CN107967237B - 一种集成化星载sar载荷的计算机 - Google Patents
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Abstract
一种集成化星载SAR载荷的计算机，包括：主控模块、遥控遥测模块、接口扩展模块、电源模块、和背板组成。主控模块用于数据处理、定时控制、波束控制；遥控遥测模块用于接收卫星平台指令，解析分发至载荷系统各单机，指令生产和OC门控制，并采集载荷系统的温度、电压模拟量，以及数字量遥测信号；接口扩展模块包括通讯管理和接口扩展功能；背板用于为主控模块、接口扩展模块、电源模块和遥控遥测模块供电和信号的连接。由于将SAR载荷工作时序控制、波束控制、接口控制、载荷系统各单机的遥控遥测等功能集成化、一体化设计，使得SAR系统集成度和可靠性提升，重量、体积和功耗下降，减少了SAR载荷系统各机器之间的数据传输，提高了SAR载荷系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及星载计算机技术领域，具体涉及一种集成化星载SAR载荷的计算机。
背景技术
传统的SAR中心计算机波控和系统定时控制采用分布式设计，一般由定控器、波控器、数管计算机等单机组成。随着SAR载荷任务功能的增加，各单机间通信连接复杂、实时性要求较高，需要专用的高速内总线连接。对这些功能单元的供电损耗、指令控制也占有了一定的重复资源，导致整个系统的体积和重量过高，资源和能耗浪费严重，甚至影响功能单元之间的通信稳定性，对SAR系统的性能和可靠性造成一定程度的影响。因此，需要设计集成SAR载荷定时控制、波束控制、指令控制和遥控遥测等功能集成化、一体化的星载SAR载荷计算机。
发明内容
本申请提供一种集成化星载SAR载荷的计算机，包括主控模块、遥控遥测模块、接口扩展模块、电源模块和背板，主控模块、遥控遥测模块、接口扩展模块、电源模块分别插接于背板上；
主控模块用于数据处理、定时控制、波束控制；
遥控遥测模块用于接收卫星平台指令，解析分发，并采集载荷各单机模拟量和数字量遥测数据；
接口扩展模块包括通讯管理、接口扩展，与SAR载荷各单元之间的接口控制和协议实现；
电源模块用于接收卫星平台的电源，并供电给该计算机提供5V和3.3V二次供电；
背板用于为所述主控模块、遥控遥测模块、接口扩展模块、电源模块提供供电和信号的连接。
一种实施例中，主控模块、遥控遥测模块、接口扩展模块、电源模块分别通过CPCI接插件插接于背板上。
一种实施例中，主控模块包括定时控制、波束控制；
定时控制用于根据雷达控制器控制指令，接收频综产生的参考时钟，实现载荷系统的时序控制，并输出定时信号，确定整个载荷系统的工作模式；
波束控制用于集中计算所有阵面相移器对应的波控码，同时对计算所得的初始相位进行补偿，最后按子阵所在的行将对应的波控码进行分发，然后进行并/串转换；
一种实施例中，SAR载荷定时控制的工作模式包括SAR条带成像模式、动目标指示模式和内定标模式；
在SAR条带成像模式下，由雷达控制器设置PRF脉冲重复周期为3080Hz，5us后向天线发射阵面发出TR_STB发射选通信号，200ns后向频综发送TRP发射同步信号，持续48us，0.5us之后，进入接收状态，向天线接收阵面、频综和数字中频接收机发送RE_STB接收选通信号，同时向数字中频接收机发送采样起始信号；
在动目标指示模式下，PRF脉冲重复周期为2000Hz，5us后向天线发射阵面发出TR_STB发射选通信号，200ns后向频综发送TRP发射同步信号，持续50us，0.5us之后，进入接收状态，向天线接收阵面、频综和数字中频接收机发送RE_STB接收选通信号，同时向数字中频接收机发送采样起始信号；
在内定标模式下，首先配置所述内定标模式，采用固定的PRF脉冲重复周期时间0.5ms，5us后向天线发射阵面发出TR_STB发射选通信号，200ns后向频综发送TRP发射同步信号，持续20us，在发送选通之前0.2us，向天线接收阵面、频综和数字中频接收机发送RE_STB接收选通信号，同时向数字中频接收机发送采样起始信号。
