CN111030746B - 用于微纳卫星的电子拓扑架构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及星载电子系统领域内的适用于微纳卫星的电子拓扑架构，由一台单机组成，包括处理器模块A/B、功能模块、对地扩频测控模块、小S中继测控模块、数据保护模块、固存和AOS模块、GPS/BD模块组成、数传发射机组成；在信息拓扑上，将数据管理软件和姿轨控软件合并运行、遥测组帧和遥控处理由FPGA统一处理、具备对地扩频和小S中继两套测控冗余链路、集成数传链路的数据处理与对地传输功能。本发明实现了微纳卫星电子信息功能综合、集中控制，具备扩展性和通用性。

Description

用于微纳卫星的电子拓扑架构

技术领域

本发明涉及星载电子系统领域，具体地，涉及微纳卫星的高集成度综合电子拓扑架构技术。

背景技术

传统卫星一般是把卫星的各种功能分成分系统，卫星各分系统逐个进行设计，然后把它们叠加起来。这种设计方法的优点是卫星能够很好地满足所承担任务要求。缺点就是花费时间、人力和财力太大。卫星成本很高，研制周期长。

自20世纪80年代以来，随着许多新技术和研究成果的发展，世界主要航天国家的科研机构、航天事业团体和高等院校纷纷开展微纳卫星的相关研究工作，先后研制并发射了众多的微纳卫星，微纳卫星的发展在数量上将远远超过传统的大型卫星，其中微纳卫星标准化、模块化设计已经成为研究热点。

目前我国积极研制自己的微纳卫星，显然在微纳卫星愈加需求的当今，对卫星的体积、重量、成本、研制周期和性能要求更高，传统卫星研制已经暴露出越来越多的弊端，不能满足微纳卫星体积小、轻型化、体积成本低、研制周期短和高性能的要求。

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用于微纳卫星综合电子拓扑架构技术。

根据本发明提供的一种用于微纳卫星的电子拓扑架构，由一台单机组成，包括处理器模块A/B、GPS/BD模块、功能模块、对地扩频测控模块、数据保护模块、固存和AOS模块、数传发射机；

所述处理器模块A/B模块间由通信接口进行相互通信和监测状态；

所述功能模块接收一、二次电源输入，完成整星模拟量采集、驱动控制和部分控制供电功能；

所述GPS/BD模块接收GPS信号并进行定位；

所述对地扩频测控模块接收上行遥控信号，经过处理将PCM遥控信号发送给处理器模块A/B，并且接收处理器模块A/B的整星遥测PCM数据，经扩频、调制后发送至测控天线；

所述数据保护模块根据需要对遥测、遥控及数传数据的明密状态切换；

所述固存和AOS模块接收载荷数据并完成数据保护处理；

所述数传发射机接收数传数据，将放大后的信号进行对地传送。

一些实施例中，所述单机中还包括小S中继测控模块，所述小S中继测控模块接收上行遥控信号，经过处理将PCM遥控信号发送给处理器模块A/B，并且接收处理器模块A/B的整星遥测PCM数据，经扩频、调制后发送至S中继测控功放。本发明通过合理进行降额设计和系统容错设计，选择通用化元器件，既简化了研制流程，缩短了研制时间，又极大的减少了研制成本。

一些实施例中，所述处理器模块A/B模块采用两套相同的电路设计，支持冷热备份。

一些实施例中，所述处理器模块A\B通过FPGA对遥测组帧和遥控处理功能进行一体化集成，并由FPGA完成传统计算机遥测遥控信道关口的功能。

一些实施例中，所述处理器模块A\B对遥测组帧和遥控处理功能一体化集成包括如下步骤：

数据输入步骤：按照优先级策略，选择来自对地扩频测控模块或小S中继测控模块传送的某一路遥控PCM码数据进行输入；

后端输出步骤：将输入的遥控PCM码解扰、CRC校验和帧格式解析后直接送后端输出，或送数据保护模块进行签名认证及解密后再送后端输出；

遥控帧类型进行判断步骤：若是直接指令或间接指令，则处理后直接输出OC门或在内部直接执行；若是内部指令或注数指令，则处理后通过RS422接口将指令码发送至各功能模块执行；

组帧打包步骤：接收各分系统的遥测数据，并完成整星遥测的组帧打包。

一些实施例中，所述GPS/BD模块包括低噪声放大模块、下变频及采样模块、信号解调与通道模块。

一些实施例中，所述单机中的测控链路冗余设计，所述测控链路兼顾对地扩频测控模块和小S中继测控模块两种体制。

一些实施例中，所述测控链路冗余设计为：上行具备同时接收对地扩频测控模块和小S中继测控模块两路遥控信号的能力，按照优先级策略，选择指令输入；下行整星遥测由计算机进行组帧后，发送至对地扩频测控模块和小S中继测控模块进行地面下传。

