CN106936491A

CN106936491A - 星载无线信息系统

Info

Publication number: CN106936491A
Application number: CN201511017602.9A
Authority: CN
Inventors: 石军; 谭春林; 刘永健; 刘育强
Original assignee: Beijing Institute of Spacecraft System Engineering
Current assignee: Beijing Institute of Spacecraft System Engineering
Priority date: 2015-12-30
Filing date: 2015-12-30
Publication date: 2017-07-07

Abstract

本发明提供了一种星载无线信息系统，采用高低速无线网络混合的多层联网，对多源信息实时获取、处理、融合、传输以及对卫星各功能单元实施管理和控制，包括：星务计算机、分系统下位机、终端节点，其中，星务计算机通过高速无线网络与分系统下位机连接，分系统下位机通过低速无线网络与各个终端节点连接，星载无线信息系统采用高低速混合无线网络的体系结构。因此，通过本发明，实现了总线对整星的全覆盖，完成了整星无盲点的监测和控制，消除了通信网布线对卫星系统结构和构型布局的约束，提升了卫星的模块化程度和构型布局的灵活性，可以减少卫星整体重量的10％～15％，从而有效保证了模块化设计，适应在轨维护与服务等新型任务。

Description

星载无线信息系统

技术领域

本发明属于航天技术领域，涉及一种星载无线信息系统，其具备卫星平台和有效载荷各功能单元之间无线多层联网，多源信息实时获取、处理、融合、传输，以及对卫星各功能单元实施管理和控制功能。

背景技术

军事航天发展的一个重要转变是从基于平台、综合的、预先设计、长寿命系统转变为基于能力、分离模块、灵活组合、短周期系统，对航天器的快速研制、设计和部署提出了更高的要求。信息系统与航天器的功能和所有设备均密切相关，是提升航天器能力的关键切入点。军用航天器正在向快速部署、自主运行、跨任务领域、灵活组合、可在轨服务等方向转变，对星载信息系统提出了更高的要求。

目前卫星信息系统的信息流相对固定，不容易进行更改和扩展，限制了平台和载荷各单元的信息共享、融合以及在轨服务的实施。从军用航天器的需求来看，信息系统的发展趋势是面向应用和在轨服务，具备更强的适应性、灵活性和覆盖性，更强的信息融合能力和生存能力。新型航天器应用中任务多，信源分散、类型多样，数据的实时性、可靠性、传输速率等要求各不相同。为了确保卫星的长期在轨运行，必须对卫星内外环境参数进行独立的、综合的、长期可靠的监测，突破传统的星内外固定传感器的布局方式，满足卫星环境监测的全面性和灵活性。

目前，卫星信息系统中电子设备之间的信息流向以及连接关系错综复杂，采用有线的方式实现信息交互，设备之间的信息流相对固定，在设计完成后，不容易进行更改和扩展，同时数据网设计工作量大，容易出错。要求改变信息系统的设计方式，可以实时更改设备间信息流向，在系统设计完成后，对系统的试验验证过程中也可以对设计进行同步的优化处理，减少传统有线方式下需要更改数据网而带来的顾虑。支持卫星的快速设计研制和多星并行研制。

传统卫星的数据网对卫星系统结构和构型布局的约束使得卫星设计缺乏针对性、灵活性和可扩展性，严重约束构型布局，增加了在轨更换的难度。据统计连接星内各分系统的接口硬件和线缆的重量占了卫星整体重量的10％～15％。

因此，急需一种无线信息系统结构，能够把一个卫星按功能分解为有效载荷、动力、能源、通信等模块，这些模块采用无线连接，优化航天器的设计，消除数据网布线对构型布局的设计约束，使得模块的拆卸和安装都很方便，并且在轨安装和更换很容易实现。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，克服现有技术的不足，本发明提供了一种轻小型化、模块化的星载无线信息系统，可快速部署、可自组织、高容错性，具备卫星平台和有效载荷各功能单元之间无线多层联网并且多源信息实时获取、处理、融合、传输，以及对卫星各功能单元实施管理和控制功能。

本发明提供了一种星载无线信息系统，采用高低速无线网络混合的多层联网，对多源信息实时获取、处理、融合、传输以及对卫星各功能单元实施管理和控制，包括：星务计算机、分系统下位机、和终端节点，其中，星务计算机通过高速无线网络与分系统下位机连接，分系统下位机通过低速无线网络与各个终端节点连接，以及星载无线信息系统采用高速无线网络和低速无线网络构建的高低速混合无线网络的体系结构。

