CN109660291A - 一种载荷复用卫星的总体硬件架构 - Google Patents

一种载荷复用卫星的总体硬件架构 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种载荷复用卫星的总体硬件架构，包括：综合载荷硬件架构和卫星平台硬件架构；所述综合载荷硬件架构和所述卫星平台硬件架构之间通过CAN总线和以太网进行信息传输。本发明是面向在轨软件定义卫星的功能重构特性进行设计的，可提升卫星设计阶段硬件通用化程度，在轨阶段多载荷协同功能重构和卫星在异常运行情况下的故障修复能力，是实现卫星高功能密度比、高容错、高可靠性、强生存运行的重要保障。

Description

一种载荷复用卫星的总体硬件架构
技术领域
本发明涉及卫星架构设计领域，具体地，涉及一种载荷复用卫星的总体硬件架构。
背景技术
传统卫星通常采用单一载荷的配置方式，存在功能固化、效费比较低等缺点，装配多种载荷、提升功能密度比是卫星的发展趋势之一。由于雷达设备、通信设备等微波类卫星载荷的工作原理相似、硬件设备相近，载荷硬件存在复用的可能性。载荷复用卫星通过硬件复用的方式实现卫星载荷综合，仅用一套载荷硬件即可实现多种载荷功能，是提高卫星功能密度比、提升航天装备智能化能力的一种有效手段。
载荷复用卫星的总体硬件架构，一方面需要适应载荷硬件综合的需求；另一方面，“一星多用”使得星上资源调度和卫星工作模式切换的复杂程度大大增加，需要通过在轨软件重构的方式控制综合载荷分时工作、分时复用，但是传统卫星功能固化、硬件重构几乎不可能，因此需要通过更新软件程序进行功能的二次定义，载荷复用卫星的总体硬件架构还需要适应在轨软件定义的需求。综上所述，传统的卫星总体硬件架构已不能适应载荷复用卫星硬件复用、在轨软件定义的特点，新型的卫星总体硬件架构是载荷复用卫星工程实现的重要基础。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种载荷复用卫星的总体硬件架构。
根据本发明提供的一种载荷复用卫星的总体硬件架构，包括：综合载荷硬件架构和卫星平台硬件架构；所述综合载荷硬件架构和所述卫星平台硬件架构之间通过CAN总线和以太网进行信息传输。
较佳的，所述综合载荷硬件架构，包括：
综合孔径模块：在发射状态下向指定方向辐射信号，在接收状态下接收目标辐射源信号或回波信号；
综合射频模块：将射频信号进行滤波放大、模拟合成与变频；
综合处理模块：将射频信号进行信号采集、量化，处理为标准格式的数据，数据压缩后存储或直接对地下传；
综合管控模块：接收卫星平台发出的遥控指令，根据遥控指令执行对应的操作；
载荷重构控制器：通过软件定义对所述综合处理模块和所述综合管控模块进行重构。
较佳的，所述卫星平台硬件架构，包括：综合电子硬件子架构、综合接口模块和平台分系统硬件子架构，所述综合电子硬件子架构通过所述综合接口模块连接所述平台分系统硬件子架构。
较佳的，所述综合电子硬件子架构，包括：
存储单元，用于数据存储；
主控计算机单元，执行遥测遥控管理、热控管理、电源管理、FDIR、时间管理、总线网络管理和信息安全管理；
数传处理模块，分发处理载荷数据，或通过总线发送至所述存储单元；
遥测处理模块，处理遥测数据；
平台重构控制器，执行重构操作。
较佳的，所述平台分系统硬件子架构包括推进、热控、电源、姿态测量和姿态控制在内的分系统模块，所述平台重构控制器重构各个分系统模块的功能逻辑。
较佳的，所述综合接口模块和所述平台分系统硬件子架构之间通过CAN、RS422或1553B总线进行数据传输。
较佳的，所述综合载荷硬件架构，包括：
综合孔径模块：在发射状态下向指定方向辐射信号，在接收状态下接收目标辐射源信号或回波信号；
综合射频模块：将射频信号进行滤波放大、模拟合成与变频；
综合处理模块：将射频信号进行信号采集、量化，处理为标准格式的数据，数据压缩后存储或直接对地下传；
综合管控模块：接收卫星平台发出的遥控指令，根据遥控指令执行对应的操作；
载荷重构控制器：通过软件定义对所述综合处理模块和所述综合管控模块进行重构；
所述卫星平台硬件架构，包括：综合电子硬件子架构、综合接口模块和平台分系统硬件子架构，所述综合电子硬件子架构通过所述综合接口模块连接所述平台分系统硬件子架构；
所述综合电子硬件子架构，包括：
存储单元，用于数据存储；
主控计算机单元，执行遥测遥控管理、热控管理、电源管理、FDIR、时间管理、总线网络管理和信息安全管理；
数传处理模块，分发处理载荷数据，或通过总线发送至所述存储单元；
遥测处理模块，处理遥测数据；
平台重构控制器，执行重构操作。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明是面向在轨软件定义卫星的功能重构特性进行设计的，可提升卫星设计阶段硬件通用化程度，在轨阶段多载荷协同功能重构和卫星在异常运行情况下的故障修复能力，是实现卫星高功能密度比、高容错、高可靠性、强生存运行的重要保障。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的一种载荷复用卫星的总体硬件架构的总体硬件架构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供的一种载荷复用卫星的总体硬件架构，包括：综合载荷硬件架构和卫星平台硬件架构；综合载荷硬件架构和卫星平台硬件架构之间通过CAN总线和以太网进行信息传输。其中，CAN总线实现各种低速、实时性强的指令和数据通信，以太网完成载荷大数据量通信。
