CN111268174A - 集成化的微纳卫星电子系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种集成化的微纳卫星电子系统，包括：卫星核心电子单元、太阳翼驱动机构、三轴陀螺、三轴磁强计、模拟太阳角计、三轴集成微飞轮、磁力矩器、热敏电阻、加热器、火工品、测控天线、GNSS天线以及数传天线；所述的卫星核心电子单元具有以下任一种或者任多种接口：‑模拟量采集接口；‑电机驱动接口；‑火工品驱动接口；‑加热器驱动接口；‑磁力矩器驱动接口；‑CAN总线接口；‑高速数据传输接口；‑射频接口。本发明取代了传统卫星分系统式的集成方式，以卫星核心电子单元为信息及能源中枢，配以其它功能的部组件，简化了卫星组成，有利于微纳卫星小型化、轻量化和高集成化设计。
Description
技术领域
本发明涉及航天器制造技术领域，具体地，涉及集成化的微纳卫星电子系统，尤其涉及一种高度集成化的微纳卫星电子系统。
背景技术
传统卫星电子系统由数管分系统、供配电分系统、测控分系统、数传分系统、姿控分系统和有效载荷分系统组成，各功能部件之间通信关系繁冗，卫星设计复杂，不便于微纳卫星小型化、轻量化、集成化设计。
专利文献CN103944629B公开了一种卫星综合电子系统，包括星载集成管理芯片LSMEU01、星务调度管理单元SIP、CAN总线通信网络以及卫星分系统。星载集成管理芯片LSMEU01嵌入到卫星各分系统中，通过CAN总线通信网络与星务调度管理单元SIP进行信息交互。通过该综合电子系统可以有效降低星上设备连接的复杂性，提高系统的集成度，减少星上电子设备的规模、重量和功耗，实现卫星硬件状态的统一，保障星上网络通信的可靠性、实时性、安全性，减少采购周期和产保复杂度，达到构建起满足低成本、批量化和快速响应的卫星研制模式。该专利在微纳卫星小型化、轻量化、集成化设计技术研发上仍然有待提高的空间。
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集成化的微纳卫星电子系统。
根据本发明提供的一种集成化的微纳卫星电子系统，包括：卫星核心电子单元、太阳翼驱动机构、三轴陀螺、三轴磁强计、模拟太阳角计、三轴集成微飞轮、磁力矩器、热敏电阻、加热器、火工品、测控天线、GNSS天线以及数传天线；所述卫星核心电子单元与太阳翼驱动机构、三轴陀螺、三轴磁强计、模拟太阳角计、三轴集成微飞轮、磁力矩器、热敏电阻、加热器、火工品、测控天线、GNSS天线以及数传天线分别相连；所述的卫星核心电子单元，是卫星核心电子单元为卫星信息与能源中枢，其物理形式为一台单机，具有程序运算功能、GNSS定位功能、测控应答功能、大容量数据存储功能，数传功能、能源管理功能，具有以下任一种或者任多种接口：-模拟量采集接口，采集卫星模拟太阳角计、热敏电阻参数；-电机驱动接口，用以驱动太阳翼驱动机构；-火工品驱动接口，控制卫星太阳能电池阵展开；-加热器驱动接口；-磁力矩器驱动接口；-CAN总线接口，用以与其它部组件的遥控、遥测数据传输；-高速数据传输接口，用以接收有效载荷的业务数据；-射频接口，用以与测控天线、数传天线、GNSS天线相连接；提供有效载荷连接接口，包括：配电接口、CAN总线接口和高速数据传输接口。
优选地，还包括：太阳能电池阵、蓄电池组；所述卫星核心电子单元与太阳能电池阵、蓄电池组相连；所述的卫星核心电子单元还具有以下任一种或者任多种接口：-太阳能电源输入接口，接收来自太阳能电池阵的电能；-蓄电池电源输入接口，接收来蓄电池组的电能；-充电接口，对蓄电池组进行充电；-配电接口，为卫星电类部组件提供电源。
优选地，所述太阳能电池阵采用三结砷化镓太阳能电池片，通过串联、并联组合的方式，使太阳能电池阵输出电压、电流满足卫星运行需要；所述太阳能电池阵包括：太阳能电源接口，用以太阳能电池阵电能输出。
优选地，所述蓄电池组采用工业级18650电芯，通过串联、并联组合的方式，使电池组满足卫星在阴影期供电需要及光照期与太阳能电池阵的联合供电需要；所述蓄电池包括以下任意一种或者任意多种接口：-蓄电池电源接口，用以蓄电池电能输出；-充电接口，用以蓄电池组充电。
