CN106772462A - 实时可控可调式卫星遥测信号源 - Google Patents

实时可控可调式卫星遥测信号源 Download PDF

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朱振华
范颖婷
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Abstract

本发明公开了一种实时可控可调式卫星遥测信号源，其包括：卫星模拟量遥测信号收发控制板，用于实现该设备与卫星单机之间的硬件连接；卫星模拟量遥测信号源模块，用于实现采样地址的接收与模拟电压量的控制功能；用于完成采样地址与RAM区控制信号间的映射，并输出D/A控制信号与通道输出控制信号；卫星模拟量遥测信号源上位机，用于实现模拟电压量实时调节、控制功能；卫星模拟量遥测信号收发控制板主要是硬件电路设计，包括：多通道422接收电路、电平转换电路、FPGA处理电路、D/A转换电路、模拟电压多通道选择电路、运放输出电路等。本发明提供各遥测采样地址模拟电压配置界面，并具有模拟电压修改、FPGA参数配置、配置数据回读等功能。

Description

实时可控可调式卫星遥测信号源
技术领域
本发明涉及一种卫星遥测信号源，特别是涉及一种实时可控可调式卫星遥测信号源。
背景技术
在星上单机研制阶段，模拟量遥测采集属于数管计算机的基本功能，其地面功能测试包括两部分：测试采样地址正确性、测试采集精度。卫星遥测信号源具有采样地址编辑功能，接收数管计算机发送的采样地址并相应输出模拟电压，可用于检查数管计算机输出遥测采样地址的正确性。卫星遥测信号源输出模拟电压精度优于1mV，并具有电压可调节的功能，可用于测试数管计算机模拟量遥测采集精度。
在卫星电测试阶段，模拟遥测电压故障模拟是验证数管计算机程控功能的必要手段，包括：加热器控制、电源程控等。模拟量遥测信号源提供的电压可调功能为实现卫星故障模拟提供了手段，可以验证数管计算机软件健壮性及程控准确性。
在测控对接试验中，卫星遥测信号源提供的模拟电压可用于测试星地接口匹配性，为验证地面测控系统遥测解析的正确性提供了便利条件。
卫星遥测信号源主要是用于提供高精度模拟电压，并具有接收采样地址并按地址输出模拟电压的功能。卫星遥测信号源与普通地面信号源的区别为：卫星遥测信号源提供的是高精度电压值，而地面信号源提供的是具有特定频率周期或特定规律的模拟与数字信号；卫星遥测信号源由数管计算机输入的采样地址进行程控，而地面信号源由TCP/IP网络输入的特定命令进行程控。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种实时可控可调式卫星遥测信号源，其提供各遥测采样地址模拟电压配置界面，并具有模拟电压修改、FPGA参数配置、配置数据回读等功能。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种实时可控可调式卫星遥测信号源，其包括：
卫星模拟量遥测信号收发控制板，用于实现该设备与卫星单机之间的硬件连接；
卫星模拟量遥测信号源模块，用于实现采样地址的接收与模拟电压量的控制功能；用于完成采样地址与RAM区控制信号间的映射，并输出D/A控制信号与通道输出控制信号；
卫星模拟量遥测信号源上位机，用于实现模拟电压量实时调节、控制功能；
卫星模拟量遥测信号收发控制板主要是硬件电路设计，包括：多通道422接收电路、电平转换电路、FPGA处理电路、D/A转换电路、模拟电压多通道选择电路、运放输出电路。
优选地，所述卫星模拟量遥测信号源模块包括：
同步信号接收模块，用于接收“三线制”传输的遥测采样地址，完成数据串并转换和数据缓存，并提取用于多路开关、遥测通道的有效控制信号；
