CN208505373U - 一种面向空间应用的高功能密度测量单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种面向空间应用的高功能密度测量单元，包括信息处理板，所述信息处理板包括中心计算机、模拟量多路复用模块、GPS模块、UHF通信电路、数字量遥测模块、九轴惯性测量模块和相机模块；该系统还包括载荷板和能源管理单元。本实用新型通过将所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元搭载在火箭末子级，一方面可以掌握火箭末子级的运动规律并进行空间大型碎片演化规律研究，另一方面火箭末子级成为了新的空间应用平台，不仅可以开展实验测量空间环境参数，而且能验证搭载元器件能否适应太空应用。该面向空间应用的高功能密度测量单元是运载遥测系统新增加的组成部分，具有体积小、重量轻、功能密度高的特点。

Description

一种面向空间应用的高功能密度测量单元

技术领域

本实用新型涉及航天技术卫星领域，尤其涉及一种面向空间应用的高功能密度测量单元。

背景技术

以往各国每一次火箭发射后，随着一级火箭、二级火箭以及整流罩的脱落并返回地面，火箭末子级会随它的有效载荷一同进入轨道，并长期在太空中占据宝贵的轨道资源，对在轨空间飞行器造成安全威胁，是目前体量最大的太空垃圾。利用运载火箭末子级留轨阶段搭载测量系统，将原本的火箭末子级改造成低成本的科学实验和通信平台，实现变废为宝，这在国内外均有成功的案例。

例如，2009年，美国月坑观测与探测卫星(LCROSS)任务利用其运载火箭的废弃末级进行了月面撞击试验；2014年，CZ-3C发射探月三期试验飞行器任务搭载了卢森堡卫星公司的4M飞行器，其搭载于火箭末子级不分离，随末子级成功飞抵并绕过月球之后，继续返回地球轨道，共进行了438小时的飞行，其通过VHF波段进行的数据广播被全世界各地的无线电爱好者收到，验证了深空VHF波段通信技术。

当前，我国商业航天发展如火如荼，运载火箭任务进入密集发射期，而利用火箭末子级留轨阶段搭载测量系统尚未形成长期稳定的应用模式。开发一种面向空间应用的高功能密度测量单元，用于空间环境测量和商业器件搭载验证，对形成稳定的应用模式和发展体系化的商业留轨应用业务具有重要的价值。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了满足空间环境测量和商业器件搭载验证，提供一种面向空间应用的高功能密度测量单元，该面向空间应用的高功能密度测量单元是运载遥测系统新增加的组成部分，具有体积小、重量轻、功能密度高的特点，一方面可以掌握火箭末子级的运动规律并进行空间大型碎片演化规律研究，另一方面火箭末子级成为了新的空间应用平台，不仅可以开展实验测量空间环境参数，而且能验证搭载元器件能否适应太空应用。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种面向空间应用的高功能密度测量单元，优选地，为一种火箭末子级留轨测量系统，包括信息处理板，所述信息处理板包括中心计算机、模拟量多路复用模块、GPS模块、UHF通信电路、数字量遥测模块、九轴惯性测量模块和相机模块；

所述中心计算机，包括ADC模块，所述ADC模块连接所述模拟量多路复用模块；

所述GPS模块，通过CAN总线与所述中心计算机通信连接；

所述UHF通信电路外接UHF天线，所述UHF通信电路通过SPI接口与所述中心计算机通信连接；

所述相机模块，通过UART接口与所述中心计算机通信连接；

所述九轴惯性测量模块，通过I2C接口与所述中心计算机通信连接；

所述数字量遥测模块，数据输入端通信连接所述中心计算机，数据输出端通信连接箭遥数字量接口。

优选地，所述ADC模块将所述模拟量多路复用模块采集的模拟量转换为数字量；所述GPS模块通过外接GPS天线接收GPS信号以获取定位信息、速度以及时间信息并发送给所述中心计算机进行计算；所述UHF通信电路用于接收和解调地面站发射的上行遥控信息以及调制和发射来自所述中心计算机发送的下行遥测数据；所述相机模块在所述中心计算机的控制下进行相机数据采集；所述九轴惯性测量模块用于测量卫星的三轴加速度、三轴角速度、所处位置的三轴磁场强度信息，并发送给所述中心计算机；所述数字量遥测模块用于将所述中心计算机发送的测量信息通过所述箭遥数字量接口传送给运载火箭遥测分系统。

