CN110040263B - 基于can总线的微小卫星信息系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于CAN总线的微小卫星信息系统，包括部件：星务计算机、充放电管理模块、姿轨控计算机、数传发射机、扩频应答机、USB应答机、机构控制器和试验载荷模块；各个部件之间通过CAN总线连接，所述星务计算机通过所述CAN总线向其它部件传送指令信息，同时接收其它部件的遥测信息。本发明各个功能部件间通过通信总线方式进行信息传统，通信过程受总线通信协议约束，简单、便捷、可靠性高。在本系统中覆盖了处卫星姿态控制测量部件和执行部件以外的基本所有功能部件，更有利于卫星高集成度设计。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体地，涉及基于CAN总线的微小卫星信息系统。
背景技术
传统卫星信息系统基于点对点的串行通信协议设计，例如公开号为CN101127533A的专利“星状、网状、点对点一体化卫星通信装置”，各功能部件之间通信关系繁冗，卫星电缆网设计复杂，设计过程容易出错。目前CAN总线通信技术在卫星领域已有一定范围的应用，但通信节点覆盖范围十分有限。
目前航天领域没有发现与本发明类似相关技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
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基于CAN总线的微小卫星信息系统。
根据本发明提供的一种基于CAN总线的微小卫星信息系统，包括部件：星务计算机、充放电管理模块、姿轨控计算机、数传发射机、扩频应答机、USB应答机、机构控制器和试验载荷模块；
各个部件之间通过CAN总线连接，所述星务计算机通过所述CAN总线向其它部件传送指令信息，同时接收其它部件的遥测信息。
优选地，所述CAN总线采用双路备份结构。
优选地，所述星务计算机能够提供运算和存储资源，支持应用任务运行，包括；
多种数字通信接口，能够与有效载荷等设备通信；
状态量、模拟量遥测接口，能够进行参数的遥测；
指令输出接口，能够进行蓄电池充电、放电控制；
多路配电输出接口，能够对其他部件进行驱动、供电。
优选地，所述充放电管理模块包括：
电源输入接口，能够接收太阳电池电源；
蓄电池接口，能够对蓄电池进行充电、放电管理；
电源输出接口，能够提供不调节母线电源。
优选地，所述姿轨控计算机包括：
多路数字、模拟信号接口，能够与用于姿态、轨道控制的传感器和执行机构通信；
多路配电输出接口，能够对用于姿态、轨道控制的传感器与执行机构供电。
优选地，所述数传发射机包括：
高速数据传输接口，能够接收有效载荷数据；
射频通信接口，能够与数传天线的连接；
所述数传发射机的功放部分采用铝质蒙皮包覆。
优选地，所述扩频应答机为扩频体制S频段测控应答机，包括：
射频通信接口，能够与测控天线的连接；
所述扩频应答机的功放部分采用铝制蒙皮包覆。
优选地，所述USB应答机为统一S频段测控应答机，包括：
射频通信接口，能够与测控天线的连接；
所述USB应答机的功放部分采用轻薄铝制蒙皮包覆。
优选地，所述扩频应答机和所述USB应答机互为备份关系，所述扩频应答机和所述USB应答机的信号发射部分为冷备份，信号接收部分为热备份。
优选地，所述机构控制器包括：
火工品驱动接口，能够控制微小卫星与运载火箭分离、太阳翼解锁；
步进电机驱动接口，能够驱动太阳翼电机；
模拟量采集接口，能够进行信号反馈采样。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明各个功能部件间通过通信总线方式进行信息传统，通信过程受总线通信协议约束，简单、便捷、可靠性高。在本系统中覆盖了处卫星姿态控制测量部件和执行部件以外的基本所有功能部件，更有利于卫星高集成度设计。相比于传统微小卫星信息系统，本发明具有更清晰的接口关系、更可靠的通信方法，具有一定先进性。同时，本系统采用双备份式总线设计，具有更高的通信可靠性。
