CN108183741B - 一种微纳卫星通用化星上电子系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微纳卫星通用化星上电子系统，能够实现集成度高、灵活支持卫星平台和载荷数据的交换与配置需求，灵活支持多种接口载荷快速接入系统功能。该系统安装于微纳卫星上，包括星载计算机、n个星上电子功能模块、接入与交换模块以及数据处理与存储模块；n大于或者等于1。星载计算机通过总线连接各模块，星载计算机作为总线的主机。接入与交换模块，配置用于通过星上载荷数据接口接收微纳卫星上载荷数据；通过高速输入输出SRIO接口连接数据处理与存储模块，通过数据处理与存储模块实现对载荷数据的在轨的配置重构，并将配置重构后的载荷数据通过星上载荷数据接口发送至微纳卫星上的数传设备进行下传。

Description

一种微纳卫星通用化星上电子系统
技术领域
本发明涉及电子系统技术领域，具体涉及一种微纳卫星通用化星上电子系统。
背景技术
当前较多使用的微纳卫星具有成本低、研制周期段、多任务灵活适应、自主管理程度高等优点，是航天装备中的重要组成。
微纳卫星对于其星上电子系统的要求较高，要能够实现如下集成度高、系统快速集成、功耗低、灵活支持卫星平台和载荷数据的交互、存储、处理和信息的共享等需求，灵活支持多种接口载荷快速接入系统等。
但目前尚未有专门针对微纳卫星设计的星上电子系统，目前已有的星载电子系统多采用基于总线的多级分布式系统架构和基于星型的集中式系统架构。
基于总线的多级分布式系统架构多用于大型航天器，可扩展性好，设备间通过系统控制总线进行组网，在实际应用中，星载计算机或控制计算机一般作为星载总线的管理者，系统采用主从式的运行控制方式，总线上的节点设备各自考虑自身冗余备份设计，在一定程度上造成了资源的重复和浪费。
基于星型的集中式系统架构多用于微小型航天器，多以星载计算机为核心，扩展各类接口以连接各类传感器和执行机构，使得星载计算机作为系统的管理和控制核心，一旦故障将造成系统瘫痪。
以上两种形式的系统架构，均采用星载计算机组我诶管理和控制的核心，测控数据与载荷数据均在星载计算机上进行管理控制。测控数据的数据量小，但是对实时性和可靠性要求较高，但是载荷数据相比于测控数据，其数据量大、数据形式多样且对带宽要求较高，星载计算机需要通过设置不同的载荷接口来实现对不同数据形式的载荷数据的接收，无法实现接口的集成化，并且不同数据形式的载荷数据其数据速率不同，在现有的两种形式的系统架构下，无法实现对载荷数据的高速数据交换与配置。
因此亟需一种专门针对微纳卫星的星上电子系统，以满足目前微纳卫星对于星上电子系统的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种微纳卫星通用化星上电子系统，能够实现集成度高、灵活支持卫星平台和载荷数据的交换与配置需求，灵活支持多种接口载荷快速接入系统功能。
本发明的技术方案为：一种微纳卫星通用化星上电子系统，该系统安装于微纳卫星上，该系统包括星载计算机、n个星上电子功能模块、接入与交换模块以及数据处理与存储模块；n大于或者等于1。
星载计算机通过总线连接各模块，星载计算机作为总线的主机，星载计算机与n个星上电子功能模块通过总线实现测控信息的传输。
接入与交换模块，配置用于通过星上载荷数据接口接收微纳卫星上载荷数据；通过高速输入输出SRIO接口连接数据处理与存储模块，通过数据处理与存储模块实现对载荷数据的在轨的配置重构，并将配置重构后的载荷数据通过星上载荷数据接口发送至微纳卫星上的数传设备进行下传。
进一步地，接入与交换模块，包括：
m个星上载荷数据接口、m个缓存及解组帧模块、数据交换芯片以及配置处理器；m大于或者等于1。
m个星上载荷数据接口一一对应连接至m个缓存及解组帧模块。
缓存及解组帧模块通过星上载荷数据接口接收星上载荷数据，依据数据交换芯片配置的解组帧参数，对星上载荷数据进行缓存、解帧、提取有效数据并组帧形成符合SRIO协议的载荷数据帧，载荷数据帧通过高速输入输出SRIO接口传输至数据交换芯片。
数据交换芯片，配置用于依据配置的交换模式，对载荷数据帧进行各星上载荷数据接口之间的交换。
配置处理器连接在数据交换芯片与总线之间，配置处理器用于完成对数据交换芯片的交换模式的配置，并实现数据交换芯片与总线之间的连接。
进一步地，接入与交换模块，还包括状态寄存器以及控制寄存器