多路输入选择模块，用于接收同步信号接收模块产生的采样地址控制信号，通过优先级选择一路输出至下一模块；
地址与控制映射模块，用于完成采样地址与软件配置信号之间的映射；同时实时接收上位机配置数据，对各通道遥测模拟电压、输出通道进行实时修改；
D/A控制模块，按照AD5660芯片时序要求，D/A控制模块产生相应的门控、时钟、串行数据；
CPCI通信模块，接收上位机发送的遥测信号源配置信息，修改RAM区配置参数；
遥测电压D/A转换电路，采用了16位D/A芯片AD5660，该芯片输入信号为三线制串行数据，其输入时钟速率为5MHz；
电源变换模块，用于转换电源；
SPI-FLASH(串行外围设备接口闪存)芯片，用于存储信息；
通道选择开关电路，分别选用了ADG732、ADG708两款芯片，用于选择星上单机遥测和卫星遥测信号源遥测；
遥测信号源输出电路，经运放电路将D/A转换后的遥测电压射随输出。
优选地，所述同步信号接收模块中采样地址接口电平转换电路，用于422接口电平转换。
优选地，所述采样地址接口电平转换电路共六路，将422电平转换为TTL电平后输出至FPGA芯片。
优选地，所述卫星模拟量遥测信号源模块实时修改任意一路遥测电压数值，其电压设置精度为1mV；模拟量遥测信号源软件按照电压递增方式、电压递减方式或固定电压方式同时对所有采样地址遥测进行修改，其电压修改精度为1mV。
优选地，所述同步信号接收模块接收时钟速率、接收信号时序关系任意调换。
优选地，所述多路输入选择模块对接收的采样地址信号进行优先级选择，具有多路数据冲突规避的功能。
优选地，所述地址与控制映射模块，RAM大小调配灵活，具有同时读写的功能。
优选地，所述CPCI通信模块，实时将采样地址配置信息写入到RAM区，配置信息包括D/A控制、64路多路开关控制、信源选择、通道选择。
优选地，所述遥测电压D/A转换电路实现0～5V范围内精度为1mV的遥测信号输出。
本发明的积极进步效果在于：本发明完成数据串并转换和数据缓存，并提取用于多路开关、遥测通道的有效控制信号。多路输入选择模块接收上一模块产生的采样地址控制信号，通过优先级选择一路输出至下一模块。实时接收上位机配置数据，对各通道遥测模拟电压、输出通道进行实时修改。CPCI通信模块接收上位机发送的遥测信号源配置信息，修改RAM区配置参数。
附图说明
图1为本发明实时可控可调式卫星遥测信号源的原理框图。
图2为本发明中卫星遥测信号源与星上单机连接关系图。
图3为本发明中遥测采样地址输入接口电路图。
图4为本发明中遥测采样地址输入接口时序图。
图5为本发明中卫星遥测电压输出接口电路图。
图6为本发明中FPGA输出至AD5660串行数据格式要求图。
图7为本发明中模拟量遥测信号源FPGA软件逻辑框图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1、图2所示，本发明公开了一种实时可控可调式卫星遥测信号源，其包括卫星模拟量遥测信号收发控制板、卫星模拟量遥测信号源模块、卫星模拟量遥测信号源上位机，其中：
卫星模拟量遥测信号收发控制板，用于实现该设备与卫星单机之间的硬件连接；
卫星模拟量遥测信号源软件，用于实现采样地址的接收与模拟电压量的控制功能；用于完成采样地址与RAM(随机存取存储器)区控制信号间的映射，并输出D/A(数/模)控制信号与通道输出控制信号；
卫星模拟量遥测信号源上位机软件，用于实现模拟电压量实时调节、控制功能；
卫星模拟量遥测信号收发控制板主要是硬件电路设计，包括：多通道422(差分传输电平)接收电路、电平转换电路、FPGA(现场可编程门阵列)(嵌入式可编程门阵列)处理电路、D/A(数/模)转换电路、模拟电压多通道选择电路、运放输出电路；
同步信号接收模块101，用于接收“三线制”传输的遥测采样地址，完成数据串并转换和数据缓存，并提取用于多路开关、遥测通道的有效控制信号；