优选地，所述中心计算机采用TMS570LS1224芯片实现。

优选地，所述中心计算机还通过CAN总线接口连接多台所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元，实现与多台所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元的相互通信。

更优选地，所述中心计算机还通过CAN总线接口连接三台所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元，实现四台所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元间的相互通信。

优选地，所述信息处理板还包括看门狗监控、时钟及复位电路和JTAG调试接口，分别与所述中心计算机通信连接。

优选地，所述相机模块采用低成本工业级串口相机，可直接输出压缩图像数据。

优选地，所述GPS模块采用国科天成的高动态卫星导航模块C21N510。

优选地，所述UHF通信电路，接收地面站发射的上行遥控信息和发射来自所述中心计算机的下行遥测数据的过程中使用相同的UHF频点，采用半双工方式工作实现双向复用。

优选地，所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元还包括载荷板，所述载荷板通过RS485总线接口与所述信息处理板通信连接，所述载荷板至少搭载两款国产SoC系统板。

优选地，所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元还包括能源管理单元，所述能源管理单元包括：

太阳能电池板，位于所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元的顶部，用于将太阳能转化为电能后为电源控制板供电；

蓄电池组，与所述太阳能电池板连接，装设于锂离子电池板上，用于存储所述太阳能电池板转换的电能或者输出电能为电源控制板供电；

所述锂离子电池板，连接所述电源控制板，所述锂离子电池板包括蓄电池温度测量和控制模块，用于对所述蓄电池组进行温度测量和控制；

所述电源控制板，连接所述太阳能电池板、所述信息处理板、所述相机模块、所述载荷板和一次电源，用于接收所述信息处理板发出的配电控制信号；将外部供电的一次电源转换为二次电源，为所述信息处理板、所述相机模块、所述载荷板供电；调节及稳定所述太阳能电池板、所述蓄电池组和所述信息处理板、所述相机模块、所述载荷板之间的电流或电压传输。

更优选地，所述电源控制板将外部供电的一次电源经三类DC-DC变换器，将电压分别稳定在+3.3V、+1.2V和+5V，为所述信息处理板、所述相机模块、所述载荷板中的一种或几种供电。

进一步地，所述DC-DC变换器为主备冗余设计。

更优选地，所述电源控制板设置有分流调节电路。

更优选地，所述电源控制板设置有过放保护电路。

更优选地，所述电源控制板设置有USB充电接口。

更优选地，所述电源控制板为所述信息处理板、所述相机模块、所述载荷板供电的供电通道上设置有智能负载开关。

更优选地，所述一次电源的输入口和所述蓄电池组的输入口分别设置有放电控制开关。

更优选地，所述蓄电池组包括四节18650蓄电池，单节标称容量2600Ah。

优选地，所述太阳能电池板、载荷板、信息处理板、电源控制板分别配备叠层框架，并分别通过板上开设的安装孔固定到所述叠层框架；所述叠层框架开设有层间连接孔，连接杆穿过每一个所述叠层框架的层间连接孔将多个所述叠层框架串联组合在一起。

更优选地，所述载荷板、信息处理板和电源控制板装设于所述太阳能电池板的下方、所述锂离子电池板的上方，所述载荷板、信息处理板和电源控制板之间的位置关系可根据需要进行互换。

更优选地，所述相机模块固定于所述叠层框架内，所述相机模块还包括光学镜头，所述光学镜头安装在所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元的顶部外表面或所述叠层框架的外表面。

