CN204559571U - 一种通过无线局域网与上位机通信并接受控制的卫星 - Google Patents

Abstract

一种通过无线局域网与上位机通信并接受控制的卫星，该卫星包括卫星壳体、星上总线、星上通信系统、星上电源系统、以及星上分系统集合，所述星上总线与所述星上通信系统及所述星上分系统集合中的各个分系统连接；所述星上通信系统通过无线局域网与上位机通信，所述星上通信系统通过所述星上总线与所述星上分系统集合中的各个分系统通信。与现有技术相比，只需一台带无线局域网通信功能的上位机就可以对本实用新型提供的卫星进行遥控遥测、软件升级和在系统调试，有效的提高卫星的研发速度，降低研发成本，缩短研制周期。

Description

一种通过无线局域网与上位机通信并接受控制的卫星

技术领域

本实用新型涉及一种人造卫星，尤其涉及一种具有无线局域网通信功能的人造卫星。

背景技术

在卫星的地面研发阶段需要不断的对其进行遥控、遥测、调试和软件升级。卫星一般包含多个分系统，卫星上的任何一个分系统都要单独调试和测试，对某一个分系统的软件进行更新，通常需要卫星上多个分系统的协同合作，若其中一个分系统出现设计缺陷，会影响其他分系统的遥控、遥测和软件更新。上述调试和测试过程的实现需要研制一套专门的地面测控无线通信系统和馈电无线通信系统，其中所述地面测控无线通信系统用于卫星的遥控遥测，是地面与卫星联系的“风筝线”， 所述馈电无线通信系统用于实现卫星与地面系统的宽带数据交换。一般地，为了满足卫星发射前的应用需求和测试需求，需要研制至少2套地面测控和地面无线馈电设备，一套用于洁净间的调试，一套用于发射场。上述调试和测试过程必需由专门的测试人员打开和控制地面测控和地面无线馈电设备进行配合，这种方式极大降低了卫星的地面调试和测试效率，增加了卫星研发的物力和人力成本。为了解决上述卫星地面调试过程中效率低下的问题，现有技术提出在卫星外部连接一个脐带线，该脐带线除了供电外，还具备通信功能。然而并不是每一个分系统都具备与脐带线进行通信的功能，而且脐带线通常连接专门的硬件和软件，在地面调试过程中，存在静电放电、连接错误等潜在危险，可能导致整星出现电源系统故障等严重问题。

实用新型内容

有鉴于此，确有必要提供一种在地面调试阶段能够方便的进行调试控制的卫星。

一种通过无线局域网与上位机通信并接受控制的卫星，所述卫星包括：卫星壳体、星上总线、星上通信系统、星上电源系统、以及星上分系统集合，所述星上总线与所述星上电源系统、星上通信系统及所述星上分系统集合中的各个分系统连接；所述星上通信系统通过无线局域网与上位机通信，所述星上通信系统通过所述星上总线与所述星上分系统集合中的各个分系统通信，所述星上电源系统包括一输入端以及一输出端，所述输入端用于连接外部电源，所述输出端用于给所述星上通信系统及所述星上分系统集合中的各个分系统供电。

所述星上分系统集合包括：星上计算机、姿态控制分系统、导航分系统和星上载荷。

所述星上通信系统同时与多个上位机通过无线局域网进行通信，每一个上位机只能通过所述星上总线访问所述星上分系统集合中特定的分系统。

所述星上通信系统包括：WiFi通信模块、微处理器子系统、WiFi天线以及星上总线接口，所述WiFi通信模块与所述WiFi天线及所述微处理器子系统连接，所述WiFi通信模块将来自所述上位机的通信数据传递给所述微处理器子系统，并将来自所述微处理器子系统的数据传递给所述上位机，所述微处理器子系统与所述星上总线接口连接，将通信数据转换为与星上总线兼容的格式并通过所述星上总线接口发送到所述星上总线。