多路输入选择模块102，用于接收同步信号接收模块101产生的采样地址控制信号，通过优先级选择一路输出至下一模块；
地址与控制映射模块103，用于完成采样地址与软件配置信号之间的映射；同时实时接收上位机配置数据，对各通道遥测模拟电压、输出通道进行实时修改；
D/A(数/模)控制模块104，按照AD5660芯片时序要求，D/A(数/模)控制模块产生相应的门控、时钟、串行数据；
CPCI(紧凑型外围器件互连)总线通信模块105，接收上位机发送的遥测信号源配置信息，修改RAM(随机存取存储器)区配置参数；
遥测电压D/A(数/模)转换电路，采用了16位D/A(数/模)芯片AD5660，该芯片输入信号为三线制串行数据，其输入时钟速率为5MHz；
电源变换模块，用于转换电源；
SPI-FLASH(串行外围设备接口闪存)芯片，用于存储信息；
通道选择开关电路106，分别选用了ADG732、ADG708两款芯片，用于选择星上单机遥测和卫星遥测信号源遥测；
遥测信号源输出电路107，经运放电路将D/A(数/模)转换后的遥测电压射随输出。
所述同步信号接收模块101中采样地址接口电平转换电路，用于422(差分传输电平)接口电平转换。
所述采样地址接口电平转换电路共六路，将422(差分传输电平)转换为TTL(晶体管间逻辑电平)后输出至FPGA(现场可编程门阵列)芯片。
所述卫星模拟量遥测信号源软件实时修改任意一路遥测电压数值，其电压设置精度为1mV；模拟量遥测信号源软件按照电压递增方式、电压递减方式或固定电压方式同时对所有采样地址遥测进行修改，其电压修改精度为1mV。
所述同步信号接收模块101接收时钟速率、接收信号时序关系任意调换。
所述多路输入选择模块102对接收的采样地址信号进行优先级选择，具有多路数据冲突规避的功能。
所述地址与控制映射模块103，RAM(随机存取存储器)大小调配灵活，具有同时读写的功能。
所述CPCI(紧凑型外围器件互连)总线通信模块105，实时将采样地址配置信息写入到RAM(随机存取存储器)区，配置信息包括D/A(数/模)控制、64路多路开关控制、信源选择、通道选择。
所述遥测电压D/A(数/模)转换电路实现0～5V范围内精度为1mV的遥测信号输出。
多通道422(差分传输电平)接收电路用于完成遥测采样地址的接收，其上拉接口电路与数管计算机输出接口电路相匹配，输入的信号包括：门控、时钟、数据。422(差分传输电平)接收电路接收六路采样地址，采用多片422(差分传输电平)接收芯片实现。电平转换电路用于将422(差分传输电平)接收芯片输出电压转换为TTL(晶体管间逻辑电平)，满足FPGA(现场可编程门阵列)芯片I/O(输入/输出口)输入电压要求。FPGA(现场可编程门阵列)处理电路是卫星模拟量遥测信号源的核心部件，主要完成多通道采样地址选择、采样地址与配置信息的映射、控制信号的输出，实现输入采样地址输出D/A(数/模)控制信号与通道控制信号的功能。D/A(数/模)转换电路用于实现高精度模拟电压输出，由FPGA(现场可编程门阵列)处理电路输入控制信号。模拟电压多通道选择电路用于实现模拟电压输出通道控制，与星上单机实际通道相对应。运放输出电路与数管计算机输入接口相匹配，并具有阻抗隔离作用。
卫星模拟量遥测信号收发控制板接收数管计算机发送的遥测采样地址信号，并按照采样地址配置表控制输出模拟量电压。遥测采样地址传输接口采样422(差分传输电平)电路形式，并在接收端设计有上拉电路，其接口形式如图3所示；422(差分传输电平)接收电路共设计有六组，每组包括门控、时钟、数据共三个接收电路。遥测采样地址传输接口采样同步时序，其时序关系如图4所示；采样地址数据长度为16bit，时钟周期为10us，门控宽度160us；门控低电平有效，时钟下降沿对应数据跳变，时钟上升沿取数；在采样地址时序改变后，通过修改FPGA(现场可编程门阵列)程序适应不同的时序关系。模拟量遥测电压输出接口采用运放射随电路，共设计有六个通道，其通道选择信号由FPGA(现场可编程门阵列)程序控制，其接口电路如图5所示。卫星模拟量遥测信号收发控制板具有选通星上单机遥测电压输出的功能，共设计有64路模拟量选通开关。