优选地，所述太阳翼驱动机构采用以下任意一种或者任意多种方式：-步进方式；-电位计式位置反馈方式，用以驱动卫星太阳能电池阵实时跟踪太阳；所述太阳翼驱动机构包括：电机驱动接口，用以接收驱动机构驱动信号。
优选地，所述三轴陀螺为微型机械陀螺，将三个相互正交的陀螺测量表头集成于一台单机，用以测量卫星姿态角速度；所述三轴陀螺包括以下任意一种或者任意多种接口：-电源输入接口，用以电源接收；-CAN总线接口，用以遥控、遥测数据传输。
优选地，所述三轴磁强计将三个相互正交的磁强计集成于一台单机，用以探测卫星在空间的磁强强度，以确定空间姿态；所述三轴磁强计包括以下任意一种或者任意多种接口：-电源输入接口，用以电源接收；-CAN总线接口，用以遥控、遥测数据传输。所述模拟太阳角计采用金字塔形，用以控制卫星姿态；所述模拟太阳角计包括：模拟量接口，用以输出表征太阳光照强度的电流信号。
优选地，所述三轴集成微飞轮将三个相互正交的飞轮集成于一台单机，用以控制卫星姿态；所述三轴集成微飞轮包括以下任意一种或者任意多种接口：-电源输入接口，用以电源接收；-CAN总线接口，用以遥控、遥测数据传输。
优选地，所述磁力矩器的数量为三台；所述磁力矩器采用三轴正交安装，用以对三轴集成微飞轮进行转速卸载，或者用以控制卫星姿态；所述磁力矩器包括：驱动输入接口，用以接收磁力矩器驱动信号；所述热敏电阻用以测量卫星温度环境；所述热敏电阻包括：电阻输出接口，用以输出表征温度指标的电阻信息。所述加热器，用以对卫星进行加热；所述加热器包括：驱动输入接口，用以接收加热器驱动信号；所述火工品采用爆炸螺栓形式，用以在卫星发射状态下对卫星太阳能电池阵锁紧，卫星入轨后起爆，以解锁卫星太阳能电池阵；所述火工品包括：驱动输入接口，用以接收火工品驱动信号。
优选地，所述测控天线采用小型化微带形式；所述测控天线包括：对地测控天线、对天测控天线；所述对地测控天线、对天测控天线组成全向天线阵列，与地面进行遥控、遥测射频信号交互；所述测控天线包括：射频接口，用以测控射频信号交互；所述GNSS天线采用四壁螺旋形式，用以接收GPS或北斗卫星定位信号；所述GNSS天线包括：射频接口，用以输出GNSS射频信号；所述数传天线采用小型化微带形式，用以将业务数据发送至地面；所述数传天线包括：射频接口，用以接收数传射频信号。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明取代了传统卫星分系统式的集成方式，以卫星核心电子单元为信息及能源中枢，配以其它功能的部组件，简化了卫星组成，有利于微纳卫星小型化、轻量化和高集成化设计。
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为本发明的结构框架示意图。
图中：
电子系统101 磁力矩器109
太阳能电池阵102 热敏电阻110
蓄电池组103 加热器111
太阳翼驱动机构104 火工品112
三轴陀螺105 测控天线113
三轴磁强计106 GNSS天线114
模拟太阳角计107 数传天线115
三轴集成微飞轮108
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，根据本发明提供的一种集成化的微纳卫星电子系统，包括：卫星核心电子单元、太阳翼驱动机构、三轴陀螺、三轴磁强计、模拟太阳角计、三轴集成微飞轮、磁力矩器、热敏电阻、加热器、火工品、测控天线、GNSS天线以及数传天线；所述卫星核心电子单元与太阳翼驱动机构、三轴陀螺、三轴磁强计、模拟太阳角计、三轴集成微飞轮、磁力矩器、热敏电阻、加热器、火工品、测控天线、GNSS天线以及数传天线分别相连；所述的卫星核心电子单元，是卫星核心电子单元为卫星信息与能源中枢，其物理形式为一台单机，具有程序运算功能、GNSS定位功能、测控应答功能、大容量数据存储功能，数传功能、能源管理功能，具有以下任一种或者任多种接口：-模拟量采集接口，采集卫星模拟太阳角计、热敏电阻参数；-电机驱动接口，用以驱动太阳翼驱动机构；-火工品驱动接口，控制卫星太阳能电池阵展开；-加热器驱动接口；-磁力矩器驱动接口；-CAN总线接口，用以与其它部组件的遥控、遥测数据传输；-高速数据传输接口，用以接收有效载荷的业务数据；-射频接口，用以与测控天线、数传天线、GNSS天线相连接；提供有效载荷连接接口，包括：配电接口、CAN总线接口和高速数据传输接口。