一些实施例中，所述固存与AOS模块通过LVDS接口完成载荷数据接收，进行CCSDS格式编排，通过422接口完成数据保护处理。

一些实施例中，所述数传发射机通过LVDS接口完成数传数据接收，进行编码加扰，然后将编码后的数据送入调制单元生成调制信号，最后将调制信号送入功放单元进行放大，放大后的信号经高频电缆传至天线进行对地传送。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过合理进行降额设计和系统容错设计，选择通用化元器件，既简化了研制流程，缩短了研制时间，又极大的减少了研制成本。

2、本发明采用先进的微电子、微机电和一体化等技术，由现在的各个功能模块替代了各系统的电子设备，减少了接口和相互之间连接线，简化了整星结构，打破了传统卫星分工界限，实现了高度集成，构建了模块化和标准化微纳卫星综合电子平台。

3、本发明采用先进的微电子、微机电和一体化技术，使微纳卫星综合电子系统具有明显的先进性，满足了未来50kg以下微纳卫星的成本低、体积小、重量轻、研制周期短的需求。

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为用于微纳卫星的电子拓扑架构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提出的一种适用于微纳卫星的综合电子拓扑架构作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更加清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的，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。

本发明的核心思想在于提供一种适用于微纳卫星的电子拓扑架构。

请参考图1，本发明由一台单机组成，包括处理器模块A/B、功能模块、GPS/BD模块、对地扩频测控模块、小S中继测控模块、数据保护模块、固存和AOS模块及数传发射机等模块。上述的技术方案，采用先进的微电子、微机电和一体化等技术，由现在的各个功能模块替代了各系统的电子设备，减少了接口和相互之间连接线，简化了整星结构，打破了传统卫星分工界限，实现了高度集成，构建了模块化和标准化微纳卫星综合电子平台。

所述处理器模块A/B，采用两套相同的电路设计，支持冷热备份，模块间由通信接口进行相互通信和监测状态。

所述功能模块，接收一、二次电源输入，完成整星模拟量采集、驱动控制和部分控制供电功能。

所述GPS/BD模块，由低噪声放大模块，下变频及采样模块，信号解调、通道模块等组成，完成GPS信号接收和定位。

所述对地扩频测控模块：接收上行遥控信号，经过处理将PCM遥控信号发送给处理器模块A/B，接收处理器模块A/B的整星遥测PCM数据，经扩频、调制后发送至测控天线。

所述小S中继测控模块，接收上行遥控信号，经过处理将PCM遥控信号发送给处理器模块A/B；接收处理器模块A/B的整星遥测PCM数据，经扩频、调制后发送至S中继测控功放。

所述数据保护模块，根据需要完成遥测、遥控及数传数据的明密状态切换。

所述固存和AOS模块，完成载荷数据、工程遥测数据存储，并按照CCSDS格式对数据进行编排，提供灵活的业务数据读写模式。

所述数传发射机，接收有效LVDS数据和LVDS时钟信号，经LVDS接口芯片转换后送入FPGA完成数据编码加扰，再将编码后数据送入调制模块生成调制信号，最后将调制信号送入功率放大模块进行放大，放大后的信号经高频电缆传至天线进行对地传送。

在信息拓扑上，将数据管理软件和姿轨控软件合并运行、遥测组帧和遥控处理由FPGA统一处理、具备对地扩频和小S中继两套测控冗余链路、集成数传链路的数据处理与对地传输功能。

请参考图1，本发明将遥测组帧和遥控处理功能通过处理器模块A\B的FPGA进行一体化集成，由FPGA完成传统计算机遥测遥控信道关口的功能，其步骤如下：

·按照优先级策略，选择来自星地扩频测控模块或小S中继测控模块送来的某一路遥控PCM码数据进行输入；

·将输入的遥控PCM码解扰、CRC校验和帧格式解析后直接送后端输出，或送数据保护模块进行签名认证及解密后再送后端输出；

·对遥控帧类型进行判断：若是直接指令或间接指令，则处理后直接输出OC门或在内部直接执行；若是内部指令或注数指令，则处理后通过RS422接口将指令码发送至各功能模块执行；

·接收各分系统的遥测数据，并完成整星遥测的组帧打包。

请参考图1，本发明将测控链路冗余备份，兼顾对地扩频体制和小S中继两种体制。上行具备同时接收两路遥控信号的能力，按照优先级策略，选择指令输入；下行整星遥测由计算机进行组帧后，发送至对地扩频测控模块和小S中继测控模块进行地面下传。

