CN107807547B

CN107807547B - 卫星服务单元控制器

Info

Publication number: CN107807547B
Application number: CN201710868268.0A
Authority: CN
Inventors: 俞洁; 刘相振; 铁琳; 夏玉林; 张威; 李冰
Original assignee: Shanghai Institute of Satellite Engineering
Current assignee: Shanghai Institute of Satellite Engineering
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2017-09-22
Publication date: 2020-04-21
Anticipated expiration: 2037-09-22
Also published as: CN107807547A

Abstract

本发明公开了一种卫星服务单元控制器，其包括脉冲序列、模块地址、测控框信号、命令框信号、单元测控指令、指令输出电压控制、命令区选择跳线0、命令区选择跳线1、命令区选择跳线2、Y8‑Y23记忆/状态跳线、Y24‑Y31记忆/状态跳线、遥测数据输入、七十二位控制框等。本发明克服了卫星上传统方法采用电路板实现多种遥测数据采集和遥控指令生成的缺点，将其功能集成到一块芯片，解决了卫星遥测遥控指令生成、多类型遥测数据采集的通用化技术问题，功能密度高，相比同类卫星的整星电缆网重量，使用该控制器可使电缆网重量降低70％以上，因减轻整星重量，使得发射成本降低，该控制器已成功应用在国内某卫星型号，取得了良好的经济效益。

Description

卫星服务单元控制器

技术领域

本发明涉及一种控制器，特别是涉及一种卫星服务单元控制器。

背景技术

某型卫星对各单机按照南、北、底舱就近原则统一实施供配电、控制、测量，并且将同一个单机的配电、控制和测量在同一个模块上实施，传统卫星完成这些功能完全使用独立单机，带来单机的测量信号多、电缆连接复杂等问题，而且单机和电缆网重量较大，该型号卫星面临减重压力，必须提高单机的功能密度、优化信息流并减轻电缆网重量，采用传统方式无法解决，因此根据整星需求，发明了一种卫星服务单元控制器，作为卫星服务单元管理器的下位机使用，以高集成度设备取代传统的各类独立单机，国内外文献介绍，目前卫星遥测采集通常采用遥测采样器进行通道选通后再进行A/D转换，而遥测采样器基本由8选1模拟开关或16选1模拟开关组成级联选通，印制板上需排布大量的模拟开关芯片，占用印制板数量较多，功能密度较低，由于卫星热控、推进驱动、火工品控制等对遥控指令的需求有较大差异，通常采用独立功能单机，从而造成单机多，以及单机之间的信号连接多，整星重量增加，受国内运载火箭运载能力的限制，采用传统遥测遥控和供配电方案，已无法满足某型号研制需求，目前国内还没有集供配电、控制和测量于一体、能满足这一需求的高功能密度产品。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种卫星服务单元控制器，其能克服了卫星上传统方法采用电路板实现多种遥测数据采集和遥控指令生成的缺点，将其功能集成到一块芯片，解决了卫星遥测遥控指令生成、多类型遥测数据采集的通用化技术问题，功能密度高，相比同类卫星的整星电缆网重量，使用该控制器可使电缆网重量降低70％以上，因减轻整星重量，使得发射成本降低。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种卫星服务单元控制器，其特征在于，其包括：

脉冲提取模块，通过加法计数器和比较器在测控框信号和命令框的控制下对输入的脉冲序列进行处理，提取控制器所需的脉冲控制信号；

串并转换器，对单元测控指令进行串并转换，生成八位并行指令数据；

指令判断模块，对串并转换后的并行指令数据中的模块号数据与外部设置的模块地址进行比较，如果相等说明本条指令为本模块控制器的指令，并将判断结果输出给遥控指令生成模块和遥测数据采集模块；

遥测数据采集模块，根据单元测控指令中的遥测采集命令对模拟量、状态量、七十二位数组数据进行采集，通过跳线设置可对三十二位状态量进行采集并组成状态字；

遥控指令生成模块，用于本模块的遥控指令解码，根据单元测控指令中的遥控指令数据分别生成对应的长比例令、短比例令、长矩阵令、短矩阵指令、并行指令、七十二位数组指令。

优选地，所述遥测数据采集模块包括：遥测指令模式译码模块，对单元测控指令中的遥测数据模式字进行判断；状态量采集模块，用于状态字采集；模拟量采集模块，用于模拟电平量的采集；七十二位数组数据采集模块，根据单元测控指令中的遥测采集命令；选通电路，根据指令模式选择对应的遥测数据输出测量数据。