优选地，还包括：太阳能电池阵、蓄电池组；所述卫星核心电子单元与太阳能电池阵、蓄电池组相连；所述的卫星核心电子单元还具有以下任一种或者任多种接口：-太阳能电源输入接口，接收来自太阳能电池阵的电能；-蓄电池电源输入接口，接收来蓄电池组的电能；-充电接口，对蓄电池组进行充电；-配电接口，为卫星电类部组件提供电源。
优选地，所述太阳能电池阵采用三结砷化镓太阳能电池片，通过串联、并联组合的方式，使太阳能电池阵输出电压、电流满足卫星运行需要；所述太阳能电池阵包括：太阳能电源接口，用以太阳能电池阵电能输出。
优选地，所述蓄电池组采用工业级18650电芯，通过串联、并联组合的方式，使电池组满足卫星在阴影期供电需要及光照期与太阳能电池阵的联合供电需要；所述蓄电池包括以下任意一种或者任意多种接口：-蓄电池电源接口，用以蓄电池电能输出；-充电接口，用以蓄电池组充电。
优选地，所述太阳翼驱动机构采用以下任意一种或者任意多种方式：-步进方式；-电位计式位置反馈方式，用以驱动卫星太阳能电池阵实时跟踪太阳；所述太阳翼驱动机构包括：电机驱动接口，用以接收驱动机构驱动信号。
优选地，所述三轴陀螺为微型机械陀螺，将三个相互正交的陀螺测量表头集成于一台单机，用以测量卫星姿态角速度；所述三轴陀螺包括以下任意一种或者任意多种接口：-电源输入接口，用以电源接收；-CAN总线接口，用以遥控、遥测数据传输。
优选地，所述三轴磁强计将三个相互正交的磁强计集成于一台单机，用以探测卫星在空间的磁强强度，以确定空间姿态；所述三轴磁强计包括以下任意一种或者任意多种接口：-电源输入接口，用以电源接收；-CAN总线接口，用以遥控、遥测数据传输。所述模拟太阳角计采用金字塔形，用以控制卫星姿态；所述模拟太阳角计包括：模拟量接口，用以输出表征太阳光照强度的电流信号。
优选地，所述三轴集成微飞轮将三个相互正交的飞轮集成于一台单机，用以控制卫星姿态；所述三轴集成微飞轮包括以下任意一种或者任意多种接口：-电源输入接口，用以电源接收；-CAN总线接口，用以遥控、遥测数据传输。
优选地，所述磁力矩器的数量为三台；所述磁力矩器采用三轴正交安装，用以对三轴集成微飞轮进行转速卸载，或者用以控制卫星姿态；所述磁力矩器包括：驱动输入接口，用以接收磁力矩器驱动信号；所述热敏电阻用以测量卫星温度环境；所述热敏电阻包括：电阻输出接口，用以输出表征温度指标的电阻信息。所述加热器，用以对卫星进行加热；所述加热器包括：驱动输入接口，用以接收加热器驱动信号；所述火工品采用爆炸螺栓形式，用以在卫星发射状态下对卫星太阳能电池阵锁紧，卫星入轨后起爆，以解锁卫星太阳能电池阵；所述火工品包括：驱动输入接口，用以接收火工品驱动信号。
优选地，所述测控天线采用小型化微带形式；所述测控天线包括：对地测控天线、对天测控天线；所述对地测控天线、对天测控天线组成全向天线阵列，与地面进行遥控、遥测射频信号交互；所述测控天线包括：射频接口，用以测控射频信号交互；所述GNSS天线采用四壁螺旋形式，用以接收GPS或北斗卫星定位信号；所述GNSS天线包括：射频接口，用以输出GNSS射频信号；所述数传天线采用小型化微带形式，用以将业务数据发送至地面；所述数传天线包括：射频接口，用以接收数传射频信号。
具体地，在一个实施例中，一种高度集成化的微纳卫星电子系统，包括卫星核心电子系统101、太阳能电池阵102、蓄电池组103、太阳翼驱动机构104、三轴陀螺105、三轴磁强计106、模拟太阳角计107、三轴集成微飞轮108、磁力矩器109、热敏电阻110、加热器111、火工品112、测控天线113、GNSS天线114和数传天线115。