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为本发明的结构框图。
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，本发明提供的一种基于CAN总线的微小卫星信息系统，包括星务计算机101、充放电管理模块102、姿轨控计算机103、数传发射机104、扩频应答机105、USB应答机106、机构控制器107和试验载荷模块108。各个部件之间通过CAN总线连接，星务计算机101通过CAN总线向其它部件传送指令信息，同时接收其它部件的遥测信息。
CAN总线采用双路备份结构，通过互为备份的CAN总线A和CAN总线B进行数据交互。规定星务计算机101为CAN总线主节点，其余均为从节点，主节点可在任意时刻向从节点发送数据，从节点仅能在得到主节点允许的情况向主节点发送数据。星务计算机101的供电由充放电管理模块102提供，为不间断供电；综合电子内部其它部件供电由星务计算机101提供，并控制其通断。CAN总线A和CAN总线B为热备份关系，在正常情况下各个节点使用CAN总线A，在应急或CAN总线A产生故障的情况下使用CAN总线B。
星务计算机101，为微小卫星的控制中枢，提供运算和存储资源，支持应用任务运行。主要包含微型处理器、FPGA、存储器、接口电路等部分。设计多种接口，其中，具有双路备份的CAN总线接口，用于与综合电子其它功能部件的数据交互；具有电源输入接口，用于接收来自充放电管理模块102的电源输入；具有配电输出接口，用于对综合电子其它部件，及有效载荷等外部设备的电源供应；具有指令输出接口，用于对充放电管理模块102充电、放电控制，及其对外部其它设备的控制；具有指令输入接口，用于接收来自扩频应答机105、USB应答机106的指令，对星务计算机101进行通电、断电及复位操作；具有模拟量采集接口，用于采集来自充放电管理模块102的母线电压信号、母线电流信号，以及来自外部其它设备的模拟信号；具有状态量采集接口，用于采集卫星与运载火箭分离、太阳翼解锁等状态信号；具有RS422双向数据传输接口，用于与有效载荷等外部设备的低速数据传输；具有LVDS、同步422等数据输入接口，用于高速接收有效载荷数据，并由星务计算机对有效载荷数据进行处理；具有LVDS输出接口，用于向数传发射机104传输有效载荷数据。
充放电管理模块102，为微小卫星能源管理中枢。选用单片式蓄电池充电、放电管理电路，具有体积小、重量轻、效率高等特点。具有电源输入接口，用于接收太阳能电池阵电源；具有蓄电池接口，用于对蓄电池进行充电、放电管理；具有电源输出接口，采用不调节母线方式，为星务计算机101提供不间断电源；具有模拟信号输出接口，向星务计算机101输出母线电压、母线电流等模拟量；具有指令采集接口，用于接收来自星务计算机101的指令，对蓄电池充电、放电进行控制。
姿轨控计算机103，为微小卫星姿态、轨道控制中枢。主要包含处理器、FPGA、存储器、接口电路等部分。设计多种接口，其中，具有双路备份的CAN总线接口，用于与星务计算机101的数据交互；具有电源输入接口，用于接收来自星务计算机101的电源输入；具有配电输出接口，用于对姿态、轨道控制传感器、执行器供电；具有PWM驱动接口，可用于对磁力矩器等其它外部设备的驱动；具有指令输出接口，可用于对推力器、阀门等其它外部设备的控制；具有模拟量采集接口，可用于采集来自模拟太阳角计等外部其它设备的模拟信号；具有状态量采集接口，可用于采集卫星与运载火箭分离等状态信号；具有RS422双向数据传输接口，可用于与飞轮、星敏感器等外部其它设备的数据交互。
数传发射机104，为微小卫星有效载荷数据对地传输单元。选用高效率功放模块，具有低功耗、高速率等特点；在技术方案上，功放部分采用轻薄铝质蒙皮包覆，具有较好电磁兼容特性。设计多种接口，其中，具有电源输入接口，用于接收来自星务计算机101的电源输入；具有LVDS数据输入接口，用于接收经由星务计算处理的有效载荷数据；具有射频输出接口，用于连接数传天线。