卫星模拟量遥测信号源软件主要实现六路遥测采样地址输入、控制64路模拟量选通开关、控制选择六路运放输出、通过D/A(数/模)产生模拟量遥测电压。卫星模拟量遥测信号源软件通过CPCI(紧凑型外围器件互连)总线接口接收上位机配置数据，实时修改模拟量遥测输出电压值。根据功能和性能要求，卫星模拟量遥测信号源软件进行模块化设计，主要包括：同步信号接收模块、多路输入选择模块、地址与控制映射模块、D/A(数/模)控制模块、CPCI(紧凑型外围器件互连)总线通信模块。其中，CPCI(紧凑型外围器件互连)总线通信模块接收上位机发送的遥测信号源配置信息，修改RAM(随机存取存储器)区配置参数。
同步信号接收模块接收“三线制”传输的遥测采样地址，完成数据串并转换和数据缓存，并提取用于多路开关、遥测通道的有效控制信号。同步信号接收模块使用10MHz作为全局时钟，读取门控下降沿和输入时钟下降沿；输入门控下降沿时将寄存器置0，输入门控为低电平且输入时钟下降沿时将输入数据移位寄存，输入门控上升沿时将有效10bit数据输出，并产生数据有效信号Rxdy。有效信号Rxdy宽度等于全局时钟周期，即0.1us正脉冲。
如图7所示。多路输入选择模块接收同步信号接收模块产生的6路采样地址控制信号，通过优先级选择1路输出至下一模块。多路输入选择模块以全局时钟读取同步信号接收模块输出信号Rxdy1、Rxdy2、Rxdy3、Rxdy4、Rxdy5、Rxdy6，当其中某一路有效时，将该路有效数据输出；当多路有效时，按照优先级选择其中一路有效数据输出。读取某一路有效，SRdy置“1”，SPd输出该路有效数据；无效时，SRdy置“0”。为避免两路冲突的发生，设计有优先级判断语句。
卫星模拟量遥测信号源软件配置信号包括：D/A(数/模)控制、64路多路开关控制、信源选择、通道选择。地址与控制映射模块按照采样地址输出相应的配置信息；同时实时接收上位机配置数据，对各通道遥测模拟电压、输出通道进行实时修改。地址与控制映射模块采用ISE(集成软件环境)自带IPCORE(逻辑块)：DACRAM(双端口存储块)，A端口接收采样地址，读取相应地址对应的配置信号。B端口用于CPCI(紧凑型外围器件互连)总线通信，通过软件将采样地址对应的控制信息配置到FPGA(现场可编程门阵列)。
卫星遥测信号源采用了16位D/A(数/模)芯片AD5660，该芯片输入信号为三线制串行数据。按照AD5660芯片时序要求，D/A(数/模)控制模块产生相应的门控、时钟、串行数据。D/A(数/模)控制模块接收到地址与控制映射模块输出的DA控制信号，对应模块输入DATA。D/A(数/模)控制模块接收到多路输入选择模块输出的SRdy，对应模块输入EN。按照AD5660芯片手册的时序要求输出门控、时钟和24bit串行数据。AD5660芯片输入的24bit串行数据定义：b23～b18设置为全0，b17～b16模式设置为全0，b15～b0对应16位串行DA控制信号，AD5660串行数据格式要求如图6所示。在卫星模拟量遥测信号源软件设计中，全局时钟2分频后得到AD5660芯片输入时钟，即5MHz。AD5660芯片输入门控脉宽为24个输入时钟宽度，输入时钟下降沿取数上升沿对应数据跳变沿。
