CN116488711B - 建立星地应急通信的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种建立星地应急通信的方法及系统，包括：在到达一个唤醒周期时，使用应急太阳电池电路获取所需能源，利用应急通信处理模块接收综合电子计算机的特征信号，当应急通信处理模块未接收到综合电子计算机的特征信息或接收到的特征信息遥测异常时，则通过指令驱动电路持续等时间间隔发送OC指令至综合电子计算机，直至接收到正常的特征信息为止；同时利用数据采集电路采集卫星各处结构的温度和应急太阳电池电路输出电流，并通过脉冲式发射机下传地面用于卫星姿态分析；所述应急通信处理模块为低功耗应急通信处理模块。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天技术领域，具体地，涉及建立星地应急通信的方法及系统。
背景技术
根据科技文献报道，国内外卫星在轨多次发生星务软件跑飞或整星能源意外耗尽的情况。在此类情况下，传统的综合电子系统由于计算机和应答机长期工作产生二十多瓦的功耗而受到了极大的冲击，全部或者部分功能失效。地面接收遥测中断，设计人员亟需了解卫星的实际状态以制定抢救卫星方案。为有效应对此类意外事故的发生，本发明设计了一种建立星地应急通信的装置和方法。
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建立星地应急通信的方法及系统。
根据本发明提供的一种建立星地应急通信的方法，在到达一个唤醒周期时，使用应急太阳电池电路获取所需能源，利用应急通信处理模块接收综合电子计算机的特征信号，当应急通信处理模块未接收到综合电子计算机的特征信息或接收到的特征信息遥测异常时，则通过指令驱动电路持续等时间间隔发送OC指令至综合电子计算机，直至接收到正常的特征信息为止；同时利用数据采集电路采集综合电子计算机的外壳温度、卫星各处结构的温度和应急太阳电池电路输出电流，并通过脉冲式发射机下传地面用于卫星姿态分析。
优选地，所述应急通信处理模块采用降功耗技术，包括：降低时钟主频、降低工作电压、数字电路以硬连线为主以及减少可编程电路。
优选地，应急通信处理模块使用应急太阳电池电路进行供电；
所述应急太阳电池电路包括在结构板，包括：﹢X、-X、﹢Y、-Y、﹢Z和-Z板，各布装一片应急太阳电池片；所述应急太阳电池片输出功率能满足应急通信处理模块及脉冲式发射机工作，当卫星姿态翻转时，任何舱板被太阳照射均能保障应急通信处理模块及脉冲式发射机工作。
优选地，应急通信处理模块通过CAN总线接收综合电子计算机A和计算机B的特征信息。
优选地，通过指令驱动电路持续等时间间隔发送OC指令至综合电子计算机，对综合电子计算机进行断电及重启操作，以及计算机控制权的切换。
优选地，
在卫星各面舱板外侧及综合电子计算机外壳设置预设数量的热敏电阻；
利用数据采集电路采集应急太阳电池电路输出电流、综合电子计算机的外壳温度以及﹢X、-X、﹢Y、-Y、﹢Z、-Z板外壳温度。
优选地，设置应急通信处理模块的状态自检功能，将能够反映应急通信处理模块自身工作状态的遥测随综合电子计算机特征信号及应急太阳电池电路输出电流、综合电子计算机外壳温度、卫星舱板温度一起组帧进行遥测下传。
根据本发明提供的一种建立星地应急通信的系统，包括：
应急通信处理模块：在到达一个唤醒周期时，使用应急太阳电池电路获取所需能源，接收综合电子计算机的特征信号；
指令驱动电路：当应急通信处理模块未接收到综合电子计算机的特征信息或接收到的特征信息遥测异常时，则通过指令驱动电路持续等时间间隔发送OC指令至综合电子计算机，直至接收到正常的特征信息为止；
数据采集电路：采集应急太阳电池电路输出电流、综合电子计算机的外壳温度以及卫星各处结构的温度，并通过脉冲式发射机下传地面用于卫星姿态分析。
优选地，所述应急通信处理模块采用降功耗技术，包括：降低时钟主频、降低工作电压、数字电路以硬连线为主以及减少可编程电路。
优选地，应急通信处理模块使用应急太阳电池电路进行供电；