状态寄存器连接至数据交换芯片，配置用于获取数据交换芯片的工作状态参数并存储。
控制寄存器连接至数据交换芯片，配置用于存储解组帧参数。
进一步地，星上载荷数据接口采用如下项接口中的一种或多种：
RS422接口、LVDS接口、Ethernet接口、Camerlink接口。
进一步地，总线为如下项中的一种或多种：
CAN、I2C总线。
进一步地，数据交换芯片为CPS1848。
进一步地，n个星上电子功能模块，包括如下项中的一种或多种：
输入输出IO模块、电源控制模块、测控应答机、姿态测量敏感器以及执行机构。
有益效果：
1)本发明提供了一种微纳卫星通用化星上电子系统，以星载计算机为核心形成总线控制的管控网，以接入与交换模块为核心形成数据网，针对测控数据与载荷数据的不同特点，即测控信息数据量小对实时性和可靠性要求较高，载荷数据数据量大对带宽要求较高，采用管控网管理控制测控数据，采用数据网管理控制载荷数据。数据网中的接入与交换模块实现了不同数据形式的载荷数据接口的集成化，灵活支持多种接口载荷快速接入系统，并可以进行载荷数据的高速数据交换与配置，满足了微纳卫星对于星上电子系统的集成度高、灵活支持卫星平台和载荷数据的交换与配置的要求。
2)本发明实施例给出了接入与交换模块的具体实现形式，该接入与交换模块集成RS422、LVDS、Ethernet、Camerlink等常用的载荷总线接口，便于各类接口的载荷快速接入系统。同时该接入与交换模块通过协议的缓存解组帧，实现数据协议的标准化，从而内部可以采用基于SRIO的交换芯片(例如CPS1848)实现数据的快速交换，保证了高速数据交换的带宽。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的微纳卫星通用化星上电子系统的系统组成框图；
图2为本发明实施例所提供的星上电子系统中接入与交换模块的组成结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1
图1示出了本发明实施例所提供的微纳卫星通用化星上电子系统的系统组成结构，如图1所示，一种微纳卫星通用化星上电子系统，该系统安装于微纳卫星上，该系统包括星载计算机、n个星上电子功能模块、接入与交换模块以及数据处理与存储模块；n大于或者等于1。
星载计算机通过总线连接各模块，星载计算机作为总线的主机，星载计算机与n个星上电子功能模块通过总线实现测控信息的传输。
本发明实施例中，以星载计算机为主节点的总线控制网络为管控网，星上测控信息通过管控网进行传递，星载计算机作为主节点对测控信息进行采集和处理，并进行相应的控制。
本发明实施例中管控网的总线可以采用CAN总线或I2C总线，星载计算机通过总线连接星上电子各功能模块，可以是输入输出IO模块、电源控制模块、测控应答机、姿态测量敏感器以及执行机构。当采用CAN总线或I2C总线作为总线时，通信速率为1kbps～1Mbps。
接入与交换模块，配置用于通过星上载荷数据接口接收微纳卫星上载荷数据。通过高速输入输出SRIO接口连接数据处理与存储模块，通过数据处理与存储模块实现对载荷数据的在轨的配置重构，并将配置重构后的载荷数据通过星上载荷数据接口发送至微纳卫星上的数传设备进行下传。
本发明实施例中，以接入与交换模块为核心形成数据网，用于对载荷数据进行传递、交换和配置，接入与交换模块对外提供星上载荷数据接口，本实施例中星上载荷数据接口可以包括RS422、LVDS、Ethernet、Camerlink等I/O接口，其中RS422用于传输10Mbps以下的载荷数据，LVDS用于传输100Mbps以下的载荷数据、Ethernet用于传输几百Mbps的载荷数据、Camerlink用于传输2.38Gbps以下的载荷数据，因此本发明实施例中接入与交换模块能够适应高、中、低等不同数据速率的载荷数据接入和传输要求。为便于高速数据交换，对内统一提供高速SRIO接口连接数据存储模块，例如基于FLASH的存储模块，以及数据处理模块，例如可以采用DSP+FPGA的形式实现数据处理的模块。接入与交换模块由于集成了差异化的不同接口，因此可以适应高中低速率不同接口载荷的快速接入系统数据网。除了载荷数据接入功能，还提供了数据交换功能，通过配置实现载荷数据流在轨的配置重构，实现数据流的流向配置，其中配置后的载荷数据可以通过数传模块下传，也可以在数据处理模块中实现在轨数据处理，也可以实现配置后的载荷数据的存储，为星上载荷数据的存储、处理和传输提供了应用灵活性。
