数据后，发出包含有接收有效载荷22的状态字的消息；

其中，所述数据字用于保存所要传输的数据；所述命令字至少包括：终端设备号、接收/发送位、子地址位、消息长度位，其中的子地址位与接收/发送位相结合，用于将子地址进一步分为发送子地址和接收子地址，并将有效载荷22中的数据存储空间进一步分为发送数据区与接收数据区；所述状态字包括WRT地址位、消息错误位、测试位、服务请求位、广播命令接收位、忙位、分系统特征位、动态总线控制位、终端特征位和保留位。

上述技术方案中，所述有效载荷管理器21与所述有效载荷22之间还通过有效载荷数据总线24连接。

上述技术方案中，所述星载数据子系统1包括星载计算机11、遥测遥控应答机12、发射机13、电源分系统14、姿轨控分系统15、热控分系统16、结构分系统17；其中，所述星载计算机11用于负责整个卫星系统的控制和管理；所述遥测遥控应答机12用于向地面发送遥测参数和接收地面发送上来的遥控指令；所述发射机13用于向地面发送包括卫星的有效载荷数据在内的数据；所述电源分系统14用于为整个卫星提供电能；所述姿轨控分系统15用于控制卫星的包括轨道、姿态、速度在内的参数；所述热控分系统16用于控制卫星内、外的热交换过程，采用各种热控措施使星上的仪器设备工作在规定的温度范围内；所述结构分系统17用于安排卫星合理布局、提供各种承力结构、控制某些结构的动作。

上述技术方案中，所述有效载荷管理器21在由星载数据子系统1、有效载荷子系统2、卫星数据总线3所组成的网络中作为终端设备，其功能包括：接收卫星的时间同步码，并维护有效载荷子系统2的时间同步码；接收所述星载计算机11发送的指令和数据，分析和处理接收到的指令和数据，按照事先约定将要转发给有效载荷22的指令和数据填入到有效载荷管理器21作为网络控制器或者无线网络控制器时的发送缓冲区；向星载计算机11发送执行结果、工程参数。

上述技术方案中，所述有效载荷管理器21在与有效载荷22共同组成的局部有线网络中作为网络控制器，其功能包括：定期地将所述星载计算机11发送的时间同步码广播给有效载荷数据总线24上所连接的有效载荷22；将接收到的卫星的指令和数据分发给有效载荷数据总线24上所连接的有效载荷22；收集所述有效载荷22的数据、执行结果和工程参数；管理控制有效载荷数据总线24上的其他数据传输；

所述有效载荷管理器21在与有效载荷22共同组成的局部无线网络中作为无线网络控制器，其功能包括：采集所述有效载荷22的大数据块；无线总线的维护；管理控制有线总线上的数据传输。

上述技术方案中，所述有效载荷管理器21有一个或多个，其个数由卫星中包括有效载荷的数量以及卫星的结构在内的因素决定。

上述技术方案中，所述有效载荷管理器21的硬件实现包括：计算机最小系统、卫星总线接口电路、有效载荷总线接口电路、高速无线网络接口及其他的外围电路。

上述技术方案中，所述的载荷管理器21通过FPGA实现卫星总线协议、有效载荷总线协议和高速无线网络协议，这些协议IP核在FPGA内部由内部总线连接在一起，采用标准总线接口与计算机相连；所述FPGA内还包括地址译码、总线缓冲在内的粘合逻辑。

上述技术方案中，该系统中的模块在硬件实现时所采用的元器件为抗辐照的元器件；在传输数据时采用自动重传机制，传输中的每个字都经过ECC编码，在接收端进行ECC校验验收。

本发明的优点在于：

(1)本发明的基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统在不改变传统的星载数据系统架构的基础上，取代现有的点对点的LVDS线缆通信；

(2)本发明灵活性强，摆脱LVDS线缆束缚，使用方便、组网灵活；

(3)本发明降低卫星的质量体积和功耗，同时减少卫星布局布线难度；

(4)本发明扩展性强，对于多舱体的结构，可以扩展多个高速无线网络；具有易于扩展和升级的特点。

附图说明

图1是本发明的基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统的结构示意图；

图2是本发明的基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统中载荷控制器的功能示意图；

图3是本发明的基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统中载荷控制器的一个应用案例的示意图；

图4是本发明的基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统中载荷控制器的一个应用案例中FPGA的设计示意图；