更优选地，所述太阳能电池板、载荷板、信息处理板、电源控制板、锂离子电池板与外部信号通过固定在所述太阳能电池板、载荷板、信息处理板、电源控制板、锂离子电池板上的接插件连接所述叠层框架上的对外接口引出，所述太阳能电池板、载荷板、信息处理板、电源控制板、锂离子电池板之间通过板间电连接器和电缆进行连接。

更优选地，所述叠层框架采用铝合金材料件或纤维材料件制作而成。

更优选地，所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元还包括一个转接架，所述转接架置于多个所述叠层框架的底部，所述转接架设有顶部连接螺孔，所述顶部连接螺孔、所述叠层框架的层间连接孔的直径大小与所述连接杆的直径相适应，四根所述连接杆依次穿过所述层间连接孔与所述顶部连接螺孔螺接，从而使所述连接杆将所述转接架以及多个所述叠层框架串联在一起。

进一步地，所述转接架的内部设有支撑点，所述锂离子电池板铺于所述转接架的支撑点上。

进一步地，所述转接架的底面设有安装脚，所述安装脚垫装玻璃钢隔热垫块进行隔热。

进一步地，所述转接架的底面和所述叠层框架的侧面粘贴有多层隔热材料。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下有益效果：

本实用新型提供一种面向空间应用的高功能密度测量单元，将火箭末子级变废为宝，通过将所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元搭载在火箭末子级，一方面可以掌握火箭末子级的运动规律并进行空间大型碎片演化规律研究，另一方面火箭末子级成为了新的空间应用平台，不仅可以开展实验测量空间环境参数，而且能验证搭载元器件能否适应太空应用。该面向空间应用的高功能密度测量单元是运载遥测系统新增加的组成部分，具有体积小、重量轻、功能密度高的特点。

附图说明

构成本申请的一部分附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型优选实施例的一种面向空间应用的高功能密度测量单元原理框图；

图2是本实用新型优选实施例的信息处理板的原理框图；

图3是本实用新型优选实施例的电路控制板的电路原理图；

图4是本实用新型优选实施例的一种面向空间应用的高功能密度测量单元组装示意图；

图5是本实用新型优选实施例的一种面向空间应用的高功能密度测量单元外部构型示意图；

图6是本实用新型优选实施例的四台面向空间应用的高功能密度测量单元安装于火箭末子级示意图。

图例说明：

1、太阳能电池板；2、载荷板；3、信息处理板；4、电源控制板；5、锂离子电池板；6、蓄电池组；7、叠层框架；8、连接杆；9、转接架；10、相机模块；11、一次电源；12、CAN总线；13、箭遥数字量接口；14、能源管理单元；15、安装孔；16、GPS天线；17、UHF天线；31、数字量遥测模块；32、九轴惯性测量模块；33、模拟量多路复用模块；34、GPS模块；35、UHF通信电路；36、看门狗监控；37、JTAG调试接口；38、时钟及复位电路；39、中心计算机；391、ADC模块；71、层间连接孔；72、对外接口一；73、对外接口二；74、天线SMA接口；91、玻璃钢隔热垫块；92、顶部连接螺孔；93、安装脚。

具体实施方式

本实用新型提供一种面向空间应用的高功能密度测量单元，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一：

图1给出了一种面向空间应用的高功能密度测量单元的原理框图。

图2给出了信息处理板的原理框图。

结合图1和图2所示，一种面向空间应用的高功能密度测量单元，包括信息处理板3，所述信息处理板3包括中心计算机39、模拟量多路复用模块33、GPS模块34、UHF通信电路35、数字量遥测模块31、九轴惯性测量模块32和相机模块10。

所述中心计算机39，包括ADC模块391，所述ADC模块391连接所述模拟量多路复用模块33，将所述模拟量多路复用模块33采集的模拟量转换为数字量。

所述GPS模块34，一端通过CAN总线接口与所述中心计算机39通信连接，另一端通过连接所述叠层框架7上的天线SMA接口74外接GPS天线16，用于接收GPS信号以获取定位信息、速度以及时间信息并发送给所述中心计算机39进行计算。

