CN117895641A - 一种卫星信息功率控制域及卫星综合电子系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种卫星信息功率控制域及卫星综合电子系统，卫星信息功率控制域，其特征在于，包括：功率层和信息层；功率层与信息层通过连接器连接，功率层用于对太阳帆板和蓄电池输出的电能进行调制并输出负载需求功率，信息层用于电子信息采集与处理；其中，功率层集成设置有功率调制模块、二次电源模块、功率配电模块，功率调制模块、二次电源模块与功率配电模块之间电性连接；信息层集成设置有驱动模块、星务模块、采集模块，驱动模块、星务模块与采集模块之间采用内部通信总线。本申请的方案整合了商业小卫星的信息和功率需求并针对系统需求进行了功能集成，降低了硬件成本、重量和体积，散热影响和电磁干扰影响小。

Description

一种卫星信息功率控制域及卫星综合电子系统

技术领域

本申请涉及卫星技术领域，具体涉及一种卫星信息功率控制域及卫星综合电子系统。

背景技术

卫星平台主要由电源、综合电子、姿态轨道控制、测控数传等重要系统组成，传统中大型卫星的各系统以分布式为主，即各分系统设计相对独立，以卫星电缆网进行连接，传输功率和信息。但传统分布系统占用体积和重量较大，不符合商业小卫星需求，因此需要进行模块化、集成化。

商业卫星以小型或微纳型卫星为主，对成本以及空间和重量的约束条件更严格。而随着用户需求提升与技术发展，商业卫星的功能愈发复杂，这对卫星的功率和信息传递提出了更高的要求。因此对系统的集成化、模块化也有更高标准。其中，卫星的功率传输主要由电源控制器进行，将太阳帆板的光能转换为星上设备需要的电能，信息处理主要由综合电子单机进行，主要功能是为卫星提供综合的数据管理和飞行状态控制。因此二者分别作为卫星的能源中枢和信息中枢，实现一定程度的集成化符合商业小卫星的应用场景。

将测控、导航、星务、电源进行高程度集成的方案，更适用于任务要求较为简单的更小的微纳卫星方案，但高度的集成方案易产生如下技术问题：(1)在业务性能要求较高的中小型卫星中，功率需求较大(即发热量较高)，过高的集成度不利于系统散热；(2)射频模块(例如测控、导航模块)与其他低频模块集成在同一箱体中，易产生电磁干扰(EM I)，影响射频传输性能，不利于整星的电磁兼容性设计(EMC)；(3)过度的集成化使得各功能模块间接口耦合较多，整体设计复杂程度高。

针对以上问题，本领域技术人员一直在寻求解决方法。

发明内容

本申请要解决的技术问题在于，针对上述现有技术的缺陷，提供一种卫星信息功率控制域及卫星综合电子系统。

为了实现上述目的，本申请是通过如下的技术方案来实现：

本申请提供一种卫星信息功率控制域，包括：功率层和信息层；

所述功率层与所述信息层通过连接器连接，所述功率层用于对太阳帆板和蓄电池输出的电能进行调制并输出负载需求功率，所述信息层用于电子信息采集与处理；

其中，所述功率层集成设置有功率调制模块、二次电源模块、功率配电模块，所述功率调制模块、所述二次电源模块与所述功率配电模块之间电性连接；

所述信息层集成设置有驱动模块、星务模块、采集模块，所述驱动模块、所述星务模块与所述采集模块之间采用内部通信总线。

可选地，所述功率层设置于相对于所述信息层的下方；

所述功率调制模块设置于相对于所述二次电源模块的上方，所述功率配电模块设置于相对于所述二次电源模块的下方。

可选地，所述功率调制模块用于对太阳帆板和蓄电池输出的电能进行调制并输出需求母线功率；

所述二次电源模块用于根据所述需求母线功率输出第一需求功率和第二需求功率；

所述功率配电模块用于将所述需求母线功率、所述第一需求功率和所述第二需求功率分配至所述功率层与所述信息层。

可选地，所述驱动模块用于为姿轨控分系统提供驱动用电，和为整星提供加热器驱动，和为太阳帆板驱动机构供电。

可选地，所述星务模块包括整星信息处理模块；

所述整星信息处理模块用于存储代码与整星数据，和与整星进行时间同步。

可选地，所述星务模块还包括系统控制模块；所述系统控制模块用于卫星温度、太阳帆板驱动机构、卫星姿态轨道中至少一项进行控制，和接收所述功率模块数据的信息以及对所述功率模块进行控制。

可选地，所述星务模块包括第一通信接口和第二通信接口；

所述第一通信接口和所述第二通信接口用于与所述采集模块和所述驱动模块传输遥控遥测信号。

可选地，所述采集模块用于为整星采集模拟量、测温量和状态量中至少一项。

本申请还提供一种卫星综合电子系统，包括上所述的卫星信息功率控制域。

本申请还提供一种卫星系统，包括上述的卫星综合电子系统，和卫星舱系统；所述卫星综合电子系统用于向所述卫星舱系统提供供电功率。

本申请提供了一种卫星信息功率控制域及卫星综合电子系统，整合了商业小卫星的信息和功率需求并针对系统需求进行了功能集成，降低了硬件成本、重量和体积，且散热影响和电磁干扰影响小。