图5(a)是数据字的数据结构示意图；

图5(b)是命令字的数据结构示意图；

图5(c)是状态字的数据结构示意图；

图6是本发明的基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统中有效载荷管理器的功能示意图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

在一个卫星中，通常包括有一个或多个有效载荷，这些有效载荷用于完成诸如数据采集等多种操作。有效载荷所采集的数据需要在有效载荷之间，或有效载荷与卫星的控制系统之间进行传输，本发明的基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统正是要解决如何实现数据高速传输的问题。

参考图1，本发明的基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统包括：星载数据子系统1、有效载荷子系统2、卫星数据总线3；其中，所述星载数据子系统1包括多个模块，如：星载计算机11、遥测遥控应答机12、发射机13、电源分系统14、姿轨控分系统15、热控分系统16、结构分系统17，这些模块各自连接到卫星数据总线3上；所述有效载荷子系统2也与卫星数据总线3连接。

所述星载计算机11用于负责整个卫星系统的控制和管理；遥测遥控应答机12用于向地面发送遥测参数和接收地面发送上来的遥控指令等数据；发射机13用于向地面发送卫星的有效载荷数据等大数据；电源分系统14用于为整个卫星提供电能；姿轨控分系统15用于控制卫星的轨道、姿态、速度等参数；热控分系统16用于控制卫星内、外的热交换过程，采用各种热控措施使星上的仪器设备工作在规定的温度范围内；结构分系统17用于安排卫星合理布局、提供各种承力结构、控制某些结构的动作等。

所述卫星数据总线3用于实现连接在该总线上的设备之间的数据传输，该总线可使用1553B、CAN、SpaceWire、1394总线之一实现。

有效载荷子系统2可进一步包括：有效载荷管理器21以及有效载荷22；其中，所述有效载荷管理器21在星载计算机11的命令下，控制和管理卫星上进行科学实验和空间探测的有效载荷22，负责所述有效载荷22的数据采集、处理、存储、综合传输和数据管理。所述有效载荷子系统2有一个或多个，其个数由卫星中有效载荷的数量以及卫星的结构等因素决定。例如，当卫星有多个载荷舱时，就会有多个有效载荷子系统。

所述有效载荷管理器21与有效载荷22通过无线网络23进行数据传输。经过无线网络连接后，所述有效载荷管理器21与有效载荷22成为一高速无线数据网络中的节点。该高速无线数据网络可采用星型拓扑型和集中控制型的时分制命令响应型的访问机制。在高速无线数据网络中，节点按照功能可分为无线网络控制器(WBC)、无线网络终端设备(WRT)、无线监视器；其中的无线网络控制器负责无线网络的调度和管理，它是无线网络通信的发起者和组织者，无线网络终端设备则只能被动地接收或发送数据。在该高速无线数据网络中，有效载荷管理器21将作为无线网络控制器，具有无线网络控制的相关功能，而有效载荷22将作为无线网络终端设备，具有无线网络终端设备的相关功能。

作为一种可选的实现方式，在又一实施例中，所述有效载荷管理器21还可与有效载荷子系统2中的某些有效载荷22之间通过有效载荷数据总线24连接。所述有效载荷数据总线24可使用1553B、CAN、SpaceWire、1394总线、RS485总线之一实现。所述有效载荷管理器21与有效载荷22通过有效载荷数据总线24连接所形成的局部有线网络中，有效载荷管理器21作为总线控制器(BC)，实现有效载荷数据总线24数据通信的控制，而有效载荷22将作为有线网络终端设备(RT)被动地接受或发送数据。

综上所述，在本发明中，有效载荷管理器21可以扮演多种角色，在由星载数据子系统1、有效载荷子系统2、卫星数据总线3所组成的网络中其为终端设备(RT)，在星载计算机11的控制下进行数据通信；而在前述高速无线数据网络或局部有线网络中，有效载荷管理器21作为控制器则是星载计算机11和有效载荷22的桥梁，它能实现高速无线数据网络或局部有线网络数据通信的控制，能够减轻星载计算机11的负担，提高整个系统的可靠性。