综合载荷硬件架构，包括：
综合孔径模块：在发射状态下向指定方向辐射信号，在接收状态下接收目标辐射源信号或回波信号；
综合射频模块：将射频信号进行滤波放大、模拟合成与变频；
综合处理模块：将射频信号进行信号采集、量化，处理为标准格式的数据，数据压缩后存储或直接对地下传；
综合管控模块：接收卫星平台发出的遥控指令，根据遥控指令执行对应的操作，根据遥控指令选择相应的工作模式、综合孔径的波束指向、综合孔径的工作波形等；
载荷重构控制器：通过高可靠的反熔丝FPGA实现，经过校验后对指定的FPGA部分或全部区域加注软件，通过软件定义对综合处理模块和综合管控模块进行重构。
卫星平台硬件架构，包括：综合电子硬件子架构、综合接口模块和平台分系统硬件子架构，综合电子硬件子架构通过综合接口模块连接平台分系统硬件子架构。
综合电子硬件子架构，包括：
存储单元，用于数据存储；
主控计算机单元(CPU)，执行遥测遥控管理、热控管理、电源管理、FDIR、时间管理、总线网络管理和信息安全管理；
数传处理模块，分发处理载荷数据，或通过总线发送至存储单元；
遥测处理模块，处理遥测数据，完成遥测数据打包处理、加扰处理等操作；
平台重构控制器，执行重构操作，通过高可靠的反熔丝FPGA实现，用于对综合载荷的数据运算等处理进行重构，也可实现对遥测数据打包格式、加扰处理方式等进行重构。
平台分系统硬件子架构包括推进、热控、电源、姿态测量和姿态控制在内的分系统模块，平台重构控制器重构各个分系统模块的功能逻辑。
综合接口模块和平台分系统硬件子架构之间通过CAN、RS422或1553B总线进行数据传输。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种载荷复用卫星的总体硬件架构，其特征在于，包括：综合载荷硬件架构和卫星平台硬件架构；所述综合载荷硬件架构和所述卫星平台硬件架构之间通过CAN总线和以太网进行信息传输。
2.根据权利要求1所述的载荷复用卫星的总体硬件架构，其特征在于，所述综合载荷硬件架构，包括：
综合孔径模块：在发射状态下向指定方向辐射信号，在接收状态下接收目标辐射源信号或回波信号；
综合射频模块：将射频信号进行滤波放大、模拟合成与变频；
综合处理模块：将射频信号进行信号采集、量化，处理为标准格式的数据，数据压缩后存储或直接对地下传；
综合管控模块：接收卫星平台发出的遥控指令，根据遥控指令执行对应的操作；
载荷重构控制器：通过软件定义对所述综合处理模块和所述综合管控模块进行重构。
3.根据权利要求1所述的载荷复用卫星的总体硬件架构，其特征在于，所述卫星平台硬件架构，包括：综合电子硬件子架构、综合接口模块和平台分系统硬件子架构，所述综合电子硬件子架构通过所述综合接口模块连接所述平台分系统硬件子架构。
4.根据权利要求3所述的载荷复用卫星的总体硬件架构，其特征在于，所述综合电子硬件子架构，包括：
存储单元，用于数据存储；
主控计算机单元，执行遥测遥控管理、热控管理、电源管理、FDIR、时间管理、总线网络管理和信息安全管理；
数传处理模块，分发处理载荷数据，或通过总线发送至所述存储单元；
遥测处理模块，处理遥测数据；
平台重构控制器，执行重构操作。
5.根据权利要求3所述的载荷复用卫星的总体硬件架构，其特征在于，所述平台分系统硬件子架构包括推进、热控、电源、姿态测量和姿态控制在内的分系统模块，所述平台重构控制器重构各个分系统模块的功能逻辑。
6.根据权利要求3所述的载荷复用卫星的总体硬件架构，其特征在于，所述综合接口模块和所述平台分系统硬件子架构之间通过CAN、RS422或1553B总线进行数据传输。
7.根据权利要求1所述的载荷复用卫星的总体硬件架构，其特征在于，所述综合载荷硬件架构，包括：
综合孔径模块：在发射状态下向指定方向辐射信号，在接收状态下接收目标辐射源信号或回波信号；
综合射频模块：将射频信号进行滤波放大、模拟合成与变频；
综合处理模块：将射频信号进行信号采集、量化，处理为标准格式的数据，数据压缩后存储或直接对地下传；
综合管控模块：接收卫星平台发出的遥控指令，根据遥控指令执行对应的操作；
载荷重构控制器：通过软件定义对所述综合处理模块和所述综合管控模块进行重构；
所述卫星平台硬件架构，包括：综合电子硬件子架构、综合接口模块和平台分系统硬件子架构，所述综合电子硬件子架构通过所述综合接口模块连接所述平台分系统硬件子架构；
所述综合电子硬件子架构，包括：
存储单元，用于数据存储；
主控计算机单元，执行遥测遥控管理、热控管理、电源管理、FDIR、时间管理、总线网络管理和信息安全管理；
数传处理模块，分发处理载荷数据，或通过总线发送至所述存储单元；
遥测处理模块，处理遥测数据；
平台重构控制器，执行重构操作。
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