所述WiFi通信模块是内部集成了TCP/IP协议栈和WiFi通信驱动，对外接口为高速串行接口的WiFi透传模块。

所述微处理器子系统与带无线局域网通信功能的上位机之间的的信息交换格式包括：目标分系统识别码和星上总线访问数据块；所述目标分系统识别码是一个多字节码，能够唯一的标识一个星上分系统集合中的目标分系统，所述星上总线访问数据块用于访问所述星上总线，包括读写标识、访问地址和访问数据。

与现有技术相比，本实用新型所提供的卫星通过无线局域网与上位机进行通信并接受上位机的控制，在卫星发射前的地面调试阶段，只需一台带无线局域网通信功能的上位机就可以对本实用新型提供的卫星进行遥控遥测、软件升级和在系统调试，从而有效的提高卫星的研发速度，降低研发成本，缩短研制周期。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例提供的卫星结构示意图。

图2为本实用新型第二实施例提供的卫星结构示意图。

图3为本实用新型提供的星上通信系统在卫星上的第一种安装方式。

图4为本实用新型提供的星上通信系统在卫星上的第二种安装方式。

图5为本实用新型提供的星上通信系统在卫星上的第三种安装方式。

图6为本实用新型提供的卫星同时与多个上位机通信的示意图。

图7为本实用新型提供的卫星与上位机通信时信息交换格式。

主要元件符号说明

卫星	100，200
		星上总线	10
星上电源系统	20
		星上通信系统	30，40
WiFi通信模块	31
		输出接口	32
微处理器子系统	33
		WiFi通信模块供电电路	34
星上总线接口	35
		WiFi天线	36
外部开关	37
		星上分系统集合	50
星上计算机	51
		姿态控制分系统	52
导航分系统	53
		星上载荷	54
连接线	60
		卫星壳体	70
分离装置	400
		上位机	500，510，520
外部电源	600

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本实用新型提供的通过无线局域网与上位机通信并接受控制的卫星作进一步的详细说明。

请参见图1，本实用新型第一实施例提供一种通过无线局域网与上位机通信并接受控制的卫星100，包括：星上总线10、星上电源系统20、星上通信系统30以及星上分系统集合50，所述星上分系统集合50包含构成一个完整卫星所必需的多个分系统。所述星上总线10与所述星上通信系统30、星上分系统集合50中的各个分系统连接，所述星上通信系统30通过无线局域网与上位机500通信，所述星上通信系统30通过所述星上总线10与所述星上分系统集合50中的各个分系统通信，所述星上电源系统20包括一输入端以及一输出端，所述输入端用于连接外部电源600，所述输出端用于给所述星上通信系统30及所述星上分系统集合50中的各个分系统供电。

所述星上通信系统30包括：WiFi通信模块31、微处理器子系统33、WiFi天线36以及星上总线接口35。所述WiFi通信模块31与所述WiFi天线36、微处理器子系统33连接；所述微处理器子系统33与所述星上总线接口35连接。

所述WiFi通信模块31可以透明的将来自带无线局域网通信功能的上位机500（例如一部笔记本电脑）的通信数据传递给微处理器子系统33，并可以同时将来自微处理器子系统33的数据透明的传递给带无线局域网通信功能的上位机500。具体地，所述WiFi通信模块31通过线缆与所述WiFi天线36连接，通过该WiFi天线36实现与带无线局域网通信功能的上位机500之间的无线通信；同时，所述WiFi通信模块31通过输出接口32与所述微处理器子系统33连接，实现与所述微处理器子系统33之间的通信。所述输出接口32的常见形式包括：通用串行接口（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART）、安全数字输入输出（Secure Digital Input and Output，SDIO）接口、串行外设接口（Serial Peripheral Interface，SPI）等。

所述WiFi通信模块31的种类不限，本实施例中所述WiFi通信模块31采用的是一款内部集成了TCP/IP协议栈和WiFi通信驱动的WiFi透传模块，其对外接口为高速UART接口。

