CN111176616B - 基于通用型星上应用子系统的卫星综合电子系统架构 - Google Patents

基于通用型星上应用子系统的卫星综合电子系统架构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于通用型星上应用子系统的卫星综合电子系统架构，包括：平台子系统、数传子系统、载荷子系统和星上应用子系统。星上应用子系统包括：存储单元、计算单元、网络单元、通用操作系统、系统管理应用和其他应用；平台子系统、数传子系统、载荷子系统和星上应用子系统通过管理总线和数据总线实现相互连接；平台子系统、数传子系统和载荷子系统中的任务分为实时任务和非实时任务，实时任务在相应子系统内完成，非实时任务通过数据总线发送至星上应用子系统完成。本发明的基于通用型星上应用子系统的卫星综合电子系统架构，能有效降低星上数据处理系统的成本和应用程序开发难度，提高响应速度和资源利用率。

Description

基于通用型星上应用子系统的卫星综合电子系统架构
技术领域
本发明涉及卫星数据处理技术领域，尤其涉及一种基于通用型星上应用子系统的卫星综合电子系统架构。
背景技术
星上数据在轨处理能极大地降低星地间传输的数据量，有利于提高星地间带宽资源利用率。此外，由于在星上直接对数据进行处理，能有效提高卫星服务的实时性。随着星上数据处理能力的不断提高，围绕星上数据处理方式来设计卫星系统架构对提高整星的运行效率和数据处理能力具有重要意义。
根据星上数据处理方式，卫星系统架构可分为两种：(1)分布式；(2)集中式。分布式系统架构指卫星各组件间相对独立，每个组件能完成与该组件相关的所有任务。集中式系统架构指卫星包含一个集中的数据处理系统，各组件将数据处理任务交由数据处理系统完成。
然而，分布式系统架构存在卫星各组件设计难度大、不同组件间无法实现资源和数据共享等问题。集中式系统架构实现了卫星各组件和数据处理系统的解耦合，能有效降低各组件的设计难度，提升数据处理系统硬件资源利用率。但是，目前的集中式系统架构主要采用定制的软硬件实现，导致通用性较差。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于通用型星上应用子系统的卫星综合电子系统架构。具体技术方案如下：
一种基于通用型星上应用子系统的卫星综合电子系统架构，包括：平台子系统、数传子系统、载荷子系统和星上应用子系统；所述平台子系统包括：卫星平台组件、第一实时操作系统和星务管理应用；所述数传子系统包括：数传组件、第二实时操作系统和数据传输应用；所述载荷子系统包括：有效载荷、第三实时操作系统和数据预处理应用；所述星上应用子系统包括：存储单元、计算单元、网络单元、通用操作系统、系统管理应用和其他应用；所述平台子系统、所述数传子系统、所述载荷子系统和所述星上应用子系统通过管理总线和数据总线实现相互连接；所述平台子系统、所述数传子系统和所述载荷子系统中的任务分为实时任务和非实时任务，实时任务在相应子系统内完成，非实时任务通过所述数据总线发送至所述星上应用子系统完成。
在一种可能的设计中，所述卫星综合电子系统架构划分为硬件层、操作系统层和应用层；所述硬件层包括：所述平台子系统的卫星平台组件、所述数传子系统的数传组件、所述载荷子系统的有效载荷、所述星上应用子系统的存储单元、计算单元和网络单元、所述管理总线、所述数据总线；所述操作系统层包括：所述平台子系统的第一实时操作系统、所述数传子系统的第二实时操作系统、所述载荷子系统的第三实时操作系统、所述星上应用子系统的通用操作系统；所述应用层包括：所述平台子系统的星务管理应用、所述数传子系统的数据传输应用、所述载荷子系统的数据预处理应用、所述星上应用子系统的系统管理应用和其他应用。
在一种可能的设计中，所述管理总线速率低于所述数据总线，所述管理总线用于实现各子系统间的管理指令交互，所述数据总线用于实现各子系统间的数据传输
在一种可能的设计中，所述星上应用子系统的存储单元、计算单元和网络单元分别用于为星上各子系统提供存储资源、计算资源和网络资源，存储单元、计算单元和网络单元均采用通用货架产品。
在一种可能的设计中，所述平台子系统、所述数传子系统和所述载荷子系统均采用实时操作系统，所述星上应用子系统采用基于X86体系架构的通用操作系统。
在一种可能的设计中，所述平台子系统的星务管理应用用于对各子系统的运行进行管理和控制。