卫星模拟量遥测信号源上位机具有采样地址与模拟遥测电压的可视界面，按照采样地址顺序进行列表。遥测采样地址对应的模拟遥测电压按照单通道勾选、全选方式进行修改。各遥测采样地址按照递增、递减、固定值设置模拟遥测电压，其对应的电压精度为1mV，步进精度为1mV。点击“设置”转化为各遥测采样地址对应的D/A控制量，点击“配置遥测板”将该配置项输入到卫星模拟量遥测信号源模块。卫星模拟量遥测信号源上位机具有配置数据回读功能，比对配置信息与回读信息。
以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实时可控可调式卫星遥测信号源，其特征在于，其包括：
卫星模拟量遥测信号收发控制板，用于实现该设备与卫星单机之间的硬件连接；
卫星模拟量遥测信号源模块，用于实现采样地址的接收与模拟电压量的控制功能；用于完成采样地址与RAM区控制信号间的映射，并输出D/A控制信号与通道输出控制信号；
卫星模拟量遥测信号源上位机，用于实现模拟电压量实时调节、控制功能；
卫星模拟量遥测信号收发控制板主要是硬件电路设计，包括：多通道422接收电路、电平转换电路、FPGA处理电路、D/A转换电路、模拟电压多通道选择电路、运放输出电路。
2.如权利要求1所述的实时可控可调式卫星遥测信号源，其特征在于，所述卫星模拟量遥测信号源模块包括：
同步信号接收模块，用于接收“三线制”传输的遥测采样地址，完成数据串并转换和数据缓存，并提取用于多路开关、遥测通道的有效控制信号；
多路输入选择模块，用于接收同步信号接收模块产生的采样地址控制信号，通过优先级选择一路输出至下一模块；
地址与控制映射模块，用于完成采样地址与软件配置信号之间的映射；同时实时接收上位机配置数据，对各通道遥测模拟电压、输出通道进行实时修改；
D/A控制模块，按照AD5660芯片时序要求，D/A控制模块产生相应的门控、时钟、串行数据；
CPCI通信模块，接收上位机发送的遥测信号源配置信息，修改RAM区配置参数；
遥测电压D/A转换电路，采用了16位D/A芯片AD5660，该芯片输入信号为三线制串行数据，其输入时钟速率为5MHz；
电源变换模块，用于转换电源；
SPI-FLASH芯片，用于存储信息；
通道选择开关电路，分别选用了ADG732、ADG708两款芯片，用于选择星上单机遥测和卫星遥测信号源遥测；
遥测信号源输出电路，经运放电路将D/A转换后的遥测电压射随输出。
3.如权利要求2所述的实时可控可调式卫星遥测信号源，其特征在于，所述同步信号接收模块接收时钟速率、接收信号时序关系任意调换。
4.如权利要求2所述的实时可控可调式卫星遥测信号源，其特征在于，所述多路输入选择模块对接收的采样地址信号进行优先级选择，具有多路数据冲突规避的功能。
5.如权利要求2所述的实时可控可调式卫星遥测信号源，其特征在于，所述地址与控制映射模块，RAM大小调配灵活，具有同时读写的功能。
6.如权利要求2所述的实时可控可调式卫星遥测信号源，其特征在于，所述CPCI通信模块，实时将采样地址配置信息写入到RAM区，配置信息包括D/A控制、64路多路开关控制、信源选择、通道选择。
7.如权利要求2所述的实时可控可调式卫星遥测信号源，其特征在于，所述遥测电压D/A转换电路实现0～5V范围内精度为1mV的遥测信号输出。
8.如权利要求2所述的实时可控可调式卫星遥测信号源，其特征在于，所述同步信号接收模块中采样地址接口电平转换电路，用于422接口电平转换。
9.如权利要求8所述的实时可控可调式卫星遥测信号源，其特征在于，所述采样地址接口电平转换电路共六路，将422电平转换为TTL电平后输出至FPGA芯片。
10.如权利要求1所述的实时可控可调式卫星遥测信号源，其特征在于，所述卫星模拟量遥测信号源模块实时修改任意一路遥测电压数值，其电压设置精度为1mV；模拟量遥测信号源软件按照电压递增方式、电压递减方式或固定电压方式同时对所有采样地址遥测进行修改，其电压修改精度为1mV。
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