所述微处理器子系统33接收来自WiFi通信模块31的数据，并将其转换为与星上总线10兼容的格式，转换后的数据通过所述星上总线接口35发送到星上总线10。所述微处理器子系统33同时接收来自星上总线10的数据，并将其发送给WiFi通信模块31。所述微处理器子系统33具有数据存储功能，可以由一个单片机加外置存储器实现。

所述WiFi天线36设置在卫星100的表面，通过线缆连接到WiFi通信模块31。所述星上总线10 用于实现星上各个分系统的互联互通，所述星上总线10可以为1153B总线、控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)总线、以太网、低电压差分总线（Low Voltage Differential Signal，LVDS）等。本实施例中所述星上总线10为CAN总线。

所述星上电源系统20包括一输入端以及一输出端，所述输入端用于连接外部电源600，所述输出端用于给所述星上通信系统30及所述星上分系统集合50中的各个分系统供电。所述星上电源系统20也有一个专门的电子系统管理，通过所述星上总线10与所述星上分系统集合50通信。

所述星上分系统集合50为所述星上电源系统20、星上通信系统30之外的多个分系统的集合，如星上计算机、姿态控制分系统、导航分系统、星上载荷等，这些分系统用于实现构成一个完整的卫星所需的必要功能。具体在本实施例中，所述星上分系统集合50包括星上计算机51、姿态控制分系统52、导航分系统53、星上载荷54。

请参见图2，本实用新型第二实施例提供一种在第一实施例基础上改进的卫星200，包括：星上总线10、星上电源系统20、星上通信系统40以及星上分系统集合50，所述星上分系统集合50包含构成一个完整卫星所必需的多个分系统。所述星上总线10与所述星上通信系统40、所述星上分系统集合50中的各个分系统连接，所述星上通信系统40通过无线局域网与上位机500通信，所述星上通信系统40通过所述星上总线10与所述星上分系统集合50中的各个分系统通信，所述星上电源系统20包括一输入端以及一输出端，所述输入端用于连接外部电源600，所述输出端用于给所述星上通信系统30及所述星上分系统集合50中的各个分系统供电。

所述星上通信系统40包括：WiFi通信模块31、微处理器子系统33、WiFi天线36、星上总线接口35、WiFi通信模块供电电路34以及外部开关37。所述WiFi通信模块31与所述WiFi天线36、微处理器子系统33连接，所述微处理器子系统33与所述星上总线接口35连接；所述WiFi通信模块供电电路34为所述WiFi通信模块31供电；所述外部开关37控制所述WiFi通信模块供电电路34的工作状态。

本实施例与第一实施例的主要区别在于：本实施例中所述星上通信系统40在第一实施例的基础上增加了WiFi通信模块供电电路34以及外部开关37。现将本实施例中与第一实施例不同之处进行详细介绍。

本实用新型第一实施例中所述WiFi通信模块31、微处理器子系统33、WiFi天线36、星上总线接口35由所述星上电源系统20统一供电，由星上电源系统20内部的开关控制它们的供断电状态。本实施例中所述星上通信系统40在第一实施例的基础上增加了WiFi通信模块供电电路34以及与电路连接的外部开关37。所述WiFi通信模块供电电路34与所述WiFi通信模块31连接，专门为所述WiFi通信模块31供电。所述外部开关37控制所述WiFi通信模块供电电路34的工作状态，其一端与所述WiFi通信模块供电电路34电连接，另一端通过连接线60与所述星上电源系统20电连接。所述外部开关37可以是一个电子或手动开关。在卫星地面调试阶段，所述外部开关37处于闭合状态，从而使所述WiFi通信模块31获得持续的供电；在调试结束后卫星发射前，通过电子或手动方式将所述外部开关37断开，从而保证所述WiFi通信模块31不会被意外上电。

本实用新型第二实施例中可以通过外部开关37单独关闭所述WiFi通信模块31，所述星上通信系统40除去WiFi天线36和外部开关37以外的其他部分在卫星200入轨后仍能使用。