所述UHF通信电路35，一端通过SPI接口与所述中心计算机39通信连接，另一端通过连接所述叠层框架7上的天线SMA接口74外接UHF天线17，用于接收和解调地面站发射的上行遥控信息以及调制和发射来自所述中心计算机39发送的下行遥测数据，所述UHF通信电路35接收地面站发射的上行遥控信息和发射来自所述中心计算机39的下行遥测数据的过程中使用相同的UHF频点，采用半双工方式工作实现双向复用。

所述相机模块10，通过UART接口与所述中心计算机39通信连接，在所述中心计算机39的控制下进行相机数据采集，所述相机模块10采用低成本工业级串口相机，可直接输出压缩图像数据。

所述九轴惯性测量模块32，通过I2C接口与所述中心计算机39通信连接，用于测量卫星的三轴加速度、三轴角速度、所处位置的三轴磁场强度信息，并发送给所述中心计算机39。

所述数字量遥测模块31，数据输入端通信连接所述中心计算机39，数据输出端通信连接箭遥数字量接口13，用于将所述中心计算机39发送的测量信息通过所述箭遥数字量接口13传送给运载火箭遥测分系统。

所述中心计算机39的外围还配备看门狗监控36、时钟及复位电路38和JTAG调试接口37。

所述信息处理板3是所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元的核心控制单元，采用高集成度、低功耗设计，完成留轨测量系统任务的执行和调度、测控通信、数据管理(平台模拟量遥测采集、数据处理、打包等)、配电管理、热控管理等功能。

所述信息处理板3搭载中心计算机39进行数据采集和星务处理。所述中心计算机39是信息处理板3的核心，承担了所有的信息处理、运算和转发任务，需具备丰富的片上外设和处理资源，此外，其对空间环境的适应性也尤为重要，主要是耐高低温性能和抗单粒子翻转的能力。根据所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元的任务特点和寿命要求，兼顾安全性和经济性，本实施例选用TI公司面向安全关键系统推出的高可靠性工业级处理器的Hercules系列微控制器TMS570LS1224作为中心计算机39。这款基于Cortex^TM-R4F的系列产品提供了多个性能、内存和连接性的选择。其中，双核同步CPU结构，硬件BIST、MPU、ECC、单片时钟和电压监控是一些可以满足航天应用所需要的关键功能安全特性。

TMS570LS1224的主要技术特征如下：

a)具备支持FPU的ARM Cortex-R4F内核，具备双核锁步容错能力，最高主频180MHz；

b)CPU和DMA内的内存保护单元；

c)具备支持EDAC能力的1.25MB的Flash ROM、192KB的RAM、64KB的EEPROM；

d)具备5通道SPI总线和1通道I2C总线接口；

e)具备3通道CAN总线接口；

f)具备1通道UART接口和1通道LIN总线接口；

g)具备40路的增强型时钟通道NHET；

h)具备40路12位模拟/数字转换器ADC通道；

i)额定工作电压范围：1.14V–1.32V(内核)，3.0V–3.6V(IO)；

j)额定工作温度范围：-40～125℃。

所述GPS模块34通过外接GPS天线16接收GPS卫星L1频点的信号，并对接收到的信号进行解调、解算，输出定位信息、时间信息给所述中心计算机39进行计算。所述GPS模块34主要分为两大部分电路：射频部分、基带部分。射频部分电路对射频GPS信号进行信号放大、下变频及模数转换等处理，生成数字中频信号给入基带部分；基带部分则对数字中频进行信号捕获、跟踪、电文解析、定位解算和数据输出。

在本实施例中，GPS模块34采用国科天成的高动态卫星导航模块C21N510，其体积仅为35×50×5mm，功耗优于2W，动态速度达到10000m/s，加速度达到50g，C21N510模块与中心计算机39之间采用CAN总线进行数据的交互，具有可靠性高、低功耗、小体积、高动态、高冲击等特点。