一种实施例中，主控模块的硬件结构包括一片FPGA和一片浮点DSP，FPGA用于实现接口控制、数据管理，浮点DSP用于实现精确数值计算，且FPGA和浮点DSP之间通过32位EMIF接口实现数据交互。
一种实施例中，浮点DSP外接两片FLASH和一片SDRAM，两片FLASH分别用于存储程序和初始数据，一片SDRAM用于中间结果的缓冲。
一种实施例中，遥控遥测模块采用ACTEL反熔丝FPGA实现1553B控制，并实现包括雷达控制器、载荷状态采集控制等功能，雷达控制器用于接收卫星上位机发送的指令信息及以约定的协议将其他载荷单机的状态信息发送至上位机；
采用ACTEL反熔丝FPGA产生OC控制指令，控制SAR载荷系统频综、接收机、组合定标器、天线发射阵面、天线接收阵面、天线稳定平台、数字中频处理器等单元的开关机顺序功能。
载荷状态采集遥测模块采用ACTEL反熔丝FPGA控制64路模拟开关，通过AD574分时采集SAR集载荷系统的频综、接收机、组合定标器、天线发射阵面、天线接收阵面、天线稳定平台、数字中频处理器等单元的温度量、电压量等信息。
一种实施例中，接口控制采用RS422总线方式分别与频综接收机、组合定标器、数字中频接收机、数字处理机通信，发送控制指令；采用TTL电平接收遥控遥测模块信号，发送遥测数据；通过RS485总线差分驱动转换成差分信号后并行地送往天线阵面激励控制板。
依据上述实施例的计算机，由于将SAR载荷定时控制、波束控制、雷达控制、载荷状态采集、接口控制等功能集成于SAR载荷计算机完成，采用功能模块化的设计指导思想，使得SAR系统集成度和可靠性提升，重量、体积和功耗下降，减少了计算机板间的数据传输，提高了SAR系统的可靠性。
附图说明
图1为SAR载荷计算机集成化示意图。
图2为SAR载荷计算机模型。
图3为SAR载荷计算机与外围接口连接图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
本例提供一种集成化星载SAR载荷的计算机，其结构示意图如图1所示，包括主控模块1、遥控遥测模块2、接口扩展模块3、电源模块4和背板5，其中，主控模块1、遥控遥测模块2、接口扩展模块3、电源模块4和背板5采用功能模块化设计，并通过模块化之间的插接实现计算机的集成度，具体的，主控模块1、遥控遥测模块2、接口扩展模块3、电源模块4分别插接于背板5上，其中，主控模块1能实现数据处理、定时控制、波束控制的功能；遥控遥测模块2通过1553B总线接收卫星上位机控制指令，进行指令解析和指令分发，产生OC门指令控制配电单元开关，通过64路模拟开关采集SAR载荷各单元温度量和电压量信息；电源模块3用于接收卫星平台的28V电源，并供电给主控模块1和接口扩展模块2；接口扩展模块3完成SAR载荷系统各单元通信管理功能，通过RS422、RS485、TTL等通信方式实现与载荷其他单元的数字量通信；背板5用于为主板1、遥控遥测模块2、接口扩展模块3和电源模块4提供供电和信号的连接。
将上述具有功能集成的主控模块1、遥控遥测模块2、接口扩展模块3、电源模块4分别通过CPCI接插件插接于背板5上，就能实现SAR系统的定时控制、波束控制、雷达控制、接口控制等功能集成，插接安装方式能进一步减少系统板间的数据传输，从而提高SAR系统的可靠性。
本例的主控模块1集成有波束控制、定时控制，其中：
波束控制用于集中计算所有阵面相移器对应的波控码，同时对计算所得的初始相位进行补偿，最后按子阵所在的行将对应的波控码进行分发，然后进行并/串转换；具体的，波束控制模块以FPGA+DSP为核心器件，通过雷达控制器上位机传送来的参数如阵列倾角T、俯仰角E、方位偏角，实现接收和发射状态相位码、数控衰减器衰减码的计算，并将计算结果串行输出至天线阵面。波束控制模块主要包括波束计算子模块、EMIF接口子模块、配相子模块和数据缓存FIFO，波束计算子模块由DSP实现，EMIF接口控制子模块和配相子模块由FPGA实现，另外EMIF总线上的flash为波控码计算提供必要的参数。
定时控制用于根据雷达控制器控制指令，接收频综产生的参考时钟，实现载荷系统的时序控制，并输出定时信号，确定整个载荷系统的工作模式；具体的，定时控制模块在FPGA内部完成，根据雷达控制器控制指令，接收频综产生的参考时钟，实现系统的时序控制，并输出定时信号，确定整个系统的工作模式。
