CN111147339B - 一种基于总线路由的遥感卫星综合电子系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于总线路由的遥感卫星综合电子系统，包括：控制模块、路由模块、计算模块、存储模块、调制适配模块。路由总线作为高速数据通道实现计算、存储、调制适配等模块间的相互连通，系统内部数据流向灵活可控。计算、存储等模块采用环备份设计，无固定对应使用关系，模块间单板可任意组合通讯。计算模块采用高性能计算平台，与存储模块配合完成高速载荷数据的在轨智能处理，支持软件在轨上注、任务更换及扩展。上述综合电子解决了遥感卫星数据处理与传输系统综合电子数据流向固定、功能简单且不可更改的问题。

Description

一种基于总线路由的遥感卫星综合电子系统
技术领域
本发明提出了一种基于总线路由的遥感卫星综合电子系统，涉及遥感卫星数据处理与传输领域。
背景技术
随着遥感卫星分辨率的不断提高，导致遥感图像数据量急剧增大，导致载荷数据接口变多，后端数据处理设备硬件资源需求扩张。然而这与当今航天系统集成化，小型化的发展趋势相矛盾。综合电子设备是包含多种功能模块的集成设备，作为具有一定功能的数据处理系统，完美的解决了这一矛盾。
现有综合电子设计主要简单的将数据处理与传输设备集成在一台单机内，包括数据压缩模块、数据存储模块、编码模块、控制模块、供电模块，其内部关键设备采用主份冷备份设计，主备份间硬件连接关系固定，不可交叉，板间数据流向单一，主份或备份有一个模块出现问题便使整条数据处理链路不能使用，使系统可靠性大大降低。因而需要研制一种内部模块间不受硬件连接关系束缚、数据流向灵活可控、数据处理速率高的综合电子系统。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于路由总线的遥感卫星综合电子系统，该系统内部功能模块采用环形备份模块间通过路由总线互联，可以实现高可靠性的数据流向灵活配置、处理。
本发明的技术方案是：一种基于总线路由的遥感卫星综合电子系统，包括控制模块、存储模块、计算模块、调制适配模块、路由模块，其中：
控制模块：控制模块包括CAN总线、时间基准接口、下位机；所述下位机作为综合电子系统内部控制总线RS485总线主节点，包括A、B两条总线，用于与路由模块、调制适配模块、计算模块、存储模块完成相关通信；
下位机接收星务CAN总线数据，完成协议格式转换，通过下位机的RS485总线完成整机的遥控遥测功能；所述RS485总线采用一机对多机的通迅方式，其中下位机为主机，路由、调制适配、计算、存储为从机，采用主从应答方式；
存储模块：存储模块以非易失性芯片作为存储介质，选用FPGA作为核心控制器，通过高速GTX接口实现与外部高速数据的交互，实现数据存储；
计算模块：计算模块接收路由模块送来的载荷图像数据；针对载荷图像进行压缩比可配置的JPEG-LS压缩，并完成压缩码流与图像辅助数据的拼接；同时进行预处理、地理位置提取、目标检测；
所述预处理包括图像的云判、辐射校正、几何校正，所述地理位置提取根据地面上注经纬度信息截取图像切片；
所述目标检测包括检测飞机、舰船、车辆目标，并计算目标经纬度；
调制适配模块：调制适配模块根据RS485总线完成向路由模块的数据回放请求，接收来自路由的回放数据，对数据流进行统一的格式编排、加密、加扰处理；
路由模块：路由模块中包括1片Xilinx FPGA1和1片Actel FPGA2，作为实现综合电子系统内部所有模块间数据交互的高速通道，使内部数据交互不受硬件对应关系限制；路由模块接收控制模块送来的RS485总线控制信号，Actel FPGA2对接收信号进行解析，识别当前工作任务，Xilinx FPGA1根据工作任务对载荷数据进行路由管理，载荷数据压缩任务时，路由模块控制载荷数据流依次通过计算模块、存储模块、调制适配模块，在轨智能处理任务时，路由模块控制载荷数据流在存储模块与计算模块间双向交互。
所述计算模块包含三块配置完全相同的计算板，三块单板采用环备份设计，根据处理任务不同，设置其中任意一块或任意两块单板工作。
所述存储模块包含三块配置完全相同的存储板，单板存储能力为3Tb，单板记录速率9Gbps；根据整星工作模式规划，设置其中任意一块或任意两块单板工作。
所述计算模块与存储模块通过路由总线进行互联，计算与存储模块间单板可任意一对多、多对多双向通信，内部数据流向根据工作模式灵活配置。