如图6所示，有效载荷管理器21作为终端设备，其要完成的功能包括：接收卫星的时间同步码，并维护有效载荷子系统的时间同步码；接收星载计算机11发送的指令和数据，分析和处理接收到的指令和数据，按照事先约定将要转发给有效载荷22的指令和数据填入到有效载荷管理器21作为网络控制器或者无线网络控制器时的发送缓冲区；向星载计算机11发送执行结果、工程参数等。有效载荷管理器21作为网络控制器，其要完成的功能包括：定期将星载计算机11发送的时间同步码，广播给有效载荷总线上的有效载荷22；将接收到的卫星的指令和数据分发给有效载荷总线上的有效载荷22；收集有效载荷22的数据、执行结果和工程参数；管理控制有效载荷总线上的其他数据传输。有效载荷管理器21作为无线网络控制器，其要完成的功能包括：采集有效载荷22的大数据块，如图像、视频等；无线总线的维护；代替有线载荷管理器管理控制总线上的数据传输。

有效载荷管理器21作为无线网络控制器与作为无线网络终端设备的有效载荷22进行网络通信时，采用了一个基于1553B协议的新的无线通信协议，该协议在本发明中也被称为HS1553B协议。

在该HS1553B协议中，作为无线网络控制器(WBC)的有效载荷管理器21与作为无线网络终端设备(WRT)的有效载荷22之间的通信采用的通信模式包括：WBC-to-WRT模式、广播模式、WRT-to-WBC模式以及WRT-to-WRT模式；

在WBC-to-WRT模式中，无线网络控制器向无线网络终端设备发出包括一命令字和一定数目的数据字的消息，对应WRT号的无线网络终端设备接收到该消息后，在要求的响应时间内回复一仅包含状态字的消息，无线网络控制器接收到无线网络终端设备回复的仅包含状态字的消息后，判断本次通信是否成功，若失败，无线网络控制器能选择重新发送本条消息；

在广播模式中，无线网络控制器向各个无线网络终端设备发送包括一命令字和一定数目的数据字的消息，各个无线网络终端设备接收到消息后，不做响应；

在WRT-to-WBC模式下，无线网络控制器向无线网络终端设备发送包含一命令字的消息，该命令字要求对应的无线网络终端设备发送数据给无线网络控制器，无线网络终端设备据此向无线网络控制器发送包含一状态字和若干个数据字的消息，无线网络控制器接收到无线网络终端设备回复的消息后，判断本次通信是否成功，若失败，无线网络控制器能够选择重新发送本条消息；

在WRT-to-WRT模式下，无线网络控制器向一无线网络终端设备发出接收的命令字，再向另一无线网络终端设备发出发送的命令字，对应接收地址的无线网络终端设备接收到接收命令字后做好接收数据的准备，对应发送地址的无线网络终端设备接收到发送命令字后，发出包含有自身状态字和数据的消息，接收无线网络终端设备从该消息接收完数据后，发出包含有接收无线网络终端设备的状态字的消息。

在上述通信过程中，涉及到数据字、命令字和状态字等数据结构。所述数据字用于保存所要传输的数据；在图5(a)中给出了数据字的示意图，其前3位为同步头(即图中的三个矩形波形)，在所述同步头之后的7位用于存储有效信息的ECC校验位(即图中标示的32-38位)，在ECC校验位之后的32位用于存储数据(即图中标示的0-31位)，最后一位为填充位。所述命令字用于传输通信过程中的命令。在图5(b)中给出了命令字的示意图，如图所示，命令字除了数据字中提到的同步头、ECC校验位外，还包括：终端设备号(即图中的WRT地址)、接收/发送位(即图中的R/T位)、子地址位、消息长度位，其中接收/发送位为1位，终端设备号、子地址位、消息长度位的位数可以根据应用需求定义。所述的子地址位与R/T位结合起来，将子地址进一步分为发送子地址和接收子地址，再和WRT节点的数据存储空间结合起来，可以将WRT节点的数据存储空间分为多个发送数据区和接收数据区，通信前无线网络控制器和无线网络终端设备提前约定好子地址号对应的功能，通信时无线网络终端设备根据接收到的命令字中的R/T位和子地址位即可获知本条消息中数据对应的数据区。所述状态字用于传输通信过程中的状态信息。图5(c)为状态字的数据结构示意图，如图所示，状态字包括WRT地址位、消息错误位、测试位、服务请求位、广播命令接收位、忙位、分系统特征位、动态总线控制位、终端特征位和保留位。WRT地址位表示参与本次通讯的终端设备号。消息错误位表示参与本次通讯的终端设备收到一个非法的命令字。测试位一般为0，与系统协议有关，一般不使用。服务请求位表示参与本次通信的终端设备有数据传输服务请求。广播命令接收位表示参与本次通信的终端设备收到的上一条命令是广播命令。忙位表示参与本次通信的终端设备不能接收或发送数据，与系统协议有关，一般不使用。分系统特征位表示参与本次通信的终端设备所在的分系统出现故障，与系统协议有关，一般不使用。动态总线控制位表示参与本次通信的终端设备接受动态总线控制方式命令，用于动态激活某个终端设备的总线控制器WBC功能，与系统协议有关，一般不使用。终端特征位表示参与本次通信的终端设备出现故障，与系统协议有关，一般不使用。保留位用于后续功能的扩展。