请参见图3，该图为所述星上通信系统40在卫星200上的一种安装方式。图中为了显示卫星200的方向，画出了卫星200与火箭的分离装置400。在该安装方式中，所述星上通信系统40中的WiFi通信模块31、微处理器子系统33、星上总线接口35、WiFi通信模块供电电路34被安装在卫星壳体70的内部，所述WiFi天线36和外部开关37被安装的卫星壳体70的外表面，连接线60连接外部开关37和星上电源系统20。在卫星200的各个分系统调试结束后，卫星200的星上电源系统20将不再给所述WiFi通信模块31提供电力支持。因此，在卫星升空前的部装阶段，将WiFi天线36、外部开关37拆除，从而确保卫星200在在太空中运行时WiFi通信模块31不会被错误的加电，以保证卫星200工作运行的稳定性。

请参见图4，该图为所述星上通信系统30在卫星100上的第二种安装方式。在卫星100升空以后，所述WiFi通信模块31已失去其原有价值，而所述微处理器子系统33还可以用于执行其他的任务，且所述WiFi通信模块31与微处理器子系统33的之间接口的连接线通常比较少。因此，在第二种安装方式中，所述WiFi通信模块31被安装在卫星壳体70的外表面，在卫星100升空前的部装阶段，将所述WiFi天线36与所述WiFi通信模块31同时拆除。采用这种安装方式可以不需要增加外部开关37和WiFi通信模块供电电路34。

请参见图5，该图为所述星上通信系统30在卫星100上的第三种安装方式。在具体的实施过程中，所述星上通信系统30可以与所述星上分系统集合50合并在一起。比如所述星上通信系统30可以作为所述星上分系统集合50中的星上计算机（借用星上计算机的处理器和存储器）功能的一部分，也可以作为所述星上分系统集合50中导航分系统的一部分（便于连接射频电缆）。若所述星上通信系统30只作为卫星100的地面遥控、遥测、调试和软件升级通道，在卫星100升空后就不再具有价值，因此，在设计时所述星上通信系统30全部安装在卫星壳体70的外表面，在卫星100升空前全部拆除。

图6为所述星上分系统集合50中的分系统与多个带无线局域网通信功能的上位机同时进行通信的示意图。图中分别由三个开发者A、B、C所使用的上位机500、510、520通过所述星上通信系统30、40访问所述星上总线10与所述星上分系统集合50中的分系统进行通信。

图7为上位机500与所述星上通信系统30、40的通信消息格式。图7中上位机500、510、520分别被三个开发者A、B、C使用，假设这三个开发者分别负责调试所述星上分系统集合50中的分系统1、分系统2、分系统3。为保证星上总线10的访问安全，应该从设计角度保证开发者A只能通过星上总线10访问分系统1，开发者B只能访问分系统2，开发者C只能访问分系统3。为了实现上述目标而设计了一种信息交换格式，专门用于上位机500与所述星上通信系统30、40中微处理器子系统33的信息交换。该信息交换格式包括：目标分系统识别码F1和星上总线访问数据块F2。所述目标分系统识别码F1是由卫星100、200总体分配的一个多字节码，唯一的标识一个目标分系统，并且三个开发者A、B、C只知道自己的目标分系统识别码。星上总线访问数据块F2用于访问星上总线10，通常包括读写标识F20、访问地址F21和访问数据F22。读写标识F20通常为1比特，标识读或者写。访问地址通常是31比特，与读写标识共同构成32比特。访问数据F22通常为多字节。