具体地，星载计算机用于完成对整星的所有管理并且管理至少包括：数据管理、姿轨控管理、星地上下行数据链路管理、温控管理、时间管理、和有效载荷管理。分系统下位机用于为各类传感器和执行机构提供输入/输出管理，从而执行遥测采集和开关指令的发送。终端节点用于完成对星上各分系统的智能数据采集处理和指令执行。

在本发明中，低速无线网络为基于ZIGBEE协议的低速无线网络，以及高速无线网络为基于WIFI协议的高速无线网络。

相应地，终端节点通过ZIGBEE协议与分系统下位机进行数据和指令的传输，分系统下位机执行协议转换和数据处理并通过WIFI协议将数据汇聚到星务计算机，以及星务计算机对分系统下位机和终端节点的无线接入和工作模式进行设定和控制。

额外地，终端节点用于：在切换前，同时与相邻的两个分系统下位机的无线接入点建立连接，任选一条连接来收发数据并可实现实时切换，其中，确保所收发的数据绕过瓶颈和局部故障节点，从而实现故障零延时处理。

因此，采用本发明的星载无线信息系统，与现有技术相比具有以下的有益效果：

1)以混合型无线总线为枢纽，实现星上平台和载荷各模块互联互通和信息共享，达到多源信息安全可靠、实时地获取、处理、融合、传输和分发；

2)无线网络易于部署，通过无线方式可以实现卫星的全总线设计，提升故障诊断的效率，提高故障恢复和重构的能力，从而实现总线对整星的全覆盖，完成整星无盲点的监测和控制；

3)采用高低速混合型无线网络的体系架构，既能够实现大量终端节点的监测控制和信息共享，又能够实现海量数据的管理和传输；以及

4)消除了通信网布线对卫星系统结构和构型布局的约束，提升了卫星的模块化程度和构型布局的灵活性，并且可以减少卫星整体重量的10％～15％，从而有效保证了模块化设计，适应在轨维护与服务等新型任务。

附图说明

图1为星载无线信息系统的体系结构图；

图2为星载无线信息系统的数据流图；

图3为星载无线信息系统的数据帧格式示意图；以及

图4为星载无线信息系统的终端接入方式图。

具体实施方式

应了解，本发明的星载无线信息系统具备卫星内部各功能单元之间无线多层联网，星内多源信息实时获取、处理、融合、传输，以及对卫星各功能单元实施管理和控制功能的。该系统包括星务计算机、分系统下位机、终端节点、高速无线网络、低速无线网络。

注意，本发明的无线信息系统采用高低速无线网络混合的体系结构，星务计算机通过高速无线网络和分系统下位机连接，分系统下位机通过低速无线网络和各个终端节点连接。工作时，星务计算机完成整星的所有管理功能，包括数据管理、姿轨控管理、星地上下行数据链路管理、温控管理、时间管理及有效载荷管理。分系统下位机为各类传感器、执行机构提供输入/输出管理，完成遥测数据处理、融合、传输和控制指令的发送功能。终端节点完成各分系统的智能数据采集处理和指令执行。本发明系统具有轻小型化、模块化，可快速部署、可自组织、高容错性，支持模块在轨接入和移除的特点。

本发明所涉及的无线网络是基于ZIGBEE协议的低速无线网络和基于WIFI协议的高速无线网络构建的高低速混合无线网络。终端节点通过ZIGBEE协议与分系统下位机传输数据和指令。分系统下位机完成协议转换和数据处理，通过WIFI协议将数据汇聚到星务计算机。星务计算机对分系统下位机和终端节点的无线接入和工作模式进行设定和控制。

终端节点在切换前同时与相邻的两个分系统下位机无线接入点建立连接，可任意选择其中一条连接收发数据，并可实时切换，发生故障时数据可以绕过瓶颈和局部故障节点，实现零延时处理。

下面结合附图1-4及具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，无线信息系统主要由星务计算机1、分系统下位机3、终端节点5、高速无线网络2、低速无线网络4构成。无线信息系统采用高低速无线网络混合的体系结构，星务计算机1通过高速无线网络2和分系统下位机3连接，分系统下位机3通过低速无线网络4和各个终端节点5连接。