卫星核心电子系统101，是卫星核心电子系统为卫星信息与能源中枢，其物理形式为一台单机，具有程序运算功能、GNSS定位功能、测控应答功能、大容量数据存储功能，数传功能、能源管理功能，包含微型处理器、大容量FPGA、大容量存储器、射频接收通道、射频发射通道，并包含多种对外接口等部分。其中，具有太阳能电源输入接口，接收太阳能电池阵102的输入电源；具有蓄电池能源输入接口，接收蓄电池组103的输入电源；具有充电接口，为蓄电池组103充电；具有配电接口，为三轴陀螺105、三轴磁强计106、三轴集成微飞轮108及有效载荷提供电源；具有电机驱动接口，对太阳翼驱动机构104进行驱动控制；具有模拟量采集接口，采集模拟太阳角计107电流信号、热敏电阻110电阻信号；具有火工品驱动接口，控制火工品112在轨起爆；具有加热驱动接口，驱动加热器111加热；具有磁力矩器驱动接口，驱动磁力矩器109产生磁矩；具有CAN总线接口，与三轴陀螺105、三轴磁强计106、三轴集成微飞轮108及有效载荷进行数据交互，数据内容主要为要遥控、遥测；具有高速数据传输接口，接收有效载荷的业务数据；具有射频接口，与测控天线113进行射频信号交互，接收GNSS天线114的GPS或北斗定位信号，发送调制及功放后的业务数据信号至数传天线115。
太阳能电池阵102，是微型能源的获取设备，采用三结砷化镓太阳能电池片，通过串联、并联组合的方式，使太阳能电池阵输出电压、电流满足卫星运行需要。具有太阳能电源接口，输出电能至卫星核心电子系统101。
蓄电池组103，采用工业级18650电芯，通过串联、并联组合的方式，使电池组满足卫星在阴影期供电需要及光照期与太阳能电池阵的联合供电需要。具有电源接口，向卫星核心电子系统101输出电能；具有充电接口，接收来自卫星核心电子系统101的充电电能。
太阳翼驱动机构104，采用步进方式，采用电位计式位置反馈方式，用以驱动卫星太阳能电池阵实时跟踪太阳。具有电机驱动接口，接收卫星核心电子系统101的电机驱动信号。
三轴陀螺105，将三个相互正交的陀螺测量表头集成于一台单机，用以测量卫星姿态角速度。具有电源输入接口，用以接收卫星核心电子系统101提供的电源；具有CAN总线接口，与卫星核心电子系统101进行数据交互，数据内容主要包括遥控、遥测。
三轴磁强计106，将三个相互正交的磁强计集成于一台单机，用以探测卫星在空间的磁强强度，以确定空间姿态。具有电源输入接口，用以接收卫星核心电子系统101提供的电源；具有CAN总线接口，与卫星核心电子系统101进行数据交互，数据内容主要包括遥控、遥测。
模拟太阳角计107，采用金字塔形，用以控制卫星姿态。具有模拟量接口，输出表征太阳光照强度的电流信号至卫星核心电子系统101；
三轴集成微飞轮108，将三个相互正交的飞轮集成于一台单机，用以控制卫星姿态；用以接收卫星核心电子系统101提供的电源；具有CAN总线接口，与卫星核心电子系统101进行数据交互，数据内容主要包括遥控、遥测。
磁力矩器109，配套数量为三台，采用三轴正交安装，用以对三轴集成微飞轮进行转速卸载，或者用以控制卫星姿态。具有驱动输入接口，用以接收卫星核心电子系统101的磁力矩器驱动信号。
热敏电阻110，用以测量卫星温度环境。具有电阻输出接口，输出表征温度指标的电阻信息至卫星核心电子系统101。
加热器111，用以对卫星进行加热。具有驱动输入接口，接收卫星核心电子系统101输出的加热器驱动信号。
火工品112，采用爆炸螺栓形式，用以在卫星发射状态下对卫星太阳能电池阵锁紧，卫星入轨后起爆，以解锁卫星太阳能电池阵。具有驱动输入接口，接收卫星核心电子系统101输出的火工品驱动信号。
测控天线113，采用小型化微带形式，分为对地测控天线和对天测控天线，两副天线组成全向天线阵列，与地面进行遥控、遥测射频信号交互。具有射频接口，与卫星核心电子系统101进行测控射频信号交互。