在一种可能的设计中，所述数传子系统用于根据卫星地面控制中心指令读取所述星上应用子系统存储单元中的相应数据下传至地面；所述数传子系统还用于接收卫星地面控制中心上传的数据并存入指定位置。
在一种可能的设计中，所述载荷子系统用于对所述有效载荷产生的数据进行预处理，并将处理结果存入所述星上应用子系统的存储单元中。
在一种可能的设计中，所述星上应用子系统的应用层包含一个系统管理应用，所述系统管理应用与所述平台子系统中的星务管理应用交互，实现对星上应用子系统的管理。
在一种可能的设计中，所述星上应用子系统的应用层还包含其他应用程序，所述其他应用程序从所述存储单元中读取数据进行处理，并将处理后的结果存入所述存储单元。
本发明技术方案的主要优点如下：
本发明的基于通用型星上应用子系统的卫星综合电子系统架构，一方面，通过对平台组件子系统、数传子系统和载荷子系统的任务分类处理，能在保证对实时任务的响应速度的基础上，利用星上应用子系统的强大处理能力提升非实时任务的处理速度。另一方面，将数据集中存储在星上应用子系统中的存储单元，能实现各子系统间高效的数据共享。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一个实施例提供的基于通用型星上应用子系统的卫星综合电子系统架构的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。
一种基于通用型星上应用子系统的卫星综合电子系统架构，如附图1所示，包括：平台子系统、数传子系统、载荷子系统和星上应用子系统。平台子系统包括：卫星平台组件、第一实时操作系统和星务管理应用；数传子系统包括：数传组件、第二实时操作系统和数据传输应用。载荷子系统包括：有效载荷、第三实时操作系统和数据预处理应用。星上应用子系统包括：存储单元、计算单元、网络单元、通用操作系统、系统管理应用和其他应用。平台子系统、数传子系统、载荷子系统和星上应用子系统通过管理总线和数据总线实现相互连接。平台子系统、数传子系统和载荷子系统中的任务分为实时任务和非实时任务，实时任务在相应子系统内完成，非实时任务通过数据总线发送至星上应用子系统完成。
以下对本发明实施例提供的基于通用型星上应用子系统的卫星综合电子系统架构的有益效果进行说明：
本发明实施例提供的基于通用型星上应用子系统的卫星综合电子系统架构，一方面，通过对平台组件子系统、数传子系统和载荷子系统的任务分类处理，能在保证对实时任务的响应速度的基础上，利用星上应用子系统的强大处理能力提升非实时任务的处理速度。另一方面，将数据集中存储在星上应用子系统中的存储单元，能实现各子系统间高效的数据共享。
其中，实时任务指需要尽快作出响应的任务，非实时任务指对响应时间要求不高或对响应时间没有要求的任务。实时任务和非实时任务的划分标准由软件设计人员进行预设。
本发明实施例中，卫星综合电子系统架构划分为硬件层、操作系统层和应用层；硬件层包括：平台子系统的卫星平台组件、数传子系统的数传组件、载荷子系统的有效载荷、星上应用子系统的存储单元、计算单元和网络单元、管理总线、数据总线。操作系统层包括：平台子系统的第一实时操作系统、数传子系统的第二实时操作系统、载荷子系统的第三实时操作系统、星上应用子系统的通用操作系统。应用层包括：平台子系统的星务管理应用、数传子系统的数据传输应用、载荷子系统的数据预处理应用、星上应用子系统的系统管理应用和其他应用。
本发明实施例中，管理总线速率低于数据总线，管理总线用于实现各子系统间的管理指令交互，数据总线用于实现各子系统间的数据传输。
星上应用子系统的存储单元、计算单元和网络单元分别用于为星上各子系统提供存储资源、计算资源和网络资源，存储单元、计算单元和网络单元均采用通用货架产品。平台子系统、数传子系统和载荷子系统均采用实时操作系统，星上应用子系统采用基于X86体系架构的通用操作系统。通过星上应用子系统采用通用货架产品和通用操作系统，能有效降低星上数据处理系统的成本和应用程序开发难度，泛用性较强。
具体地，存储单元为星上应用子系统和其他子系统的数据和程序提供存储资源。卫星平台组件、数传组件、有效载荷不需要配置大容量存储单元，数据均存入星上应用子系统的存储单元中。此种方式可实现多系统间的存储资源和数据共享。计算单元为星上应用子系统提供计算资源，计算单元应采用能支持通用操作系统运行的体系架构(例如，可以为X86)。网络单元用于实现应用子系统中多块板卡间的互联互通。
进一步地，本发明实施例中，平台子系统的星务管理应用和星上应用子系统中的系统管理应用交互，对各子系统的运行进行管理和控制。