如图2所示，工作时，星务计算机1完成整星的所有管理功能，包括数据管理、姿轨控管理、星地上下行数据链路管理、温控管理、时间管理及有效载荷管理。分系统下位机3为各类传感器、执行机构提供输入/输出管理，完成遥测采集和开关指令的发送功能。终端节点5完成各分系统的智能数据采集处理和指令执行。

如图3所示，所述的无线网络是基于ZIGBEE协议的低速无线网络4和基于WIFI协议的高速无线网络2构建的高低速混合无线网络。终端节点5通过ZIGBEE协议与分系统下位机3传输数据和指令。分系统下位机3完成协议转换和数据处理，通过WIFI协议将数据汇聚到星务计算机1。星务计算机1对分系统下位机3和终端节点5的无线接入和工作模式进行设定和控制。

由于分系统下位机3使用WIFI作为传输协议，而终端节点5使用ZIGBE作为传输协议，两者不仅速度有大小之分，协议内容也有较大的区别。那么为了实现高、低无线设备之间的数据通信，就需要进行高、低速通信的协议转换以及数据融合，这一功能由分系统下位机3来完成。终端节点5按照数据帧格式打包，通过其上的ZIGBEE模块打包为ZIGBEE数据，发送到分系统下位机3上。分系统下位机3对数据进行解析，由该模块打包为WIFI数据包，然后通过WIFI无线发送到星务计算机1，从而完成了低速协议向高速协议的转换。高速协议到低速协议的转换是对应的逆向过程。

当某分系统下位机3发生故障时，通过切换终端节点5的接入点实现网络自重构，其终端节点5需从一台分系统下位机3管理的网络接入到另一台分系统下位机3管理的网络。如图4所示，终端节点5在切换前同时与相邻的两个分系统下位机3无线接入点建立连接，可任意选择其中一条连接收发数据，实现实时切换，数据可以绕过瓶颈和局部故障节点，从而实现零延时切换。

综上所述，通过本发明，实时地获取、处理、融合、传输和分发，实现了总线对整星的全覆盖，完成了整星无盲点的监测和控制，既能够实现大量终端节点的监测控制和信息共享，又能够实现海量数据的管理和传输，并且消除了通信网布线对卫星系统结构和构型布局的约束，提升了卫星的模块化程度和构型布局的灵活性，可以减少卫星整体重量的10％～15％，从而有效保证了模块化设计，适应在轨维护与服务等新型任务。

本发明中未说明部分属于本领域的公知技术。

Claims

1.一种星载无线信息系统，采用高低速无线网络混合的多层联网，对多源信息实时获取、处理、融合、传输以及对卫星各功能单元实施管理和控制，其特征在于，包括：星务计算机、分系统下位机、和终端节点，

其中，

所述星务计算机通过高速无线网络与所述分系统下位机连接，

所述分系统下位机通过低速无线网络与各个终端节点连接，以及

所述星载无线信息系统采用所述高速无线网络和所述低速无线网络构建的高低速混合无线网络的体系结构。

2.根据权利要求1所述的星载无线信息系统，其特征在于，所述星载计算机用于完成对整星的所有管理并且所述管理至少包括：

数据管理、姿轨控管理、星地上下行数据链路管理、温控管理、时间管理、和有效载荷管理。

3.根据权利要求1所述的星载无线信息系统，其特征在于，所述分系统下位机用于为各类传感器和执行机构提供输入/输出管理，从而执行遥测采集和开关指令的发送。

4.根据权利要求1所述的星载无线信息系统，其特征在于，所述终端节点用于完成对星上各分系统的智能数据采集处理和指令执行。

5.根据权利要求1所述的星载无线信息系统，其特征在于，所述低速无线网络为基于ZIGBEE协议的低速无线网络，以及所述高速无线网络为基于WIFI协议的高速无线网络。

6.根据权利要求4所述的星载无线信息系统，其特征在于，

所述终端节点通过所述ZIGBEE协议与所述分系统下位机进行数据和指令的传输，

所述分系统下位机执行协议转换和数据处理并通过所述WIFI协议将数据汇聚到所述星务计算机，以及

所述星务计算机对所述分系统下位机和所述终端节点的无线接入和工作模式进行设定和控制。

7.根据权利要求1所述的星载无线信息系统，其特征在于，所述终端节点用于：

在切换前，同时与相邻的两个分系统下位机的无线接入点建立连接，任选一条连接来收发数据，以及实现实时切换，

其中，所收发的数据经确保绕过瓶颈和局部故障节点，从而实现故障零延时处理。