GNSS天线114，采用四壁螺旋形式，用以接收GPS或北斗卫星定位信号。具有射频接口，输出GNSS射频信号至卫星核心电子系统101。
数传天线115，采用小型化微带形式，用以将业务数据发送至地面。具有射频接口，接收卫星核心电子系统101输出的数传射频信号。
本发明取代了传统卫星分系统式的集成方式，以卫星核心电子单元为信息及能源中枢，配以其它功能的部组件，简化了卫星组成，有利于微纳卫星小型化、轻量化和高集成化设计。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
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 (10)
1.一种集成化的微纳卫星电子系统，其特征在于，包括：卫星核心电子单元、太阳翼驱动机构、三轴陀螺、三轴磁强计、模拟太阳角计、三轴集成微飞轮、磁力矩器、热敏电阻、加热器、火工品、测控天线、GNSS天线以及数传天线；
所述卫星核心电子单元与太阳翼驱动机构、三轴陀螺、三轴磁强计、模拟太阳角计、三轴集成微飞轮、磁力矩器、热敏电阻、加热器、火工品、测控天线、GNSS天线以及数传天线分别相连；
所述的卫星核心电子单元具有以下任一种或者任多种接口：
-模拟量采集接口；
-电机驱动接口；
-火工品驱动接口；
-加热器驱动接口；
-磁力矩器驱动接口；
-CAN总线接口；
-高速数据传输接口；
-射频接口。
2.根据权利要求1所述的集成化的微纳卫星电子系统，其特征在于，还包括：太阳能电池阵、蓄电池组；
所述卫星核心电子单元与太阳能电池阵、蓄电池组相连；
所述的卫星核心电子单元还具有以下任一种或者任多种接口：
-太阳能电源输入接口；
-蓄电池电源输入接口；
-充电接口；
-配电接口。
3.根据权利要求2所述的集成化的微纳卫星电子系统，其特征在于，所述太阳能电池阵采用三结砷化镓太阳能电池片；
所述太阳能电池阵包括：太阳能电源接口。
4.根据权利要求2所述的集成化的微纳卫星电子系统，其特征在于，所述蓄电池组采用18650电芯；
所述蓄电池包括以下任意一种或者任意多种接口：
-蓄电池电源接口，用以蓄电池电能输出；
-充电接口，用以蓄电池组充电。
5.根据权利要求1所述的集成化的微纳卫星电子系统，其特征在于，所述太阳翼驱动机构采用以下任意一种或者任意多种方式：
-步进方式；
-电位计式位置反馈方式；
所述太阳翼驱动机构包括：电机驱动接口。
6.根据权利要求1所述的集成化的微纳卫星电子系统，其特征在于，所述三轴陀螺将三个相互正交的陀螺测量表头集成于一台单机；
所述三轴陀螺包括以下任意一种或者任意多种接口：
-电源输入接口；
-CAN总线接口。
7.根据权利要求1所述的集成化的微纳卫星电子系统，其特征在于，所述三轴磁强计将三个相互正交的磁强计集成于一台单机；
所述三轴磁强计包括以下任意一种或者任意多种接口：
-电源输入接口；
-CAN总线接口；
所述模拟太阳角计采用金字塔形；
所述模拟太阳角计包括：模拟量接口。
8.根据权利要求1所述的集成化的微纳卫星电子系统，其特征在于，所述三轴集成微飞轮将三个相互正交的飞轮集成于一台单机；
所述三轴集成微飞轮包括以下任意一种或者任意多种接口：
-电源输入接口；
-CAN总线接口。
9.根据权利要求1所述的集成化的微纳卫星电子系统，其特征在于，所述磁力矩器的数量为三台；
所述磁力矩器采用三轴正交安装；
所述磁力矩器包括：驱动输入接口；
所述热敏电阻包括：电阻输出接口；
所述加热器包括：驱动输入接口；
所述火工品采用爆炸螺栓形式；
所述火工品包括：驱动输入接口。
10.根据权利要求1所述的集成化的微纳卫星电子系统，其特征在于，所述测控天线包括：对地测控天线、对天测控天线；
所述对地测控天线、对天测控天线组成全向天线阵列；
所述测控天线包括：射频接口；
所述GNSS天线采用四壁螺旋形式；
所述GNSS天线包括：射频接口；
所述数传天线包括：射频接口。
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