定时控制有以下三种工作模式：
SAR条带成像模式：在此模式下，由雷达控制器设置PRF脉冲重复周期为3080Hz(0.3-0.5m可调)，5us后向天线发射阵面发出TR_STB发射选通信号，200ns后向频综发送TRP发射同步信号，持续48us(45-75us可调)。0.5us之后，进入接收状态，向天线接收阵面、频综和数字中频接收机发送RE_STB接收选通信号，同时向数字中频接收机发送采样起始信号。
动目标指示(GMTI)模式：在此模式下，PRF脉冲重复周期为2000Hz(0.3-0.5ms可调)，5us后向天线发射阵面发出TR_STB发射选通信号，200ns后向频综发送TRP发射同步信号，持续50us(45-75us可调)。0.5us之后，进入接收状态，向天线接收阵面、频综和数字中频接收机发送RE_STB接收选通信号，同时向数字中频接收机发送采样起始信号。
内定标模式：在此模式下，首先由中心计算机向内定标单元发送开关选通信号，配置内定标模式。采用固定的PRF脉冲重复周期时间(0.5ms)，5us后向天线发射阵面发出TR_STB发射选通信号，200ns后向频综发送TRP发射同步信号，持续20us。在发送选通之前0.2us，向天线接收阵面、频综和数字中频接收机发送RE_STB接收选通信号，同时向数字中频接收机发送采样起始信号。
进一步，本例的主控模块1的硬件结构设计具体为：以一片Virtex4系列FPGA和一片浮点DSP为核心，利用FPGA实现接口控制、数据管理，利用浮点DSP实现精确数值计算。FPGA和DSP之间通过32位EMIF接口实现数据交互。FPGA选用XC4VSX55，外接两片SDRAM用于系统升级。FPGA通过SMA接插件接收侦察子系统的数据，并将运算结果发送至载荷各单机，实现数据收发和管理。DSP选用TMS320C6713，外接两片FLASH和一片SDRAM，两片FLASH分别用于存储程序和初始数据，SDRAM用于中间结果的缓冲。主控模块1与天线发射阵面、接收阵面与二次电源模块通信均采用RS485总线。主控模块1与其他单机接口均采用RS422总线。
遥控遥测模块2集成有雷达控制器、载荷状态采集遥测模块，其中：
雷达控制器用于接收卫星平台发送的1553B指令信息及以约定的协议将其他载荷单机的状态信息发送至卫星平台；具体的，雷达控制器接收卫星平台上位机发送的指令信息并经解析转发到内部其他模块进行处理，如控制系统工作方式生成等等。对指令工作模式解析，根据工作模式产生OC门控制指令，控制配电单元各继电器开关顺序。
载荷状态采集遥测模块包括模拟量采集和数字量采集，其中模拟量采集通过模拟开关分时接收SAR载荷其他单元的状态信息，通过AD574分时进行数字化。数字量采集通过RS422接口根据规定的协议接收SAR载荷各单元数字量遥测信息。将采集到的遥测数据存于ACTEL反熔丝FPGA外置的SRAM存储器，数据接收完毕，产生使能信号，从缓存中读取数据，以一定的帧格式通过1553B总线发送到卫星上位机。
进一步，以一片ACTEL反熔丝FPGA为核心器件，实现卫星平台1553B总线控制、指令解析、OC门控制、模拟开关控制、AD模拟量采集等功能。PROM作为FPGA的程序存储，SRAM作为FPGA的外围缓存。FPGA通过CPCI内总线传输内部指令，并通过OC门控制其它单机的供电通断。
接口扩展模块3实现通信管理和接口控制功能，接口控制采用RS422总线方式分别与频综接收机、组合定标器、数字中频接收机、数字处理机通信，发送控制指令；采用TTL电平通过CPCI接插件接收遥控遥测模块信号，发送遥测数据；通过RS485总线差分驱动转换成差分信号后并行地送往天线激励控制板。接口控制实现数据的发送和接收功能，其根据规定的协议接收外部单机发送的数据，提取有效数据并存于FPGA内部FIFO，数据接收完毕，接口控制产生使能信号，通知其他模块从缓存中读取数据。另外，接口控制接收内部模块的数据，以一定的帧格式发送到其他单机。