为让本申请的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本申请；

图1是本申请一实施例提供的卫星信息功率控制域的布局示意图；

图2是本申请一实施例提供的卫星信息功率控制域的结构示意图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本方案参考汽车整车设计的域控设计思想，对卫星整星设计也进行域划分。所谓“域”(Domain)即控制汽车的某一大功能模块的电子电气架构的集合，每一个域由一个域控制器进行统一的控制，最典型的划分方式是将全车的电子电气架构分为五个域：动力域、底盘域、车身域、座舱域和自动驾驶域。因此在本申请中，将负责整星数据计算的星务处理、遥测采集、遥控功能的电子信息系统和负责电能调制、供配电和驱动功能的的电气系统进行合理集成，定义为信息功率控制域。

图1是本申请一实施例提供的卫星信息功率控制域的布局示意图，图2是本申请一实施例提供的卫星信息功率控制域的结构示意图，请同时参阅图1与图2，本申请提供一种卫星信息功率控制域，包括：功率层10和信息层20。功率层10与信息层20通过连接器连接，功率层10用于对太阳帆板和蓄电池输出的电能进行调制并输出负载需求功率，信息层20用于电子信息采集与处理；其中，功率层10集成设置有功率调制模块11、二次电源模块12、功率配电模块13，功率调制模块11、二次电源模块12与功率配电模块13之间电性连接；信息层20集成设置有驱动模块21、星务模块22、采集模块23，驱动模块21、星务模块22与采集模块23之间采用内部通信总线。在本申请的实施例中，功率层10与信息层20各模块设置主备机以提高冗余可靠性。在此基础上，梳理整合了商业小卫星的信息和功率需求，针对系统需求进行了合理的功能集成。

如图1所示，功率层10设置于相对于信息层20的下方；功率调制模块11设置于相对于二次电源模块12的上方，功率配电模块13设置于相对于二次电源模块12的下方。

可选地，功率调制模块11用于对太阳帆板和蓄电池输出的电能进行调制并输出需求母线功率。具体地，功率调制模块11用于对来自于太阳帆板和蓄电池的电能进行调制并输出满足星上负载需求的28V母线功率，以及设置遥测采样和遥控接收点，与信息层20进行通讯。

二次电源模块12用于根据需求母线功率输出第一需求功率和第二需求功率。具体地，二次电源模块12用于对28V母线功率进行二次转换以输出满足负载需求的12V和5V功率，以及设置遥测采样和遥控接收点，与信息层20模块进行通讯。

功率配电模块13用于将需求母线功率、第一需求功率和第二需求功率分配至功率层10与信息层20。具体地，功率配电模块13用于将28V/12V/5V功率输出分配至星上各负载，以及设置遥测采样和遥控接收点，与信息层20进行通讯。优选地，为确保良好散热，功率模块置于下层，贴近于散热面，确保系统良好散热。

可选地，驱动模块21用于为姿轨控分系统提供驱动用电，和为整星提供加热器驱动，和为太阳帆板驱动机构供电。具体地，驱动模块21主要具有以下几种功能：1)为姿轨控分系统提供磁力矩器、磁强计、电磁阀、自锁阀、压力传感器的驱动供电；2)为整星提供加热器驱动；3)为太阳帆板驱动机构等运动机构部件提供电机供电和控制功能；4)与星务模块22通信实现遥控遥测传输。

可选地，星务模块22包括整星信息处理模块；整星信息处理模块用于存储代码与整星数据，和与整星进行时间同步。具体地，整星信息处理模块主要具有以下几种功能：(1)软件存储及运算功能：存储代码和整星数据，进行整星平台及载荷进行自主控制管理；(2)遥控功能：接收上行遥控指令及数据，对非直接指令进行处理与分发；(3)遥测功能：收集遥测并进行组包、组帧，产生下行遥测数据；(4)串口通信功能：提供异步422、232、CAN总线、I2C总线通信，用于与其他模块的信息传输；(5)时钟功能：提供校时，PPS秒脉冲输入、输出，用于与整星进行时间同步。

可选地，星务模块22还包括系统控制模块；系统控制模块用于卫星温度、太阳帆板驱动机构、卫星姿态轨道中至少一项进行控制，和接收功率模块数据的信息以及对功率模块进行控制。具体地，系统控制模块主要具有以下几种功能：(1)热控管理：根据设定的温度范围，控制加热器开关，实现卫星温度的控制管理；(2)机构驱动控制：太阳帆板转动角度解算及速度档位指令输出，以实现帆板的跟踪控制；(3)对功率层各模块的信息采集和控制功能：自主进行电源模式切换、过放保护、充电档位切换、放电开关接通等功能，以替代传统电源控制器下位机；(4)卫星姿态轨道控制功能：各姿态敏感器信息的采集和处理，卫星定姿定轨算法的实现，卫星各控制组件的管理和控制算法的执行等。

可选地，星务模块22包括第一通信接口和第二通信接口；第一通信接口和第二通信接口用于与采集模块23和驱动模块21传输遥控遥测信号。第一通信接口为RS422接口，RS422接口为12C接口。