如图1所示，所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元，还包括载荷板2，所述载荷板2通过RS485总线接口与所述信息处理板3通信连接，所述载荷板至少搭载两款国产SoC系统板。

本实施例中，所述载荷板2搭载两款国产SoC系统板为：

a)载荷板2搭载复旦大学自主研发的超低功耗SoC-FC3180功能验证系统，该功能验证系统长期留轨阶段开机并运行自检程序，监测SoC在轨功能和性能，考核后续空间应用的可行性。

b)载荷板2搭载珠海欧比特公司自主研发的宇航级SoC-S698功能验证系统，该功能验证系统长期留轨阶段开机并运行自检程序，监测SoC在轨功能和性能，为后续空间应用积累数据。

所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元，还包括能源管理单元14，所述能源管理单元14包括太阳能电池板1、蓄电池组6、锂离子电池板5和电源控制板4。

所述太阳能电池板1，位于所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元的顶部，用于将太阳能转化为电能后为电源控制板4供电；所述太阳能电池板1上的太阳电池片选用三结砷化镓GaInP/GaAs/Ge太阳电池，平均效率25％；每串太阳电池片通过锡焊后将正负极的导线分别引至所述太阳能电池板1的背面。

蓄电池组6，与所述太阳能电池板1连接，装设于锂离子电池板5上，用于存储所述太阳能电池板1转换的电能或者输出电能为电源控制板4供电；所述蓄电池组6包括四节18650蓄电池，单节标称容量2600Ah。

所述锂离子电池板5，连接所述电源控制板4，所述锂离子电池板5包括蓄电池温度测量和控制模块，用于对所述蓄电池组6进行温度测量和控制。

所述电源控制板4，连接所述太阳能电池板1、所述信息处理板3、所述相机模块10、所述载荷板2和一次电源11，用于接收所述信息处理板3发出的配电控制信号；将外部供电的一次电源11转换为二次电源，为所述信息处理板3、所述相机模块10、所述载荷板2供电；调节及稳定所述太阳能电池板1、所述蓄电池组6和所述信息处理板3、所述相机模块10、所述载荷板2之间的电流或电压传输。

图3给出了电路控制板4的电路原理图。

如图3所示，太阳能电池板上1的每两个太阳电池片串联，然后经二极管隔离后合并，形成蓄电池母线，蓄电池组6直接接入蓄电池母线。一次电源11输出正端与蓄电池母线分别经过隔离二极管后，合并形成一次母线。在光照期，由于蓄电池组6具有电压钳位作用，因此，一次母线电压范围限制在3.0V～4.2V之间。同时，为了防止蓄电池组6过充，设置有分流调节电路；为了防止蓄电池组6过放导致不可逆损伤，设置有过放保护电路。在阴影期，由蓄电池组6和一次电源11为负载提供能量，例如为所述信息处理板3、所述相机模块10、所述载荷板2中的一种或几种供电。

一次供电母线经过三类DC-DC变换器，将电压分别稳定在+3.3V，+1.2V和+5V，给相应的负载供电，例如为所述信息处理板2、所述相机模块10、所述载荷板2中的一种或几种供电。同时，所述电源控制板4为所述信息处理板3、所述相机模块10、所述载荷板2供电的供电通道上设置有智能负载开关(Smart load switch)，防止各通道过流或短路，保障整个能源系统的安全性。另外，每一类DC-DC变换器设计为主备冗余，提高系统的可靠性。

在所述一次电源11的输入口和所述蓄电池组6的输入口分别设置有放电控制开关，以便于在非测试时对整个系统进行断电操作。另外，为了便于为蓄电池组6补充充电，电源控制板4还设置有USB充电接口，可适应4.5V～5.5V的电压输入。