电源模块4接收一次电源的输入，并将一次电源分别转换为主控模块1以及接口指令板2所需的电压。电源变换模块主要采用DC/DC变换器完成一次电源到所需电压的转换，包括浪涌抑制电路、EMI滤波电路、电源变换(+3.3V及+5V)。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (4)
1.一种集成化星载 SAR 载荷的计算机，其特征在于， 包括： 主控模块、遥控遥测模块、 接口扩展模块、电源模块和背板，所述主控模块、 遥控遥测模块、 接口扩展模块、 电源模块和分别插接于所述背板上；
所述主控模块用于数据处理、定时控制、波束控制； 具体的， 所述主控模块包括定时控制模块、波束控制模块；
所述波束控制模块用于集中计算所有阵面相移器对应的波控码，同时对计算所得的初始相位进行补偿，最后按子阵所在的行将对应的波控码进行分发，然后进行并/串转换；
所述定时控制模块用于根据雷达控制器控制指令，接收频综产生的参考时钟，实现载荷系统的时序控制，并输出定时信号，确定整个载荷系统的工作模式， 其中， 所述定时控制模块的工作模式包括 SAR 条带成像模式、动目标指示模式和内定标模式；具体的：
在所述 SAR 条带成像模式下，由雷达控制器设置 PRF 脉冲重复周期为3080Hz， 5us后向天线发射阵面发出 TR_STB 发射选通信号， 200ns 后向频综发送 TRP 发射同步信号，持续 48us，0.5us 之后，进入接收状态，向天线接收阵面、频综和数字中频接收机发送RE_STB 接收选通信号，同时向数字中频接收机发送采样起始信号；
在所述动目标指示模式下，PRF 脉冲重复周期为 2000Hz，5us后向天线发射阵面发出TR_STB发射选通信号，200ns 后向频综发送 TRP 发射同步信号，持续50us，0.5us 之后，进入接收状态，向天线接收阵面、频综和数字中频接收机发送RE_STB 接收选通信号，同时向数字中频接收机发送采样起始信号；
在所述内定标模式下，首先配置所述内定标模式，采用固定的 PRF 脉冲重复周期时间0.5ms，5us 后向天线发射阵面发出TR_STB发射选通信号，200ns 后向频综发送TRP发射同步信号，持续 20us，在发送选通之前 0.2us，向天线接收阵面、频综和数字中频接收机发送RE_STB接收选通信号，同时向数字中频接收机发送采样起始信号；
所述遥控遥测模块用于接收卫星平台指令，解析分发，并采集载荷各单机模拟量和数字量遥测数据；
所述接口扩展模块包括通讯管理、接口扩展，与 SAR 载荷各单元之间的接口控制和协议实现；
所述电源模块用于接收卫星平台的电源，并供电给所述主控模块、遥控遥测模块和接口扩展模块；
所述背板用于为所述主控模块、 遥控遥测模块、 接口扩展模块和电源模块提供供电和信号的连接。
2.如权利要求 1 所述的计算机，其特征在于，所述主控模块的硬件结构包括一片FPGA和一片浮点DSP，所述 FPGA 用于实现接口控制、数据管理、载荷系统工作模式以及时序控制，所述浮点 DSP 用于实现精确数值计算产生波控码，且所述FPGA和浮点 DSP之间通过32位EMIF接口实现数据交互。
3.如权利要求 1 所述的计算机，其特征在于，所述遥控遥测模块包括雷达控制器、载荷状态采集遥测模块；
所述雷达控制器用于接收卫星平台上位机发送的指令信息及以约定的协议将其他载荷单机的状态信息发送至上位机；
所述遥控遥测模块采用ACTEL反熔丝FPGA控制1553B通讯管理，并进行指令解析功能；
所述遥控遥测模块采用ACTEL反熔丝FPGA控制国产OC门控制芯片 LT47322，产生SAR载荷各单元开机指令；
所述遥控遥测模块采用64路模拟开关，分时通过AD574采集SAR载荷各单元温度量、电压量的模拟信号，并进行组帧，通过 1553B 总线上传到卫星平台上位机。
4.如权利要求 1 所述的计算机，其特征在于，所述接口扩展模块采用RS422 总线方式分别与频综接收机、组合定标器、数字中频接收机、数字处理机通信，发送控制指令；采用TTL 电平接收遥控遥测模块信号，发送遥测数据；通过RS485 总线差分驱动转换成差分信号后并行地送往天线阵面激励控制板。
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