功率层10和信息层20之间通过板间接插件J80C进行功率和信号传输。星务模块22与采集模块23和驱动模块21均具有对外接口模块，其用于实现星务模块22与其他设备之间的数据交互功能，接口主要包括：异步RS422接口、CAN总线接口、OC接口、PPS接口和I 2C接口。

可选地，采集模块23用于为整星采集模拟量、测温量和状态量中至少一项。具体地，采集模块23主要具有以下几种功能：(1)为整星提供模拟量、测温量和状态量采集；(2)与星务模块22通信进行遥控遥测信号传输。

本申请还提供一种卫星综合电子系统，包括上所述的卫星信息功率控制域。

综上，本申请的实施例具有以下特点：1)将电子信息系统简化为信息层，信息层包括星务模块、采集模块、驱动模块；2)将电源控制器简化为功率层，功率层包括功率调制模块、二次电源模块、功率配电模块。基于上述特点，本申请的方案重新梳理整合了商业小卫星的信息和功率需求，针对系统需求进行了合理的功能集成。

3)星务模块算法集成姿态轨道控制算法，姿态执行器的驱动控制集成至驱动模块，以替代传统独立姿轨控计算机；4)整星运动部件驱动控制及整星热控加热器控制集成至驱动模块，以替代传统独立驱动控制器；5)采集模块加入功率层的信息采集功能，替代常规电源控制器中的负责遥控遥测的下位机模块。基于上述特点，本申请的集成方案可以降低硬件成本、重量和体积，有利于商业小卫星的成本控制，并且可以有效避免过度集成带来的散热影响和电磁干扰(EM I)影响，有利于散热设计和电磁兼容性设计(EMC)。

6)本方案可根据功率大小或信息需求进行功率模块或信息模块的叠加，耦合程度较低，相对于高度集成方案，本申请有利于系统功能扩展。

本申请还提供一种卫星系统，包括上述的卫星综合电子系统，和卫星舱系统；卫星综合电子系统用于向卫星舱系统提供供电功率。其中，卫星舱系统为卫星平台舱系统或者卫星载荷舱系统，卫星综合电子系统向卫星舱系统提供供电功率，星务模块22还通过CAN总线接口、RS422接口、RS232接口与卫星平台舱系统或者卫星载荷舱系统进行通信。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素，此外，本申请不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义，也可能具有不同含义，其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。

应当理解，尽管在本文可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本文范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。取决于语境，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种卫星信息功率控制域，其特征在于，包括：功率层和信息层；

所述功率层与所述信息层通过连接器连接，所述功率层用于对太阳帆板和蓄电池输出的电能进行调制并输出负载需求功率，所述信息层用于电子信息采集与处理；

其中，所述功率层集成设置有功率调制模块、二次电源模块、功率配电模块，所述功率调制模块、所述二次电源模块与所述功率配电模块之间电性连接；

所述信息层集成设置有驱动模块、星务模块、采集模块，所述驱动模块、所述星务模块与所述采集模块之间采用内部通信总线。

2.如权利要求1所述的卫星信息功率控制域，其特征在于，所述功率层设置于相对于所述信息层的下方；

所述功率调制模块设置于相对于所述二次电源模块的上方，所述功率配电模块设置于相对于所述二次电源模块的下方。

3.如权利要求1所述的卫星信息功率控制域，其特征在于，所述功率调制模块用于对太阳帆板和蓄电池输出的电能进行调制并输出需求母线功率；

所述二次电源模块用于根据所述需求母线功率输出第一需求功率和第二需求功率；

所述功率配电模块用于将所述需求母线功率、所述第一需求功率和所述第二需求功率分配至所述功率层与所述信息层。

4.如权利要求1所述的卫星信息功率控制域，其特征在于，所述驱动模块用于为姿轨控分系统提供驱动用电，和为整星提供加热器驱动，和为太阳帆板驱动机构供电。

5.如权利要求1所述的卫星信息功率控制域，其特征在于，所述星务模块包括整星信息处理模块；

所述整星信息处理模块用于存储代码与整星数据，和与整星进行时间同步。

6.如权利要求5所述的卫星信息功率控制域，其特征在于，所述星务模块还包括系统控制模块；所述系统控制模块用于卫星温度、太阳帆板驱动机构、卫星姿态轨道中至少一项进行控制，和接收所述功率模块数据的信息以及对所述功率模块进行控制。

7.如权利要求1所述的卫星信息功率控制域，其特征在于，所述星务模块包括第一通信接口和第二通信接口；

所述第一通信接口和所述第二通信接口用于与所述采集模块和所述驱动模块传输遥控遥测信号。

8.如权利要求1所述的卫星信息功率控制域，其特征在于，所述采集模块用于为整星采集模拟量、测温量和状态量中至少一项。

9.一种卫星综合电子系统，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的卫星信息功率控制域。

10.一种卫星系统，其特征在于，包括权利要求9所述的卫星综合电子系统，和卫星舱系统；

所述卫星综合电子系统用于向所述卫星舱系统提供供电功率。