实施例二：

图4给出了一种面向空间应用的高功能密度测量单元的组装示意图。

图5给出了一种面向空间应用的高功能密度测量单元的外部构型示意图。

所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元，由一组相互配套的可替换的基础部件组成，所述基础部件至少包括叠层框架7、转接架9和连接杆8。所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元由多个单机模块拼装组合而成，每一个单机模块包括一个叠层框架7以及安装在所述叠层框架7内部的电路板，所述电路板为太阳能电池板1、载荷板2、信息处理板3、电源控制板4、锂离子电池板5中的一种。所述叠层框架7的数目根据所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元的功能模块的需求进行相应的设置；所述连接杆8用于将多个所述叠层框架7串联组合起来；所述转接架9是所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元的承载基础，也是装配的基础，用于将所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元与所述火箭末子级固定安装或者分离。

如图4所示，所述太阳能电池板1、载荷板2、信息处理板3、电源控制板4、锂离子电池板5为大小相等的矩形，所述矩形的四角处均开设有安装孔15；所述太阳能电池板1、载荷板2、信息处理板3、电源控制板4分别配备叠层框架7，并铺于所述叠层框架7上，分别通过穿过所述安装孔15的四个螺柱与每一个所述叠层框架7安装固定；所述叠层框架7的四角处开设有层间连接孔71，四根连接杆8穿过每一个所述叠层框架7的层间连接孔71将多个所述叠层框架7串联组合在一起，形成模块化堆栈式的立方体结构。优选地，所述叠层框架7采用铝合金材料件或纤维材料件制作而成。

在一种优选的实施例中，所述载荷板2、信息处理板3和电源控制板4装设于所述太阳能电池板1的下方、所述锂离子电池板5的上方，所述载荷板2、信息处理板3和电源控制板4之间的位置关系可根据需要进行互换。所述相机模块10固定于所述叠层框架7内，所述相机模块10还包括光学镜头，所述光学镜头安装在所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元的顶部外表面或所述叠层框架7的外表面。

进一步地，所述太阳能电池板1、载荷板2、信息处理板3、电源控制板4、锂离子电池板5与外部信号通过固定在所述太阳能电池板1、载荷板2、信息处理板3、电源控制板4、锂离子电池板5上的接插件连接所述叠层框架7上的对外接口一18和对外接口二19引出，所述太阳能电池板1、载荷板2、信息处理板3、电源控制板4、锂离子电池板5之间通过板间电连接器和电缆进行连接。

此外，所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元还包括一个转接架9，所述转接架置于多个所述叠层框架7的底部，所述转接架9的四角处设有顶部连接螺孔92，所述顶部连接螺孔92、所述叠层框架7的层间连接孔71的直径大小与所述连接杆8的直径相适应，四根所述连接杆8依次穿过所述层间连接孔71与所述顶部连接螺孔92螺接，从而使所述连接杆8将所述转接架9以及多个所述叠层框架7串联在一起。所述转接架9的内部设有支撑点，所述锂离子电池板5铺于所述转接架9的支撑点上。

进一步地，所述转接架9的底面的四个底角处设有安装脚93，所述安装脚93垫装玻璃钢隔热垫块91进行隔热。所述转接架9的底面和所述叠层框架7的侧面粘贴有多层隔热材料。

如图5所示，多个叠层框架7堆栈组合成所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元的立方体结构，整体本体尺寸为120mm×113mm×89mm，包络尺寸为120mm×113mm×98mm，质量为1.0kg±50g。

所述叠层框架7内部铺设的各电路板的设计采用国际通用的Cubesat卫星PC104规范尺寸；所述叠层框架7内部结构设计可以根据安装内容物的情况作相应的调整；所述叠层框架7以及所述转接架9通过统一的标准机械接口固定连接，具有互换性。更进一步地，采用标准化接口设计，使得组成所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元的基础部件具有可替换性，从而根据任务需求实现结构的快速设计、制造和装配，实现模块化的批量生产。

实施例三：

该实施例为所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元装配在火箭末子级上的一种应用。

由于火箭末子级钝化后姿态不定，为保证长期留轨阶段测量数据能够可靠下传，所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元需具备全向下行通信能力，该能力是留轨测量系统的关键性基础能力，是系统配置方案的主要影响因素。