作为无线网络控制器的有效载荷管理器21与作为无线网络终端设备的有效载荷22的通信过程中，无线网络终端设备采用非法指令表、子地址控制字查找表和消息描述栈实现对所述无线网络控制器所发出的命令的响应。所述非法指令表包括接收子地址非法指令表和发送子地址非法指令表，用来设置相应子地址接收数据字的个数，能被设置为全收、全不收或具体的数目；所述子地址控制字查找表包括接收子地址控制字查找表和发送子地址控制字查找表，用来设置所述无线网络终端设备中的数据存储区的包括起始地址、中断使能在内的信息；所述消息描述栈用来记录无线网络终端设备响应的消息及其相关信息。

具体的说，所述无线网络终端设备对所述无线网络控制器所发出的命令予以响应包括：无线网络终端设备接收到无线网络控制器发出的包含命令字的消息后，首先验证消息中的WRT地址是否与本无线网络终端设备的地址匹配，如果不匹配，返回到IDLE状态，重新等待命令字；如果匹配，然后根据命令字中的子地址值读取非法指令表，并与命令字中的数据个数位进行匹配，以实现对命令字的验证；如果命令字经验证后无效，返回到IDLE状态，重新等待命令字，若该命令字有效，根据命令字中的R/T位和子地址值，读取子地址控制字查找表，获得本次操作的地址和相关控制信息，从而知道当前消息的命令字属于接收命令或发送命令或方式命令，进而根据消息的不同类型进行相应的消息处理；在消息处理结束后，将该消息的相关信息写入消息描述栈。

下面以既能与有效载荷22通过高速无线数据网络连接，又能与有效载荷22通过总线方式连接的有效载荷管理器21为例，对有效载荷管理器21的硬件实现加以描述。

有效载荷管理器21包括：计算机最小系统、卫星总线接口电路、有效载荷总线接口电路、高速无线网络接口及其他的外围电路。其中，计算机最小系统包括图2中所示的程序存储器、数据存储器、CPU、数据地址总线、PCI/ISA总线等。所述卫星总线接口电路包括图2中所示的1553B协议芯片、1553B收发器、1553B变压器等，在其他实施例中，也可以是其他类型的总线接口电路，如CAN、SpaceWire、1394总线、RS485总线等。所述有效载荷总线接口电路包括图2中所示的1553B协议芯片、1553B收发器、1553B变压器等，在其他实施例中，也可以是其他类型的总线接口电路，如CAN、SpaceWire、1394总线、RS485总线等。所述有效载荷总线接口电路包括图2中所示的UWB收发器以及HS1553B协议芯片。所述外围电路包括晶振电路、译码电路、JTAG电路、电源等。在另一个实施例中，若有效载荷管理器21不提供与有效载荷22通过总线连接的功能，则其在实现时可不包含有效载荷总线接口电路。