可选地，数传子系统用于根据卫星地面控制中心指令读取星上应用子系统存储单元中的相应数据下传至地面；数传子系统还用于接收卫星地面控制中心上传的数据并存入指定位置。
可选地，载荷子系统用于对有效载荷产生的数据进行预处理，并将处理结果存入星上应用子系统的存储单元中。
可选地，星上应用子系统的应用层包含一个系统管理应用，其与平台子系统中的星务管理应用交互，实现对星上应用子系统的管理。
可选地，星上应用子系统的应用层还包含其他应用程序，其他应用程序从存储单元中读取数据进行处理，并将处理后的结果存入存储单元。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。
最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于通用型星上应用子系统的卫星综合电子系统架构，其特征在于，包括：平台子系统、数传子系统、载荷子系统和星上应用子系统；
所述平台子系统包括：卫星平台组件、第一实时操作系统和星务管理应用；
所述数传子系统包括：数传组件、第二实时操作系统和数据传输应用；
所述载荷子系统包括：有效载荷、第三实时操作系统和数据预处理应用；
所述星上应用子系统包括：存储单元、计算单元、网络单元、通用操作系统、系统管理应用和其他应用；
所述平台子系统、所述数传子系统、所述载荷子系统和所述星上应用子系统通过管理总线和数据总线实现相互连接；
所述平台子系统、所述数传子系统和所述载荷子系统中的任务分为实时任务和非实时任务，实时任务在相应子系统内完成，非实时任务通过所述数据总线发送至所述星上应用子系统完成。
2.根据权利要求1所述的基于通用型星上应用子系统的卫星综合电子系统架构，其特征在于，所述卫星综合电子系统架构划分为硬件层、操作系统层和应用层；
所述硬件层包括：所述平台子系统的卫星平台组件、所述数传子系统的数传组件、所述载荷子系统的有效载荷、所述星上应用子系统的存储单元、计算单元和网络单元、所述管理总线、所述数据总线；
所述操作系统层包括：所述平台子系统的第一实时操作系统、所述数传子系统的第二实时操作系统、所述载荷子系统的第三实时操作系统、所述星上应用子系统的通用操作系统；
所述应用层包括：所述平台子系统的星务管理应用、所述数传子系统的数据传输应用、所述载荷子系统的数据预处理应用、所述星上应用子系统的系统管理应用和其他应用。
3.根据权利要求1所述的基于通用型星上应用子系统的卫星综合电子系统架构，其特征在于，所述管理总线速率低于所述数据总线，所述管理总线用于实现各子系统间的管理指令交互，所述数据总线用于实现各子系统间的数据传输。
4.根据权利要求1所述的基于通用型星上应用子系统的卫星综合电子系统架构，其特征在于，所述星上应用子系统的存储单元、计算单元和网络单元分别用于为星上各子系统提供存储资源、计算资源和网络资源，存储单元、计算单元和网络单元均采用通用货架产品。
5.根据权利要求1所述的基于通用型星上应用子系统的卫星综合电子系统架构，其特征在于，所述平台子系统、所述数传子系统和所述载荷子系统均采用实时操作系统，所述星上应用子系统采用基于X86体系架构的通用操作系统。
6.根据权利要求1所述的基于通用型星上应用子系统的卫星综合电子系统架构，其特征在于，所述平台子系统的星务管理应用用于对各子系统的运行进行管理和控制。
7.根据权利要求1所述的基于通用型星上应用子系统的卫星综合电子系统架构，其特征在于，所述数传子系统用于根据卫星地面控制中心指令读取所述星上应用子系统存储单元中的相应数据下传至地面；
所述数传子系统还用于接收卫星地面控制中心上传的数据并存入指定位置。
8.根据权利要求1所述的基于通用型星上应用子系统的卫星综合电子系统架构，其特征在于，所述载荷子系统用于对所述有效载荷产生的数据进行预处理，并将处理结果存入所述星上应用子系统的存储单元中。
9.根据权利要求1所述的基于通用型星上应用子系统的卫星综合电子系统架构，其特征在于，所述星上应用子系统的应用层包含一个系统管理应用，所述系统管理应用与所述平台子系统中的星务管理应用交互，实现对星上应用子系统的管理。
10.根据权利要求1或9所述的基于通用型星上应用子系统的卫星综合电子系统架构，其特征在于，所述星上应用子系统的应用层还包含其他应用程序，所述其他应用程序从所述存储单元中读取数据进行处理，并将处理后的结果存入所述存储单元。
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