所述应急太阳电池电路包括在结构板，包括：﹢X、-X、﹢Y、-Y、﹢Z和-Z板，各布装一片应急太阳电池片；所述应急太阳电池片输出功率能满足应急通信处理模块及脉冲式发射机工作，当卫星姿态翻转时，任何舱板被太阳照射均能保障应急通信处理模块及脉冲式发射机工作。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明采用的应急太阳电池电路与卫星使用的常规电源母线独立，通过功耗低的技术特征，任何一面结构板接受日光照射后均能维持应急通信系统工作，因此，无论卫星姿态发生何种程度的翻转和变化，应急通信处理模块均能可靠和稳定的工作，并在发射天线对地时快速建立应急通信链路。系统从而获得了比常规卫星平台综合电子系统更长的生命周期以及更强的生存能力。这是本申请与现有技术相比，显著进步之处；
2、本发明应急通信模块及数据采集电路等产品包络为100×100×20mm3，重量约250克。通过包络小和重量轻的技术特征，该装置在对卫星布局影响微弱的条件下获得了整星安全性和可靠性的提升；
3、本发明可以在遥测弧段内不断下传6片应急太阳电池电路输出电流、各舱板以及综合电子计算机的外壳温度，设计人员可以利用以上数据对卫星的姿态变化进行推测，用于制定较为准确的抢救预案，从而提高抢救成功率；
4、本发明通过系统组成简洁，功能设计精简的技术特征，实现了在耗费较少研制成本的条件下获得卫星整星可靠性较大提升的技术效果。
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为该装置与综合电子计算机的连接关系图。
图2为建立星地应急通信的装置示意图。
图3为该装置布置应急太阳电池片、采集6片应急太阳电池电路输出电流、卫星舱板温度及综合电子计算机外壳温度的功能示意图。
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。
实施例1
根据本发明提供的一种建立星地应急通信的方法，在到达一个唤醒周期时，使用应急太阳电池电路获取所需能源，利用应急通信处理模块接收综合电子计算机的特征信号，当应急通信处理模块未接收到综合电子计算机的特征信息或接收到的特征信息遥测异常时，则通过指令驱动电路持续等时间间隔发送OC指令至综合电子计算机，直至接收到正常的特征信息为止；同时利用数据采集电路采集卫星各处结构的温度、综合电子计算机的外壳温度和应急太阳电池电路输出电流，并通过脉冲式发射机下传地面用于卫星姿态分析。
在卫星上建立星地应急通信系统，不仅要实现监测功能，在不增加研发成本的基础上，还需要考虑发射过程中和实际运用过程中的可靠性。
基于上述问题，所述应急通信处理模块不依赖于平台常规母线，采用降功耗技术，包括：降低时钟主频、降低工作电压、数字电路以硬连线为主以及减少可编程电路。同时，为了节省功耗，本发明所述发射机采用间歇式工作的脉冲式发射机，如交替使用短间隔连续工作（如1分钟连续发送120帧遥测后停止工作）和长间隔离散工作（如10分钟等间隔发送120帧遥测后停止工作）来提高卫星遥测被地面天线捕获和接收的概率。
同时，应急通信处理模块仅使用应急太阳电池电路进行供电，卫星母线失效不影响应急通信处理模块工作。经特殊设计，单片应急太阳电池片输出电压3.3V，输出电流1A。在结构板（包括﹢X、-X、﹢Y、-Y、﹢Z和-Z板）各布装一片，6片并联后输出。由于单片应急太阳电池片输出功率即可满足应急通信处理模块及脉冲式发射机工作，因此卫星姿态翻转时，任何舱板被太阳照射均能保障应急通信处理模块及脉冲式发射机工作。
具体地，应急通信处理模块通过CAN总线接收综合电子计算机A和计算机B的特征信息，对其余总线上设备的信号不予接收和处理。其中，综合电子计算机A和计算机B作用是进行遥控指令接收和下发、遥测组帧及下传、星上时间产生及分发等。
具体地，当应急通信处理模块未接收到综合电子计算机的特征信息或接收到的特征信息遥测异常时，则通过指令驱动电路持续等时间间隔发送OC指令至综合电子计算机，直至接收到正常的特征信息为止。
具体地，通过指令驱动电路持续等时间间隔发送OC指令至综合电子计算机，对综合电子计算机进行断电及重启操作，以及计算机控制权的切换。具体地，包括计算机赋B权、计算机A关B开、计算机A开B开、计算机赋A权以及计算机A开B关。
具体地，在卫星各面舱板外侧及综合电子计算机外壳设置预设数量的热敏电阻；
利用数据采集电路采集6片应急太阳电池电路输出电流、综合电子计算机的外壳温度以及6个舱板外壳温度；
所述6个舱板包括：﹢X、-X、﹢Y、-Y、﹢Z、-Z板。
设置应急通信处理模块的状态自检功能，将能够反映应急通信处理模块自身工作状态的遥测随综合电子计算机特征信号及应急太阳电池电路输出电流、综合电子计算机外壳温度、卫星舱板温度一起组帧进行遥测下传。
