CN109240959B - 一种星载综合电子系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星载综合电子系统，包括：背板，所述背板上设置其余各个模块之间的互联电接口和通讯接口；电源模块，将航天器一次电源转换为综合电子内部所需的二次电源，所述电源模块通过连接器与所述背板连接，提供二次电源和内部低速总线；星务计算机模块，所述星务计算机模块实现综合电子系统任务的调度和管理，所述星务计算机模块通过连接器与所述背板连接，实现内部低速总线连接，通过所述内部低速总线向系统内其它模块传输各类指令数据，并接收其它模块的各类信息数据；以及高速总线交换机模块，其中所述星务计算机模块和所述高速总线交换机模块之间采用高速总线直接连接，以将综合电子系统的大流量数据传输至高速总线交换机模块。

Description

一种星载综合电子系统

技术领域

本发明涉及航空航天领域，具体而言，本发明涉及一种基于高低速混合总线的星载综合电子系统

背景技术

一般来说，传统航天器按功能划分为若干个分系统，且各分系统独立设计,如推进及姿态控制、热控、数传、测控等，星务计算机仅负责完成遥控、遥测、程控和时间管理等任务，星务计算机与其他系统间的通讯接口各异，导致系统间接口关系复杂、通用能力较弱，设计和开发周期较长，研发成本高。

目前，航天器用综合电子系统基本实现了分系统向模块化的转变，如综合电子系统主要由星务计算机模块、测控模块、GPS模块、数传模块等，但是各个模块之间繁琐，导致系统复杂。目前来看主要存在以下弊端和缺陷：

a)目前模块之间主要采用SPI、UART、422等非总线接口实现通讯，用于指令和相关数据的传输，数据和指令混合传输，导致指令接收和执行的实时性较低；不能实现数据的有效传输。

b)各个模块和系统之间接口各异，导致模块和系统通用型较差，设计和研发效率较低，开发成本较高。

因此本领域需要一种综合电子系统架构，通过这种综合电子系统架构至少部分地解决现有技术中存在的模块和系统通用型较差等技术问题。

发明内容

本发明的实施例提供一种标准化、模块化的航天器用综合电子系统，通过该系统可有效提高航天器用综合电子系统集成度和通用性，以及缩短系统开发周期和成本。

根据本发明的一个方面，提供一种星载综合电子系统，包括：

背板，所述背板上设置其余各个模块之间的互联电接口和通讯接口；

电源模块，将航天器一次电源转换为综合电子内部所需的二次电源，所述电源模块通过连接器与所述背板连接，提供二次电源和内部低速总线；

星务计算机模块，所述星务计算机模块实现综合电子系统任务的调度和管理，所述星务计算机模块通过连接器与所述背板连接，实现内部低速总线连接，通过所述内部低速总线向系统内其它模块传输各类指令数据，并接收其它模块的各类信息数据；以及

高速总线交换机模块，所述高速总线交换机模块用于将其他高速总线设备与综合电子高速总线连接，实现高速数据传输和通讯，所述高速总线交换机模块通过连接器与背板连接，实现内部低速总线连接，通过内部低速总线向星务计算机模块发送遥测数据，并接收来自星务计算机模块的指令数据。

在本发明的一个实施例中，所述星务计算机模块和所述高速总线交换机模块之间采用高速总线直接连接，以将综合电子系统的大流量数据传输至高速总线交换机模块。

在本发明的一个实施例中，该星载综合电子系统还包括：

测控模块，用于实现航天测控功能，所述测控模块通过连接器与背板连接，实现内部低速总线连接，通过内部低速总线向星务计算机模块传输测控信息，并接收星务计算机模块的指令数据；以及

GPS模块，用于确定航天器轨道、位置、时间信息参数，所述GPS模块通过连接器与背板连接，实现内部低速总线连接，通过内部低速总线向星务计算机模块传输GPS信息，并接收星务计算机模块的指令数据。

在本发明的一个实施例中，该星载综合电子系统还包括：

外部低速总线，所述外部低速总线设置于星务计算机模块上，用于实现综合电子系统与航天器其他设备之间的指令和遥测类数据的传输。

在本发明的一个实施例中，所述内部低速总线和外部低速总线是标准控制器局域网络CAN总线。

在本发明的一个实施例中，所述高速总线是高速时间触发网络TTE、以太网或光纤。

在本发明的一个实施例中，所述星载综合电子系统内的高速总线和低速总线均由所述星务计算机模块控制和配置。

在本发明的一个实施例中，所述高速总线交换机模块上的高速总线接口预留一定的余量，以便将航天器其它高速总线设备接入。

通过高低速混合总线设计，可将综合电子系统内部指令(实时性要求高)和各种实验数据独立传输，可有效提高传输效率和可靠性。通过配置独立的高低速总线，航天器综合电子系统内部模块之间接口标准化，可对综合电子内部根据实际应用需求进行模块的删减，但不改变系统整体的架构设计(相当于标准化模块的即插即用)，利于系统的集成设计。综合电子内部各个模块可根据实际需求进行高低速总线的配置，如无较高流量的数据传输需求，可以不增加高速总线。