实施例2
基于上述实施例1提供的星上电子系统，其中图2示出了上述星上电子系统中接入与交换模块的组成结构，其中接入与交换模块，包括：
m个星上载荷数据接口、m个缓存及解组帧模块、数据交换芯片以及配置处理器；m大于或者等于1。
m个星上载荷数据接口一一对应连接至m个缓存及解组帧模块。
缓存及解组帧模块通过星上载荷数据接口接收星上载荷数据，依据数据交换芯片配置的解组帧参数，对星上载荷数据进行缓存、解帧、提取有效数据并组帧形成符合SRIO协议的载荷数据帧，载荷数据帧通过高速输入输出SRIO接口传输至数据交换芯片。
数据交换芯片，配置用于依据配置的交换模式，对载荷数据帧进行各星上载荷数据接口之间的交换。
配置处理器连接在数据交换芯片与总线之间，配置处理器用于完成对数据交换芯片的交换模式的配置，并实现数据交换芯片与总线之间的连接。
接入与交换模块，还包括状态寄存器以及控制寄存器。
状态寄存器连接至数据交换芯片，配置用于获取数据交换芯片的工作状态参数并存储。
控制寄存器连接至数据交换芯片，配置用于存储解组帧参数。
本发明实施例中，数据交换芯片可以采用型号为CPS1848的芯片。
本发明实施例给出了接入与交换模块的具体实现形式，该接入与交换模块集成RS422、LVDS、Ethernet、Camerlink等常用的载荷总线接口，便于各类接口的载荷快速接入系统。同时该接入与交换模块通过协议的缓存解组帧，实现数据协议的标准化，从而内部可以采用基于SRIO的交换芯片(例如CPS1848)实现数据的快速交换，保证了高速数据交换的带宽。
综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种微纳卫星通用化星上电子系统，其特征在于，该系统安装于微纳卫星上，该系统包括星载计算机、n个星上电子功能模块、接入与交换模块以及数据处理与存储模块；n大于或者等于1；所述星上电子系统，以星载计算机为核心形成总线控制的管控网，以接入与交换模块为核心形成数据网，采用管控网管理控制测控数据，采用数据网管理控制载荷数据；所述总线为如下项中的一种或多种：CAN、I2C总线；
所述星载计算机通过总线连接各模块，星载计算机作为总线的主机，星载计算机与所述n个星上电子功能模块通过总线实现测控信息的传输；
所述n个星上电子功能模块，包括如下项中的一种或多种：
输入输出IO模块、电源控制模块、测控应答机、姿态测量敏感器以及执行机构；
所述接入与交换模块，配置用于通过星上载荷数据接口接收微纳卫星上载荷数据；通过高速输入输出SRIO接口连接所述数据处理与存储模块，通过所述数据处理与存储模块实现对所述载荷数据的在轨的配置重构，并将配置重构后的所述载荷数据通过星上载荷数据接口发送至微纳卫星上的数传设备进行下传；
所述接入与交换模块，包括：
m个星上载荷数据接口、m个缓存及解组帧模块、数据交换芯片以及配置处理器；m大于或者等于1；
所述m个星上载荷数据接口一一对应连接至m个缓存及解组帧模块；
所述缓存及解组帧模块通过星上载荷数据接口接收所述星上载荷数据，依据所述数据交换芯片配置的解组帧参数，对所述星上载荷数据进行缓存、解帧、提取有效数据并组帧形成符合SRIO协议的载荷数据帧，所述载荷数据帧通过高速输入输出SRIO接口传输至所述数据交换芯片；
所述数据交换芯片，配置用于依据配置的交换模式，对所述载荷数据帧进行各星上载荷数据接口之间的交换；所述数据交换芯片为CPS1848；
所述配置处理器连接在所述数据交换芯片与总线之间，所述配置处理器用于完成对数据交换芯片的交换模式的配置，并实现所述数据交换芯片与总线之间的连接；
所述接入与交换模块，还包括状态寄存器以及控制寄存器
所述状态寄存器连接至所述数据交换芯片，配置用于获取所述数据交换芯片的工作状态参数并存储；
所述控制寄存器连接至所述数据交换芯片，配置用于存储所述解组帧参数；
所述星上载荷数据接口采用如下项接口中的一种或多种：
RS422接口、LVDS接口、Ethernet接口、Camerlink接口；其中RS422用于传输10Mbps以下的载荷数据，LVDS用于传输100Mbps以下的载荷数据、Ethernet用于传输几百Mbps的载荷数据、Camerlink用于传输2.38Gbps以下的载荷数据。
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