根据本发明提供的一种建立星地应急通信的系统，包括：
应急通信处理模块：在到达一个唤醒周期时，使用应急太阳电池电路获取所需能源，接收综合电子计算机的特征信号；
指令驱动电路：当应急通信处理模块未接收到综合电子计算机的特征信息或接收到的特征信息遥测异常时，则通过指令驱动电路持续等时间间隔发送OC指令至综合电子计算机，直至接收到正常的特征信息为止；
数据采集电路：采集应急太阳电池电路输出电流、综合电子计算机的外壳温度以及卫星各处结构的温度，并通过脉冲式发射机下传地面用于卫星姿态分析。
在卫星上建立星地应急通信系统，不仅要实现监测功能，在不增加研发成本的基础上，还需要考虑发射过程中和实际运用过程中的可靠性。
基于上述问题，所述应急通信处理模块采用降功耗技术，包括：降低时钟主频、降低工作电压、数字电路以硬连线为主以及减少可编程电路。同时，为了节省功耗，本发明所述发射机采用间歇式工作的脉冲式发射机，如交替使用短间隔连续工作（如1分钟连续发送120帧遥测后停止工作）和长间隔离散工作（如10分钟等间隔发送120帧遥测后停止工作）来提高卫星遥测被地面天线捕获和接收的概率。
同时，应急通信处理模块仅使用应急太阳电池电路进行供电，卫星母线失效不影响应急通信处理模块工作。经特殊设计，单片应急太阳电池片输出电压3.3V，输出电流1A。在结构板（包括﹢X、-X、﹢Y、-Y、﹢Z和-Z板）各布装一片，6片并联后输出。由于单片应急太阳电池片输出功率即可满足应急通信处理模块及脉冲式发射机工作，因此卫星姿态翻转时，任何舱板被太阳照射均能保障应急通信处理模块及脉冲式发射机工作。
具体地，应急通信处理模块通过CAN总线接收综合电子计算机A和计算机B的特征信息，对其余总线上设备的信号不予接收和处理。其中，综合电子计算机A和计算机B作用是进行遥控指令接收和下发、遥测组帧及下传、星上时间产生及分发等。
具体地，当应急通信处理模块未接收到综合电子计算机的特征信息或接收到的特征信息遥测异常时，则通过指令驱动电路持续等时间间隔发送OC指令至综合电子计算机，直至接收到正常的特征信息为止。
具体地，通过指令驱动电路持续等时间间隔发送OC指令至综合电子计算机，对综合电子计算机进行断电及重启操作，以及计算机控制权的切换。具体地，包括计算机赋B权、计算机A关B开、计算机A开B开、计算机赋A权以及计算机A开B关。
具体地，在卫星各面舱板外侧及综合电子计算机外壳设置预设数量的热敏电阻；
利用数据采集电路采集6片应急太阳电池电路输出电流、综合电子计算机的外壳温度以及6个舱板外壳温度；
所述6个舱板包括：﹢X、-X、﹢Y、-Y、﹢Z、-Z板。
设置应急通信处理模块的状态自检功能，将能够反映应急通信处理模块自身工作状态的遥测随综合电子计算机特征信号及应急太阳电池电路输出电流、综合电子计算机外壳温度、卫星舱板温度一起组帧进行遥测下传。
实施例2
实施例2是实施例1的优选例
根据本发明提供的一种建立星地应急通信的方法，如图1至3所示，包括：
步骤一：设计卫星综合电子计算机唤醒功能，具体设计方法为：使用低功耗高可靠数字逻辑器件进行编程，当到达一个唤醒周期（如15天）时，从CAN总线上监测综合电子计算机A和计算机B的特征信号（如递增数），将特征信号状态组下行遥测帧。若未接收到特征信号或特征信号异常，则置应急通信处理模块接收的特征信号为异常状态（如全为“AA”），并通过应急通信处理模块和综合电子计算机的指令接口不断依序发送OC指令，对综合电子计算机A及B分别进行断电及重启操作直至接收到计算机正常特征信号为止。唤醒周期的起始点可以通过地面站发令重置。
步骤二：设计应急通信处理模块的重要模拟量采集功能，具体设计方法为：对6片应急太阳电池电路输出电流进行采集，并在卫星各面舱板外侧及综合电子计算机机壳外布设1~2个热敏电阻，由数据采集电路进行电流量及温度量的AD转换，由应急通信处理模块完成以上所有模拟量数据的收集和组下行遥测帧。卫星设计单位可以通过以上模拟量变化分析卫星承受的外热流情况，从而推断卫星的姿态及姿态变化情况。
步骤三：设计星地应急通信模块。该模块仅包括脉冲式发射机及发射天线，其中发射机和应急通信处理模块、指令驱动电路及数据采集电路集成于同一单机结构内，以缩小装置的尺寸和减轻装置的重量。发射天线布放在舱板外侧，使用高增益的全向天线，以提高建立星地应急通信链路的成功率。