有效载荷管理器21在实现时所需要的1553B协议芯片可以采用DDC的BU61580系列、国产的龙芯LS1F、内嵌1553B协议IP核的FPGA等。

图3为有效载荷管理器21在一个应用实例中的示意图，其中的计算机最小系统中的CPU采用国产的龙芯LS1E实现，程序存储器采用NORFlash和EEPROM实现，数据存储器采用SDRAM实现。由于航天采用的EEPROM为多片叠装的贴片的EEPROM，烧写不方便，故采用直插的便于烧写的NORFlash作为CPU启动代码的程序存储器，待CPU启动后，通过软件完成对EEPROM的烧写和维护。在图3所示的实例中，将2个1553B协议IP核和1个HS1553B协议IP核放在一个FPGA实现，同时CPU地址译码的逻辑电路可以放到FPGA中，省去了译码器和总线驱动器等元器件，可以大大降低节点电路的质量、面积和功耗。该FPGA采用通用技术PCI总线连接到龙芯LS1E上，PCI总线支持DMA(DirectMemoryAccess，直接内存存取)操作是解决CPU高速访存外设的重要技术之一。

图4为图3所示实例中，用于实现1553B协议IP核和HS1553B协议IP核的FPGA的设计示意图。如图所示，该FPGA包括2个1553B协议IP核、1个HS1553B协议IP核、AXI总线、PCI核、PCI/AXI转接桥和其他的一些逻辑，如地址译码、总线缓冲等逻辑。FPGA在PCI总线上作为从设备，上电后CPU进行PCI总线配置，给FPGA分配地址。FPGA中的PCI/AXI转接桥用来实现CPU与各协议IP核之间的数据交换。

本发明的系统应对航天环境的特殊性在从硬件和软件设计中采取了有效的可靠性设计。硬件设计中元器件采用抗辐照的元器件，包括CPU、ROM、SDRAM、FPGA、总线协议芯片、总线收发器、变压器等，对CPU的存储外设采用ECC校验，可以纠一检二应对单粒子翻转。软件设计中无线网络协议采用自动重传机制，传输中的每个字都经过ECC编码，在接收端进行ECC校验验收，可以纠一位检二位错误，用于消除无线信道中出现的随机错误。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统，其特征在于，包括：星载数据子系统(1)、有效载荷子系统(2)、卫星数据总线(3)；所述星载数据子系统(1)连接到卫星数据总线(3)上；所述有效载荷子系统(2)包括有效载荷管理器(21)与有效载荷(22)，其中的有效载荷管理器(21)也与卫星数据总线(3)连接；

所述有效载荷管理器(21)与有效载荷(22)通过无线网络(23)进行数据传输；所述有效载荷管理器(21)在所述星载数据子系统(1)的命令下，控制和管理卫星上进行科学实验和空间探测的所述有效载荷(22)，负责所述有效载荷(22)的数据采集、处理、存储、综合传输和数据管理；

所述有效载荷管理器(21)与有效载荷(22)之间通过无线网络(23)所实现的通信能够采用的通信模式包括：WBC-to-WRT模式、广播模式、WRT-to-WBC模式以及WRT-to-WRT模式；

在WBC-to-WRT模式中，有效载荷管理器(21)向有效载荷(22)发出包括一命令字和一定数目的数据字的消息，对应WRT号的无线终端设备(2)接收到该消息后，在要求的响应时间内回复一仅包含状态字的消息，有效载荷管理器(21)接收到有效载荷(22)回复的仅包含状态字的消息后，判断本次通信是否成功，若失败，有效载荷管理器(21)能选择重新发送本条消息；

在广播模式中，有效载荷管理器(21)向各个有效载荷(22)发送包括一命令字和一定数目的数据字的消息，各个有效载荷(22)接收到消息后，不做响应；

在WRT-to-WBC模式下，有效载荷管理器(21)向有效载荷(22)发送包含一命令字的消息，该命令字要求对应的有效载荷(22)发送数据给有效载荷管理器(21)，有效载荷(22)据此向有效载荷管理器(21)发送包含一状态字和若干个数据字的消息，有效载荷管理器(21)接收到有效载荷(22)回复的消息后，判断本次通信是否成功，若失败，有效载荷管理器(21)能够选择重新发送本条消息；

在WRT-to-WRT模式下，有效载荷管理器(21)向一有效载荷(22)发出接收的命令字，再向另一有效载荷(22)发出发送的命令字，对应接收地址的有效载荷(22)接收到接收命令字后做好接收数据的准备，对应发送地址的有效载荷(22)接收到发送命令字后，发出包含有自身状态字和数据的消息，接收有效载荷(22)从该消息接收完数据后，发出包含有接收有效载荷(22)的状态字的消息；