优选地，所述遥控指令生成模块包括：遥控指令模式译码模块，当指令判断模块确定该条指令是本模块的指令时，对单元测控指令中的遥控模式字进行译码；常规指令模块，用于脉冲指令或状态指令的译码；比例矩阵指令模块，由遥控模式字控制指令输出，短比例指令和短矩阵指令由K[7..0]输出，长比例指令和长矩阵指令由K[15..0]输出；并行指令模块，控制模式字为时由K[7..0]输出并行指令，指令发出间隔八个脉冲序列周期；七十二位数组指令模块，控制模式字为111时，由本模块译码后输出数组指令七十二位控制数据，同时输出七十二位控制框；指令扩展地址模块，因为服务单元控制器的指令输出为K[47..0]，如果需要应用指令K[63..48]，由指令扩展地址模块506输出扩展地址Ex_add[3..0]和扩展地址的使能信号Ex_add_EN，扩展地址Ex_add[3..0]经过外部的4-16路译码器对应输出TTL电平指令K[63..48]，Ex_add_EN为TTL电平的数字脉冲使能信号；指令融合模块，用于相同指令的合并输出；端口驱动电路，通过指令输出电压控制+12V/5V设置输出指令信号和扩展地址的电压输出。

本发明的积极进步效果在于：本发明克服了卫星上传统方法采用电路板实现多种遥测数据采集和遥控指令生成的缺点，将其功能集成到一块芯片，解决了卫星遥测遥控指令生成、多类型遥测数据采集的通用化技术问题，功能密度高，相比同类卫星的整星电缆网重量，使用该控制器可使电缆网重量降低70％以上，因减轻整星重量，使得发射成本降低。

附图说明

图1为本发明的接口框图。

图2为本发明的系统原理框图。

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至图2所示，本发明卫星服务单元控制器包括：

脉冲提取模块101，通过加法计数器和比较器在测控框信号CKK和命令框MLK的控制下对输入的脉冲序列CP进行处理，提取控制器所需的脉冲控制信号；该模块中由加法计数器对输入的脉冲序列CP进行计数，利用测控框信号CKK和命令框MLK信号对该计数器清零，计数器输出值连接数值比较器，提取信号处理所需的脉冲控制信号：CP4、CP7、CP10、CP11、CP13、CP14、CP15、CP20、CP22、CP23、CP30、CP77、CP78。

串并转换器102，对单元测控指令SUC_ZL进行串并转换，生成八位并行指令数据。

遥控指令判断模块103，对串并转换后的并行指令数据中的模块号数据与外部设置的模块地址add[3..0]进行比较，如果相等说明本条指令为本模块控制器的指令，并将判断结果输出给遥控指令生成模块和遥测数据采集模块。

遥测数据采集模块104，根据单元测控指令SUC_ZL中的遥测采集命令对模拟量、状态量、七十二位数组数据进行采集，通过跳线设置可对三十二位状态量进行采集并组成状态字。其中，遥测数据采集模块104包括：遥测指令模式译码模块401，对单元测控指令SUC_ZL中的遥测数据模式字进行判断，00为模拟量采集、01为状态字采集、10位脉冲记忆状态采集、11为七十二位数组数据采集；状态量采集模块402，用于状态字采集，该模块通过外部信号Y8-Y23记忆/状态跳线、Y24-Y31记忆/状态跳线的设置，当Y8-Y23记忆/状态跳线和Y24-Y31记忆/状态跳线设置为高电平时，可对Y[31..0]分成四组经编码组成八位的状态字返回到上位机，此时Y[31..0]输入为TTL电平，当Y8-Y23记忆/状态跳线和Y24-Y31记忆/状态跳线设置为低电平时，Y[31..8]可用作脉冲记忆状态采集并组成8为状态字返回，此时Y[31..8]为TTL电平的数字脉冲；模拟量采集模块403，用于模拟电平量的采集，支持输入0-5V；七十二位数组数据采集模块404，根据单元测控指令SUC_ZL中的遥测采集命令，当为数组采集时，Y[63]作为输入端，同时输出数组选择信号七十二位测量数据选择CL_72_C[1..0]；选通电路405，根据指令模式选择对应的遥测数据输出测量数据A/D。

遥控指令生成模块105，用于本模块的遥控指令解码，根据单元测控指令SUC_ZL中的遥控指令数据分别生成对应的单脉冲/电平令、长比例令、短比例令、长矩阵令、短矩阵指令、并行指令、七十二位数组指令、K[63..48]指令的扩展地址。遥控指令生成模块105包括：遥控指令模式译码模块501，当指令判断模块103确定该条指令是本模块的指令时，对单元测控指令SUC_ZL中的遥控模式字进行译码，001为脉冲指令/状态指令，010为短比例指令，011为长比例指令，110为并行指令，100为短矩阵指令，101为长矩阵指令，111为数组指令；常规指令模块502，用于脉冲指令或状态指令的译码，命令选择区跳线0、命令选择区跳线1、命令选择区跳线2分别控制K[15..8]、K[31..16]、K[47..32]，当跳线设置为低电平时输出为状态指令，当跳线设置为高电平时输出为脉冲指令；比例矩阵指令模块503，由遥控模式字控制指令输出，短比例指令和短矩阵指令由K[7..0]输出，此时K[7..0]为TTL电平的数字脉冲，长比例指令和长矩阵指令由K[15..0]输出，此时K[15..0]为TTL电平的数字脉冲；并行指令模块504，控制模式字为110时由K[7..0]输出并行指令，指令发出间隔八个CP周期；七十二位数组指令模块505，控制模式字为111时，由本模块译码后输出数组指令七十二位控制数据KZ_72_DATA，同时输出七十二位控制框KZ_72_EN；指令扩展地址模块506，因为服务单元控制器的指令输出为K[47..0]，如果需要应用指令K[63..48]，由指令扩展地址模块506输出扩展地址Ex_add[3..0]和扩展地址的使能信号Ex_add_EN，扩展地址Ex_add[3..0]经过外部的4-16路译码器对应输出TTL电平指令K[63..48]，Ex_add_EN为TTL电平的数字脉冲使能信号；指令融合模块507，用于相同指令的合并输出；端口驱动电路508，通过指令输出电压控制+12V/5V设置输出指令信号和扩展地址的电压输出，可选+12V或+5V。