附图说明

为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出根据本发明的星载综合电子系统的示意框图。

具体实施方式

在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

如何采用整星一体化设计思想，利用标准接口及协议规范将星载电子设备互连，打造一个内部信息共享和综合利用、功能集成、资源优化的“综合电子”系统成为航天器新发展的关键。航天器综合电子系统设计打破传统分系统相对独立的界限，根据平台各分系统的信息流和能源流，系统设计体系架构，实现电子系统产品的功能综合、软硬件集成及综合设计。

高低速混合总线的星载综合电子架构设计是指采用一体化设计思想，以资源共享和合理分配为手段，将整星电子学按照功能划分为标准模块，各个模块之间通过标准接口/总线连接实现通讯，以降低各个功能模块之间接口，提高综合电子系统集成度；其中低速总线用于综合电子模块之间/指令、遥测等数据的传输，高速总线用于模块之间较大流量数据的交互和传输。在综合电子架构设计时，综合电子内部数据交互按照低速总线和高速总线进行区分和传输，以实现指令、数据传输的时效性。

图1示出根据本发明的星载综合电子系统100的示意框图。如图1所示，星载综合电子系统100可包括VPX背板101、电源模块102、测控模块103、GPS模块104、星务计算机模块105以及高速总线交换机模块106。在本发明的其他实施例中，可根据航天器实际状态删除星载综合电子系统100中的部分模块或增加其他功能的模块。

VPX背板101主要用于综合电子系统内部各个模块的互连。电源模块102主要用于将航天器一次电源转换为综合电子内部所需的二次电源。测控模块103主要用于实现航天测控功能。GPS模块104主要实现航天器轨道、位置、时间等信息参数的确定。星务计算机模块105主要实现综合电子系统任务的调度和管理，以及系统高低速总线的控制和配置任务。高速总线交换机模块106主要用于将其他高速总线设备与综合电子高速总线连接，实现高速数据传输和通讯。

在本发明的实施例中，VPX背板101为综合电子系统内部其它模块的安装和连接基准，VPX背板101上设置其余各个模块之间的互联电接口和通讯接口，互联接口可以为标准VPX电连接器。

在本发明的实施例中，内部低速总线112分别设置于电源模块102、测控模块103、GPS模块104、星务计算机模块105之间，星务计算机模块105对内部低速总线112具有控制权。

外部低速总线114设置于星务计算机模块105上，用于实现综合电子系统与航天器其他设备之间的指令和遥测类数据(低流量)的传输，星务计算机模块105对外部低速总线具有控制权。

在本发明的实施例中，电源模块102通过VPX连接器与VPX背板101连接，提供二次电源111和内部低速总线112。

在本发明的实施例中，测控模块103通过VPX连接器与VPX背板101连接，实现内部低速总线112连接，通过内部低速总线112向星务计算机模块105传输测控信息，并接收星务计算机模块105的各类指令数据。

在本发明的实施例中，GPS模块104通过VPX连接器与VPX背板101连接，实现内部低速总线112连接，通过内部低速总线112向星务计算机模块105传输GPS信息，并接收星务计算机模块105的各类指令数据。

在本发明的实施例中，星务计算机模块105通过VPX连接器与VPX背板101连接，实现内部低速总线112连接，通过内部低速总线112向电源模块102、测控模块103、GPS模块104传输各类指令数据，并接收其它模块的各类信息数据。

在本发明的实施例中，高速总线交换机模块106通过VPX连接器与VPX背板101连接，实现内部低速总线112连接，通过内部低速总线112向星务计算机模块105发送遥测数据，并接收来自星务计算机模块105的各类指令数据。

星务计算机模块105和高速总线交换机模块106之间的高速总线113采用直接方式连接，以将综合电子系统的大流量数据传输至高速总线交换机模块106。

高速总线交换机模块106上的高速总线接口可预留一定的设计余量，以便将航天器其它高速总线设备接入。

在本发明的实施例中，综合电子系统低速总线可以是标准CAN(控制器局域网络)总线，具体分为内CAN和外CAN：其中内CAN总线用于综合电子系统内部指令和遥测数据的传输(主要为星务计算机与其他模块之间指令和遥测数据)，外CAN用于综合电子系统跟航天器其它系统之间的指令和遥测类数据的传输；内CAN和外CAN总线遵循标准CAN总线协议，标准数据传输速率为500kbps/1Mbps，可根据需求灵活配置；高速总线选用高速时间触发网络TTE/以太网，高速总线还可根据实际需求和状态更换为光纤1553B等其他高速总线，用于传输综合电子系统与航天器其他系统之间流量较高的各种实验数据，标准数据传输速率不低于1Gbps。