其中，所述数据字用于保存所要传输的数据；所述命令字至少包括：终端设备号、接收/发送位、子地址位、消息长度位，其中的子地址位与接收/发送位相结合，用于将子地址进一步分为发送子地址和接收子地址，并将有效载荷(22)中的数据存储空间进一步分为发送数据区与接收数据区；所述状态字包括WRT地址位、消息错误位、测试位、服务请求位、广播命令接收位、忙位、分系统特征位、动态总线控制位、终端特征位和保留位。

2.根据权利要求1所述的基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统，其特征在于，所述有效载荷管理器(21)与所述有效载荷(22)之间还通过有效载荷数据总线(24)连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统，其特征在于，所述星载数据子系统(1)包括星载计算机(11)、遥测遥控应答机(12)、发射机(13)、电源分系统(14)、姿轨控分系统(15)、热控分系统(16)、结构分系统(17)；其中，所述星载计算机(11)用于负责整个卫星系统的控制和管理；所述遥测遥控应答机(12)用于向地面发送遥测参数和接收地面发送上来的遥控指令；所述发射机(13)用于向地面发送包括卫星的有效载荷数据在内的数据；所述电源分系统(14)用于为整个卫星提供电能；所述姿轨控分系统(15)用于控制卫星的包括轨道、姿态、速度在内的参数；所述热控分系统(16)用于控制卫星内、外的热交换过程，采用热控措施使星上的仪器设备工作在规定的温度范围内；所述结构分系统(17)用于安排卫星合理布局、提供各种承力结构、控制某些结构的动作。

4.根据权利要求3所述的基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统，其特征在于，所述有效载荷管理器(21)在由星载数据子系统(1)、有效载荷子系统(2)、卫星数据总线(3)所组成的网络中作为终端设备，其功能包括：接收卫星的时间同步码，并维护有效载荷子系统(2)的时间同步码；接收所述星载计算机(11)发送的指令和数据，分析和处理接收到的指令和数据，按照事先约定将要转发给有效载荷(22)的指令和数据填入到有效载荷管理器(21)作为网络控制器或者无线网络控制器时的发送缓冲区；向星载计算机(11)发送执行结果、工程参数。

5.根据权利要求3所述的基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统，其特征在于，所述有效载荷管理器(21)在与有效载荷(22)共同组成的局部有线网络中作为网络控制器，其功能包括：定期地将所述星载计算机(11)发送的时间同步码广播给有效载荷数据总线(24)上所连接的有效载荷(22)；将接收到的卫星的指令和数据分发给有效载荷数据总线(24)上所连接的有效载荷(22)；收集所述有效载荷(22)的数据、执行结果和工程参数；管理控制有效载荷数据总线(24)上的其他数据传输；

所述有效载荷管理器(21)在与有效载荷(22)共同组成的局部无线网络中作为无线网络控制器，其功能包括：采集所述有效载荷(22)的大数据块；无线总线的维护；管理控制有线总线上的数据传输。

6.根据权利要求1或2所述的基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统，其特征在于，所述有效载荷管理器(21)有一个或多个，其个数由卫星中包括有效载荷的数量以及卫星的结构在内的因素决定。

7.根据权利要求1或2所述的基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统，其特征在于，所述有效载荷管理器(21)的硬件实现包括：计算机最小系统、卫星总线接口电路、有效载荷总线接口电路、高速无线网络接口及其他的外围电路。

8.根据权利要求7所述的基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统，其特征在于，所述的载荷管理器(21)通过FPGA实现卫星总线协议、有效载荷总线协议和高速无线网络协议，这些协议IP核在FPGA内部由内部总线连接在一起，采用标准总线接口与计算机相连；所述FPGA内还包括地址译码、总线缓冲在内的粘合逻辑。

9.根据权利要求1或2所述的基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统，其特征在于，该系统中的模块在硬件实现时所采用的元器件为抗辐照的元器件；在传输数据时采用自动重传机制，传输中的每个字都经过ECC编码，在接收端进行ECC校验验收。