所述工作模式包括压缩记录模式、原始记录模式、准实传模式、回放模式和图像智能处理模式；不同工作模式数据流向不同，系统内部工作模块不同；根据整星任务要求通过下位机将工作模式广播给各个模块，模块间依据工作模式设置进行数据流向控制。
所述工作模式具体为：
记录模式：路由接收载荷数据，与辅助数据复接后送计算模块，由计算模块对数据进行压缩处理，压缩码流通过路由记录到存储模块；
原始记录模式：路由接收载荷数据，与辅助数据复接后，直接记录到存储模块；
准实传模式：路由接收载荷数据，与辅助数据复接后送计算模块，由计算模块对数据进行压缩处理，压缩码流通过路由记录到存储模块，存储数据同时通过路由回放给调制适配模块，进而通过通道设备进行传输；
回放模式：在接收到回放指令后，存储模块将数据通过路由回放给调制适配模块，进而通过后的通道设备进行传输；
智能处理模式：路由接收载荷数据，与辅助数据复接后送计算模块，由计算模块对数据进行预处理，预处理数据通过路由记录到存储模块；存储数据回流至计算板进行区域提取或目标检测处理，同时将处理结果再次记录到存储模块。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明提出了一种基于路由总线的遥感卫星综合电子系统，系统数据处理能力强，集成度高，解决了遥感卫星小型化与海量数据处理下硬件资源扩张的矛盾；
(2)本发明采用路由总线实现模块间数据全互联通信，系统内部数据流向自主可控，可根据不同工作模式将数据送往相应工作模块，实时数据接收处理能力20Gbps，在同等重量系统中性能最优、功能最强、使用方式最灵活；
(3)本发明系统内部采用环备份方式，无主备一一对应关系，个别模块处出现故障后不会因连接关系影响其他模块使用，系统可靠性高；
附图说明
图1为本发明RS485总线框图；
图2为本发明模块间路由互联框图；
图3(a)为本发明数据记录及回放数据流框图。
图3(b)为本发明数据原始记录数据流框图。
图3(c)为本发明数据智能处理数据流框图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实现示例来说明本发明的具体实现：
如图1所示为本发明综合电子内部485总线控制系统，下位机作为主节点，与路由模块、调制适配模块、计算模块、存储模块完成相关通信。
其中，数传下位机接收星务CAN总线完成协议格式转换，通过下位机的RS485总线完成整机的遥控遥测功能。RS485总线采用一机对多机的通迅方式，下位机为主机，路由、调制适配、计算、存储为从机，采用主从应答方式。
如图2所示为本发明模块间路由互联框图，包括下位机、路由模块、存储模块、计算模块、调制适配模块。
路由模块：通过RS485芯片接收下位机发送过来的相关总线工作模式，
接收载荷数据，根据工作设置，实现综合电子系统内部模块间数据交互；
计算模块：接收控制板送来的RS485总线控制信号，通过信号解析后，完成工作模式、数据请求、遥测信号解析，完成总线通信功能。接收来自路由模块的高速GTH数据，完成GTH数据的变换，变换为载荷数据、门控、时钟。计算模块内部处理模块包含压缩模块和智能处理模块。
压缩模块：根据控制总线命令完成载荷图像数据的FIFO缓存、分块，完成实时压缩，图像数据进行JPEG-LS压缩，根据压缩比控制信号选择完成低压缩比或者高压缩比压缩并完成码流拼接；拼接后码流按照AOS格式输出，并完成CRC校验功能，根据控制总线命令完成码流拼接后GTH合路输出，经路由模块最终将压缩码流输出至存储模块记录。
智能处理模块：辐射校正处，按照相对辐射校正算法，完成按行输出的图像数据的辐射校正。云判处理，按照分块图像完成云判功能。基于舰船/飞机目标检测，按照舰船/飞机检测算法，完成分块图像的舰船/飞机检测，支持切片输出和原始数据输出两种功能；其中原始数据输出时，将舰船/飞机检测的图像坐标和大小输出在辅助数据中。
存储模块：通过RS485总线管理实现遥控解析、遥测状态上报，存储文件系统管理与维护、检索和工作表下传，高速数据的文件记录、回放管理。记录模式下，将底板RocketIO送来的数据进行解译，送入数据写控制完成数据写功能，回放模式下，读取存储器内数据，将数据组合成满足Rocket IO接口要求的格式，通过底板将数据送给路由模块，数据边记边放功能，在数据记录的同时进行数据回放。
其中计算模块与存储模块均为环备份方式，所述计算模块与存储模块所有单板均通过路由总线进行互联，常规工作方式为两块计算对应两块存储板，该方式可满足20Gbps数据率实时接收处理需求，组合工作方式有C2 3*C2 3共9种。