扩频应答机105，为扩频体制S频段测控应答机；USB应答机106，为统一S频段测控应答机。微小卫星通过两台应答机，接收地面遥控命令，向地面传送微小卫星遥测数据。两台应答机为互为备份的关系，其中数据接收部分为热备份，数据发送部分为冷备份。两台应答机采用相同的硬件方案，通过设计不同的软件，分别实现扩频与USB功能。两台应答机功放部分采用轻薄铝质蒙皮包覆，具有较好电磁兼容特性。两台应答机均设计有多种接口，其中，具有双路备份的CAN总线接口，用于与星务计算机101的数据交互；具有电源输入接口，用于接收来自星务计算机101的电源输入；具有射频输入与输出接口，分别用于连接接收与发送测控天线；具有指令输出接口，用于对星务计算机101进行通电、断电及复位操作，两台应答机的指令输出接口为短接关系。
机构控制器107，为微小卫星机构部件执行模块。设计有多种接口，其中，具有双路备份的CAN总线接口，用于与星务计算机101的数据交互；具有电源输入接口，用于接收来自星务计算机101的电源输入；具有火工品驱动接口，可用于控制微小卫星与运载火箭分离、太阳翼解锁等；具有多路电机驱动接口，可用于对太阳翼、机械臂等外部其它设备的驱动电机控制；具有模拟量采集接口，可用于采集太阳翼、机械臂等外部其它设备的执行状态。
试验载荷模块108，为微小卫星综合电子内部的试验平台，主要用于元器件、部组件等空间试验任务。设计有多种接口，其中，具有双路备份的CAN总线接口，用于与星务计算机101的数据交互；具有电源输入接口，用于接收来自星务计算机101的电源输入。
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 (1)
1.一种基于CAN总线的微小卫星信息系统，其特征在于，包括部件：星务计算机、充放电管理模块、姿轨控计算机、数传发射机、扩频应答机、USB应答机、机构控制器和试验载荷模块；
各个部件之间通过CAN总线连接，所述星务计算机通过所述CAN总线向其它部件传送指令信息，同时接收其它部件的遥测信息；
所述充放电管理模块包括：
电源输入接口，能够接收太阳电池电源；
蓄电池接口，能够对蓄电池进行充电、放电管理；
电源输出接口，能够提供不调节母线电源；
所述姿轨控计算机包括：
多路数字、模拟信号接口，能够与用于姿态、轨道控制的传感器和执行机构通信；
多路配电输出接口，能够对用于姿态、轨道控制的传感器与执行机构供电；
所述数传发射机包括：
高速数据传输接口，能够接收有效载荷数据；
射频通信接口，能够与数传天线连接；
所述数传发射机的功放部分采用铝质蒙皮包覆；
所述机构控制器包括：
火工品驱动接口，能够控制微小卫星与运载火箭分离、太阳翼解锁；
步进电机驱动接口，能够驱动太阳翼电机；
模拟量采集接口，能够进行信号反馈采样；
所述星务计算机能够提供运算和存储资源，支持应用任务运行，包括：
多种数字通信接口，能够与有效载荷设备通信；
状态量、模拟量遥测接口，能够进行参数的遥测；
指令输出接口，能够进行蓄电池充电、放电控制；
多路配电输出接口，能够对其他部件进行驱动、供电；
所述CAN总线采用双路备份结构；
所述扩频应答机为扩频体制S频段测控应答机，包括：
射频通信接口，能够与测控天线连接；
所述扩频应答机的功放部分采用铝制蒙皮包覆；
所述USB应答机为统一S频段测控应答机，包括：
射频通信接口，能够与测控天线连接；
所述USB应答机的功放部分采用轻薄铝制蒙皮包覆；
所述扩频应答机和所述USB应答机互为备份关系，所述扩频应答机和所述USB应答机的信号发射部分为冷备份，信号接收部分为热备份；
星务计算机为CAN总线主节点，其余均为从节点，主节点在任意时刻向从节点发送数据，从节点仅能在得到主节点允许的情况向主节点发送数据，星务计算机的供电由充放电管理模块提供，为不间断供电，除星务计算机和充放电管理模块以外的其它部件供电由星务计算机提供并控制通断。
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