在地面调试过程中，星上通信系统30、40能够方便的实现卫星100、200与任何带无线局域网通信功能的上位机500进行通信。本实用新型的卫星100、200在加电后，只需一台带无线局域网通信功能的上位机500（通常是一部笔记本电脑），就可以实现遥控命令、遥测数据采集、调试和程序更新等功能。上述利用上位机500调试卫星100、200的过程中，只需星上通信系统30、40和被调试的分系统参与，无需星上其他分系统的配合。此外，所述星上通信系统30、40也可以作为卫星在调试过程中的一个验证系统存在。例如，在卫星系统任一分系统出现异常时，所述星上通信系统30、40可以作为一个监控系统，采集数据、分析错误原因，该过程不受卫星中其他分系统的影响，为迅速定位问题和解决问题提供一个重要的方法。

另外，本领域技术人员还可在本实用新型精神内做其他变化，当然，这些依据本实用新型精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种通过无线局域网与上位机通信并接受控制的卫星，其特征在于，所述卫星包括：卫星壳体、星上总线、星上通信系统、星上电源系统、以及星上分系统集合，所述星上总线与所述星上电源系统、星上通信系统及所述星上分系统集合中的各个分系统连接；所述星上通信系统通过无线局域网与上位机通信，所述星上通信系统通过所述星上总线与所述星上分系统集合中的各个分系统通信，所述星上电源系统包括一输入端以及一输出端，所述输入端用于连接外部电源，所述输出端用于给所述星上通信系统及所述星上分系统集合中的各个分系统供电。

2.如权利要求1所述的通过无线局域网与上位机通信并接受控制的卫星，其特征在于，所述星上通信系统安装在所述卫星壳体的外表面。

3.如权利要求1所述的通过无线局域网与上位机通信并接受控制的卫星，其特征在于，所述星上分系统集合包括：星上计算机、姿态控制分系统、导航分系统和星上载荷。

4.如权利要求1所述的通过无线局域网与上位机通信并接受控制的卫星，其特征在于，所述星上通信系统同时与多个上位机通过无线局域网进行通信，每一个上位机只能通过所述星上总线访问所述星上分系统集合中特定的分系统。

5.如权利要求1所述的通过无线局域网与上位机通信并接受控制的卫星，其特征在于，所述星上通信系统包括：WiFi通信模块、微处理器子系统、WiFi天线以及星上总线接口，所述WiFi通信模块与所述WiFi天线及所述微处理器子系统连接，所述WiFi通信模块将来自所述上位机的通信数据传递给所述微处理器子系统，并将来自所述微处理器子系统的数据传递给所述上位机，所述微处理器子系统与所述星上总线接口连接，将通信数据转换为与星上总线兼容的格式并通过所述星上总线接口发送到所述星上总线。

6.如权利要求5所述的通过无线局域网与上位机通信并接受控制的卫星，其特征在于，所述WiFi通信模块是内部集成了TCP/IP协议栈和WiFi通信驱动，对外接口为高速串行接口的WiFi透传模块。

7.如权利要求5所述的通过无线局域网与上位机通信并接受控制的卫星，其 特征在于，所述微处理器子系统与带无线局域网通信功能的上位机之间的的信息交换格式包括：目标分系统识别码和星上总线访问数据块；所述目标分系统识别码是一个多字节码，能够唯一的标识一个星上分系统集合中的目标分系统，所述星上总线访问数据块用于访问所述星上总线，包括读写标识、访问地址和访问数据。

8.如权利要求5所述的通过无线局域网与上位机通信并接受控制的卫星，其特征在于，所述WiFi通信模块被安装在卫星壳体的外表面。

9.如权利要求5所述的通过无线局域网与上位机通信并接受控制的卫星，其特征在于，所述星上通信系统进一步包括：WiFi通信模块供电电路以及外部开关；所述WiFi通信模块供电电路为所述WiFi通信模块供电，所述外部开关控制所述WiFi通信模块供电电路的工作状态。

10.如权利要求9所述的通过无线局域网与上位机通信并接受控制的卫星，其特征在于，所述星上通信系统中的WiFi通信模块、微处理器子系统、星上总线接口、WiFi通信模块供电电路被安装在卫星壳体内部，所述WiFi天线和外部开关被安装的卫星壳体的外表面，所述外部开关通过连接线与所述电源系统连接。