如图3(a)所示，所述工作模式包含压缩记录模式、准实传模式、回放模式，不同工作模式数据流向不同，系统内部工作模块不同。可根据整星任务要求通过所述下位机将工作模式广播给各个模块，模块间依据工作模式设置进行数据流向控制。其中：
记录模式数据流向：路由接收载荷数据，与辅助数据复接后送计算模块，由计算模块对数据进行压缩处理，压缩码流通过路由记录到存储模块；
准实传模式数据流向：路由接收载荷数据，与辅助数据复接后送计算模块，由计算模块对数据进行压缩处理，压缩码流通过路由记录到存储模块，存储数据同时通过路由回放给调制适配模块，进而通过通道设备进行传输；
回放模式数据流向：在接收到回放指令后，存储模块将数据通过路由回放给调制适配模块，进而通过后的通道设备进行传输；
如图3(b)所示，原始记录模式数据流向：路由接收载荷数据，与辅助数据复接后，直接记录到存储模块；
如图3(c)所示，智能处理模式数据流向：路由接收载荷数据，与辅助数据复接后送计算模块，由计算模块对数据进行预处理，预处理数据通过路由记录到存储模块。存储数据回流至计算板进行区域提取或目标检测处理，同时将处理结果再次记录到存储模块。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种基于总线路由的遥感卫星综合电子系统，其特征在于：包括控制模块、存储模块、计算模块、调制适配模块、路由模块，其中：
控制模块：控制模块包括CAN总线、时间基准接口、下位机；所述下位机作为综合电子系统内部控制总线RS485总线主节点，包括A、B两条总线，用于与路由模块、调制适配模块、计算模块、存储模块完成相关通信；
下位机接收星务CAN总线数据，完成协议格式转换，通过下位机的RS485总线完成整机的遥控遥测功能；所述RS485总线采用一机对多机的通迅方式，其中下位机为主机，路由模块、调制适配模块、计算模块、存储模块为从机，采用主从应答方式；
存储模块：存储模块以非易失性芯片作为存储介质，选用FPGA作为核心控制器，通过高速GTX接口实现与外部高速数据的交互，实现数据存储；
计算模块：计算模块接收路由模块送来的载荷图像数据；针对载荷图像进行压缩比可配置的JPEG-LS压缩，并完成压缩码流与图像辅助数据的拼接；同时进行预处理、地理位置提取、目标检测；
所述预处理包括图像的云判、辐射校正、几何校正，所述地理位置提取根据地面上注经纬度信息截取图像切片；
所述目标检测包括检测飞机、舰船、车辆目标，并计算目标经纬度；
调制适配模块：调制适配模块根据RS485总线完成向路由模块的数据回放请求，接收来自路由的回放数据，对数据流进行统一的格式编排、加密、加扰处理；
路由模块：路由模块中包括1片Xilinx FPGA1和1片Actel FPGA2，作为实现综合电子系统内部所有模块间数据交互的高速通道，使内部数据交互不受硬件对应关系限制；路由模块接收控制模块送来的RS485总线控制信号，ActelFPGA2对接收信号进行解析，识别当前工作任务，Xilinx FPGA1根据工作任务对载荷数据进行路由管理，载荷数据压缩任务时，路由模块控制载荷数据流依次通过计算模块、存储模块、调制适配模块，在轨智能处理任务时，路由模块控制载荷数据流在存储模块与计算模块间双向交互。
2.根据权利要求1所述的一种基于总线路由的遥感卫星综合电子系统，其特征在于：所述计算模块包含三块配置完全相同的计算板，三块单板采用环备份设计，根据处理任务不同，设置其中任意一块或任意两块单板工作。
3.根据权利要求1所述的一种基于总线路由的遥感卫星综合电子系统，其特征在于：所述存储模块包含三块配置完全相同的存储板，单板存储能力为3Tb，单板记录速率9Gbps；根据整星工作模式规划，设置其中任意一块或任意两块单板工作。
4.根据权利要求1所述的一种基于总线路由的遥感卫星综合电子系统，其特征在于：所述计算模块与存储模块通过路由总线进行互联，计算与存储模块间单板可任意一对多、多对多双向通信，内部数据流向根据工作模式灵活配置。
5.根据权利要求4所述的一种基于总线路由的遥感卫星综合电子系统，其特征在于：所述工作模式包括压缩记录模式、原始记录模式、准实传模式、回放模式和图像智能处理模式；不同工作模式数据流向不同，系统内部工作模块不同；根据整星任务要求通过下位机将工作模式广播给各个模块，模块间依据工作模式设置进行数据流向控制。
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