请参考图1，本发明集成固存与AOS模块、数传发射机等模块，完成数传数据的复接存储、格式编排、LDPC编码、加扰、调制、功率放大等功能；固存与AOS模块通过LVDS接口完成载荷数据接收，进行CCSDS格式编排，通过422接口完成数据保护处理；数传发射机通过LVDS接口完成数传数据接收，进行编码加扰，然后将编码后的数据送入调制单元生成调制信号，最后将调制信号送入功放单元进行放大，放大后的信号经高频电缆传至天线进行对地传送。

综上所述，本发明通过合理进行降额设计和系统容错设计，选择通用化元器件，既简化了研制流程，缩短了研制时间，又极大的减少了研制成本；本发明采用先进的微电子、微机电和一体化等技术，由现在的各个功能模块替代了各系统的电子设备，减少了接口和相互之间连接线，简化了整星结构，打破了传统卫星分工界限，实现了高度集成，构建了模块化和标准化微纳卫星综合电子平台；本发明采用先进的微电子、微机电和一体化技术，使微纳卫星综合电子系统具有明显的先进性，满足了未来50kg以下微纳卫星的成本低、体积小、重量轻、研制周期短的需求。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

Claims (4)

1.一种用于微纳卫星的电子拓扑装置，其特征在于，由一台单机组成，包括处理器模块A/B、GPS/BD模块、功能模块、对地扩频测控模块、小S中继测控模块、数据保护模块、固存和AOS模块、数传发射机；

所述处理器模块A/B模块间由通信接口进行相互通信和监测状态；

所述功能模块接收一、二次电源输入，完成整星模拟量采集、驱动控制和部分控制供电功能；

所述GPS/BD模块接收GPS信号并进行定位；

所述对地扩频测控模块接收上行遥控信号，经过处理将PCM遥控信号发送给处理器模块A/B，并且接收处理器模块A/B的整星遥测PCM数据，经扩频、调制后发送至测控天线；

所述小S中继测控模块用于接收上行遥控信号，接收整星遥测PCM数据，所述小S中继测控模块经过处理将PCM遥控信号发送给处理器模块A/B，并且接收处理器模块A/B的整星遥测PCM数据，经扩频、调制后发送至小S中继测控功放，与对地扩频测控模块在功能上备份；

所述数据保护模块用于对遥测、遥控及数传数据的明密状态切换；

所述固存和AOS模块接收载荷数据并完成数据保护处理；

所述数传发射机接收数传数据，将放大后的信号进行对地传送；

所述处理器模块A/B对遥测组帧和遥控处理功能一体化集成包括如下步骤：

数据输入步骤：按照优先级策略，选择来自对地扩频测控模块或小S中继测控模块传送的某一路遥控PCM 码数据进行输入；

后端输出步骤：将输入的遥控PCM码解扰、CRC校验和帧格式解析后直接送后端输出，或送数据保护模块进行签名认证及解密后再送后端输出；

遥控帧类型进行判断步骤：若是直接指令，则处理后直接输出OC门或在内部直接执行；若是间接指令，则处理后直接输出OC门或在内部直接执行；若是内部指令或注数指令，则处理后通过RS422接口将指令码发送至各功能模块执行；

组帧打包步骤：接收各分系统的遥测数据，并完成整星遥测的组帧打包；

所述处理器模块A/B模块采用两套相同的电路设计，支持冷热备份；

所述处理器模块A/B通过FPGA对遥测组帧和遥控处理功能进行一体化集成，并由FPGA完成传统计算机遥测遥控信道关口的功能；

所述单机中的测控链路冗余设计，所述测控链路兼顾对地扩频测控模块和小S中继测控模块两种体制；

所述测控链路冗余设计为：上行具备同时接收对地扩频测控模块和小S中继测控模块两路遥控信号的能力，按照优先级策略，选择指令输入；下行整星遥测由计算机进行组帧后，发送至对地扩频测控模块和小S中继测控模块进行地面下传。

2.根据权利要求1所述的用于微纳卫星的电子拓扑装置，其特征在于，所述GPS/BD模块包括低噪声放大模块、下变频及采样模块、信号解调与通道模块。

3.根据权利要求1所述的用于微纳卫星的电子拓扑装置，其特征在于，所述固存与AOS模块通过LVDS接口完成载荷数据接收，进行CCSDS格式编排，通过422接口完成数据保护处理。

4.根据权利要求1所述的用于微纳卫星的电子拓扑装置，其特征在于，所述数传发射机通过LVDS接口完成数传数据接收，进行编码加扰，然后将编码后的数据送入调制单元生成调制信号，最后将调制信号送入功放单元进行放大，放大后的信号经高频电缆传至天线进行对地传送。

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