通过设置内部CAN总线和外部CAN总线，可有效的将综合电子系统内部模块和航天器上其他设备进行有效的划分，以保证系统任务的有效调度和综合电子系统的独立性；

综合电子系统中星务计算机为核心，并作为航天器的“大脑”，其负责完成航天器任务的调度和任务管理。综合电子系统高低速总线均由星务计算机控制和配置，星务计算机对高低速总线具有绝对的控制权，以保证系统的可靠性。

测控模块与星务计算机模块一起配合地面测控系统，完成对航天器的跟踪、遥控、遥测、测距、测速任务，实现航天器测控功能。

GPS模块用于接收GPS卫星的导航信号，实现航天器的轨道、位置、时间等参数的确定。

高速总线交换机(如TTE/以太网交换机)用于将高速总线与航天器其他设备连接，实现其与综合电子系统之间的高速数据传输和通讯。

电源模块用于将航天器一次电源转换为综合电子系统内部所需的各种二次电源，并将其提供至内部各个模块。

VPX背板用于综合电子系统内部各个模块的互连和安装，VPX背板上设置专用的VPX连接器，其他模块均通过VPX连接器实现互相连接和通讯。

在本发明的实施例中，星载综合电子系统100可按照标准VPX架构设计，具体可根据实际需求配置为VPX 3U或VPX 6U机箱。综合电子系统内部所有模块均相应按照VPX标准进行设计和开发。

本发明在航天器分系统级架构的基础上进行简化和集成为综合电子系统，并按照标准模块化设计思想对综合电子系统进行架构设计，可有效的提高综合电子系统的标准化和通用化，利于提高研制效率。

综合电子系统内部各个模块数据交互通过内部低速CAN总线实现通讯，综合电子系统与航天器其它设备之间的低流量数据通讯(各类指令和遥测类数据)通过外部低速CAN总线实现。此方案保持了指令和数据之间的相对独立性，可有效的提高航天器数据传输效率和可靠性。

应用TTE/以太网为航天器综合电子高速总线，其传输速率可达1Gbps，可有效的解决航天器高速数据传输的难题和需求；TTE网络可满足航天器高精度时间同步应用需求；TTE和以太网网络架构和硬件系统完全兼容，可在更换应用软件的基础上实现总线应用模式的切换。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (5)

1.一种星载综合电子系统，包括：

背板，所述背板上设置其余各个模块之间的互联电接口和通讯接口；

电源模块，将航天器一次电源转换为综合电子内部所需的二次电源，所述电源模块通过连接器与所述背板连接，提供二次电源和内部低速总线；

星务计算机模块，所述星务计算机模块实现综合电子系统任务的调度和管理，所述星务计算机模块通过连接器与所述背板连接，实现内部低速总线连接，通过所述内部低速总线向星载综合电子系统内其它模块传输各类指令数据，并接收其它模块的各类信息数据，所述星务计算机模块通过高速总线与高速总线交换机模块连接，实现大流量数据传输和分发，所述星务计算机模块通过外部低速总线与星上其他低速设备连接，传输各类遥测、指令数据；以及

高速总线交换机模块，所述高速总线交换机模块用于将星上其他高速总线设备与综合电子系统连接，实现星上设备与综合电子系统之间的高速数据传输和通讯，所述高速总线交换机模块通过连接器与背板连接，实现内部低速总线连接，通过内部低速总线向星务计算机模块发送遥测数据，并接收来自星务计算机模块的指令数据，所述高速总线交换机模块通过高速总线与星务计算机模块连接，接收和传输高速数据；

测控模块，用于实现航天测控功能，所述测控模块通过连接器与背板连接，实现内部低速总线连接，通过内部低速总线向星务计算机模块传输测控信息，并接收星务计算机模块的指令数据；以及

GPS模块，用于接收来自GPS/北斗导航卫星的报文信号，通过解算确定卫星的轨道、位置、时间信息参数，所述GPS模块通过连接器与背板连接，实现内部低速总线连接，通过内部低速总线向星务计算机模块传输GPS信息，并接收星务计算机模块的指令数据；

外部低速总线，所述外部低速总线设置于星务计算机模块上，用于实现综合电子系统与星上其他设备之间的指令和遥测类数据的传输，

其中所述综合电子系统通过设置内部低速总线和外部低速总线，星务计算机同时与综合电子内部模块和星上其他设备进行通讯，传输各类遥测数据和指令；高速总线交换机模块同时与星上其他设备和星务计算机通过高速总线通讯，实现大流量数据传输和分发。

2.如权利要求1所述的星载综合电子系统，其特征在于，所述内部低速总线和外部低速总线是标准控制器局域网络CAN总线。

3.如权利要求2所述的星载综合电子系统，其特征在于，所述高速总线是高速时间触发网络TTE、以太网或光纤。

4.如权利要求3所述的星载综合电子系统，其特征在于，所述星载综合电子系统内的高速总线和低速总线均由所述星务计算机模块控制和配置。

5.如权利要求1所述的星载综合电子系统，其特征在于，所述高速总线交换机模块上的高速总线接口预留一定的余量，以便将航天器其它高速总线设备接入。

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