步骤四：设计应急通信处理模块的状态自检功能。应急通信处理模块在轨长期处于休眠状态，仅在到达唤醒周期时正常工作。在组下行遥测帧时，应将可以反映模块自身工作状态的遥测随综合电子计算机特征信号及外壳温度、卫星舱板温度及6片应急太阳电池电路输出电流一起组帧进行遥测下传。
所述反映模块自身工作状态的遥测包括：模块供电电压、遥测帧计数、模块温度、发射功率遥测等，都是通过模块数字电路设计生成的数字量遥测以及模块外围的数据采集电路采集获取的模拟量遥测。
本发明包络小、易于布局；功耗低；组成简洁，可靠性高；同时，成本较为低廉。
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。
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)
1.一种建立星地应急通信的方法，其特征在于，在到达一个唤醒周期时，使用应急太阳电池电路获取所需能源，利用应急通信处理模块接收综合电子计算机的特征信号，当应急通信处理模块未接收到综合电子计算机的特征信息或接收到的特征信息遥测异常时，则通过指令驱动电路持续等时间间隔发送OC指令至综合电子计算机，直至接收到正常的特征信息为止；同时利用数据采集电路采集综合电子计算机的外壳温度、卫星各处结构的温度和应急太阳电池电路输出电流，并通过脉冲式发射机下传地面用于卫星姿态分析。
2.根据权利要求1所述的建立星地应急通信的方法，其特征在于，所述应急通信处理模块采用降功耗技术，包括：降低时钟主频、降低工作电压、数字电路以硬连线为主以及减少可编程电路。
3.根据权利要求1所述的建立星地应急通信的方法，其特征在于，应急通信处理模块使用应急太阳电池电路进行供电；
所述应急太阳电池电路包括在结构板，包括：﹢X、-X、﹢Y、-Y、﹢Z和-Z板，各布装一片应急太阳电池片；所述应急太阳电池片输出功率能满足应急通信处理模块及脉冲式发射机工作，当卫星姿态翻转时，任何舱板被太阳照射均能保障应急通信处理模块及脉冲式发射机工作。
4.根据权利要求1所述的建立星地应急通信的方法，其特征在于，应急通信处理模块通过CAN总线接收综合电子计算机A和计算机B的特征信息。
5.根据权利要求1所述的建立星地应急通信的方法，其特征在于，通过指令驱动电路持续等时间间隔发送OC指令至综合电子计算机，对综合电子计算机进行断电及重启操作，以及计算机控制权的切换。
6.根据权利要求1所述的建立星地应急通信的方法，其特征在于，
在卫星各面舱板外侧及综合电子计算机外壳设置预设数量的热敏电阻；
利用数据采集电路采集应急太阳电池电路输出电流、综合电子计算机的外壳温度以及﹢X、-X、﹢Y、-Y、﹢Z、-Z板外壳温度。
7.根据权利要求1所述的建立星地应急通信的方法，其特征在于，设置应急通信处理模块的状态自检功能，将能够反映应急通信处理模块自身工作状态的遥测随综合电子计算机特征信号及应急太阳电池电路输出电流、综合电子计算机外壳温度、卫星舱板温度一起组帧进行遥测下传。
8.一种建立星地应急通信的系统，其特征在于，包括：
应急通信处理模块：在到达一个唤醒周期时，使用应急太阳电池电路获取所需能源，接收综合电子计算机的特征信号；
指令驱动电路：当应急通信处理模块未接收到综合电子计算机的特征信息或接收到的特征信息遥测异常时，则通过指令驱动电路持续等时间间隔发送OC指令至综合电子计算机，直至接收到正常的特征信息为止；
数据采集电路：采集应急太阳电池电路输出电流、综合电子计算机的外壳温度以及卫星各处结构的温度，并通过脉冲式发射机下传地面用于卫星姿态分析。
9.根据权利要求8所述的建立星地应急通信的系统，其特征在于，所述应急通信处理模块采用降功耗技术，包括：降低时钟主频、降低工作电压、数字电路以硬连线为主以及减少可编程电路。
10.根据权利要求8所述的建立星地应急通信的系统，其特征在于，应急通信处理模块使用应急太阳电池电路进行供电；
所述应急太阳电池电路包括在结构板，包括：﹢X、-X、﹢Y、-Y、﹢Z和-Z板，各布装一片应急太阳电池片；所述应急太阳电池片输出功率能满足应急通信处理模块及脉冲式发射机工作，当卫星姿态翻转时，任何舱板被太阳照射均能保障应急通信处理模块及脉冲式发射机工作。
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