本发明卫星服务单元控制器采用脉冲序列CP、模块地址add[3..0]、测控框信号CKK、命令框信号MLK、单元测控指令SUC_ZL、指令输出电压控制(+12伏/5伏)、命令区选择跳线0、第一命令区选择跳线、第二命令区选择跳线、Y8-Y23记忆/状态跳线、Y24-Y31记忆/状态跳线、遥测数据输入(Y[63..0])、七十二位控制框(KZ_72_EN)、七十二位控制数据(KZ_72_DATA)、七十二位测量数据选择(CL_72_C[1..0])、扩展地址Ex_add[3..0]、扩展地址Ex_add_EN、K[47..0]，脉冲提取模块通过加法计数器和比较器在测控框信号(CKK)和命令框信号(MLK)的控制下对输入的脉冲序列CP进行处理，提取控制器所需的脉冲控制信号；串并转换器对输入的单元测控指令SUC_ZL进行串并转换生成八位并行数据；指令判断模块用于并行指令数据中的模块地址码与外部设置的地址码进行比较判断，当相等时说明该指令是本模块的指令；遥测数据采集模块根据单元测控指令SUC_ZL中的遥测数据采集指令可对64路遥测数据、4组七十二位数组数据进行采集，通过跳线设置可对三十二位状态量进行采集并组成状态字；遥控指令生成模块根据单元测控指令SUC_ZL中的遥控指令数据分别生成对应的单脉冲指令、状态指令、长比例指令、短比例指令、长矩阵指令、短矩阵指令、并行指令、七十二位数组指令、K[63..48]指令的扩展地址；端口驱动电路通过指令输出电压控制(+12伏/5伏)的设置支持以+12伏或+5伏进行指令输出。

所述脉冲序列CP为频率204.8千赫兹，占空比50％的方波信号。

所述测控框信号CKK在高电平宽度占109个CP，.低电平宽度占91个CP。

所述命令框信号MLK在有本模块遥测命令时为低电平，有本模块遥控指令时为高电平。

所述单元测控指令SUC_ZL为串行数字量，每个码字为一个CP周期，测控框信号CKK为高电平时，SUC_ZL为遥测命令，CKK为低电平时，SUC_ZL为遥控指令。

所述遥测数据输入信号(Y[63..0])支持模拟量输入0-5伏，支持状态量输入和七十二位数组遥测数据。

所述七十二位测量数据选择信号(CL_72_C[1..0])根据SUC_ZL中的七十二位数组状态字输出，支持四组不同的七十二位测量数据。

所述七十二位控制框(KZ_72_EN)为七十二位数组指令的使能框。

所述七十二位控制数据(KZ_72_DATA)根据SUC_ZL的指令类型输出七十二位数组数据指令。

所述K[47..0]为指令输出信号，支持单脉冲令、电平令、长比例令、短比例令、长矩阵令、短矩阵令、并行令。

所述扩展地址ex_add_EN时扩展地址ex_add[3..0]的使能信号，而扩展地址ex_add[3..0]为K[63..48]的地址线，用于指令扩展。

综上所述，本发明于数/模混合电路，支持64路遥测信号采集通道选通，支持32路状态量遥测信号组成状态字，支持多种形式的遥控指令生成：单脉冲/电平、比例指令、并行指令、矩阵指令和七十二位数组指令。本发明克服了卫星上传统方法采用电路板实现多种遥测数据采集和遥控指令生成的缺点，将其功能集成到一块芯片，解决了卫星遥测遥控指令生成、多类型遥测数据采集的通用化技术问题，功能密度高，相比同类卫星的整星电缆网重量，使用该控制器可使电缆网重量降低70％以上，因减轻整星重量，使得发射成本降低。本发明将多种类型遥测数据的采集和遥控生成的功能集成到一块芯片的方法，达到用于静止轨道三轴稳定卫星综合电子系统、减轻整星重量的目的。

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

1.一种卫星服务单元控制器，其特征在于，其包括：

2.如权利要求1所述的卫星服务单元控制器，其特征在于，所述遥测数据采集模块包括：遥测指令模式译码模块，对单元测控指令中的遥测数据模式字进行判断；状态量采集模块，用于状态字采集；模拟量采集模块，用于模拟电平量的采集；七十二位数组数据采集模块，根据单元测控指令中的遥测采集命令；选通电路，根据指令模式选择对应的遥测数据输出测量数据。