本实施例中，综合考虑安装尺寸、重量、安全性、可靠性、继承性等因素，在运载领域常用UHF波段天线中，选取了上海航天电子有限公司(539厂)的振子天线。该天线在-70°～70°范围内增益在1dbi以上，因此采用传统对称双天线方案无法实现全向覆盖。根据火箭末子级上布置天线的位置，参见上述一种面向空间应用的高功能密度测量单元的布局方案，对传统双天线和四天线方案进行了覆盖性对比仿真分析，天线覆盖性分析结果如下表表1所示。

表1天线覆盖性分析表

	天线配置	全向覆盖率
			1	U<sub>A</sub>+U<sub>B</sub>+U<sub>C</sub>+U<sub>D</sub>	95.7％
2	U<sub>A</sub>+U<sub>C</sub>	63.3％
			3	U<sub>B</sub>+U<sub>D</sub>	72.4％

由表1可知，双天线仅能覆盖不及75％的区域，四天线方案可覆盖95％以上的区域。因此，从测控覆盖性考虑，在火箭末子级四个象限安装四付UHF天线17基本可达到全向覆盖。四颗所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元分别安装于末级支撑舱的四个象限，飞行任务阶段主要使用一次电源通过低频电缆网供电。四颗所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元配套的UHF天线17分布于四象限，可实现接近全空间的射频波束覆盖。

图6给出了四台面向空间应用的高功能密度测量单元安装于火箭末子级的示意图。

如图6所示，该应用由四颗所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元及其配套的四付UHF天线17和两付GPS天线16、一台一次电源组成。一台所述一次电源连接四颗所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元，每颗所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元通过一根射频电缆连接一付所述UHF天线17，其中两颗不相邻的所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元各通过一根射频电缆连接一付所述GPS天线16，用内置GPS模块34接收导航卫星发射的GPS射频信号。

四颗所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元的CAN总线接口分别通过低频电缆网互联，形成一个基于所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元的测量网络，实现了测量数据的实时共享。这样，当任一面向空间应用的高功能密度测量单元与地面站间建立数据链路时，其他面向空间应用的高功能密度测量单元的关键状态数据均可通过该通道下传至地面，进一步保证火箭末子级留轨段姿态不确定状态下的轨道测量和载荷检测任务的可靠性。

以上对本实用新型的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本实用新型并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本实用新型的范围内。

Claims (10)

1.一种面向空间应用的高功能密度测量单元，其特征在于：包括信息处理板，所述信息处理板包括中心计算机、模拟量多路复用模块、GPS模块、UHF通信电路、数字量遥测模块、九轴惯性测量模块和相机模块；

所述中心计算机，包括ADC模块，所述ADC模块连接所述模拟量多路复用模块；

所述GPS模块，通过CAN总线与所述中心计算机通信连接；

所述UHF通信电路外接UHF天线，所述UHF通信电路通过SPI接口与所述中心计算机通信连接；

所述相机模块，通过UART接口与所述中心计算机通信连接；

所述九轴惯性测量模块，通过I2C接口与所述中心计算机通信连接；

所述数字量遥测模块，数据输入端通信连接所述中心计算机，数据输出端通信连接箭遥数字量接口。

2.根据权利要求1所述的一种面向空间应用的高功能密度测量单元，其特征在于：所述信息处理板还包括看门狗监控、时钟及复位电路和JTAG调试接口，分别与所述中心计算机通信连接。

3.根据权利要求1所述的一种面向空间应用的高功能密度测量单元，其特征在于：所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元还包括载荷板，所述载荷板通过RS485总线接口与所述信息处理板通信连接，所述载荷板至少搭载两款国产SoC系统板。

4.根据权利要求3所述的一种面向空间应用的高功能密度测量单元，其特征在于，所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元还包括能源管理单元，所述能源管理单元包括：

太阳能电池板，位于所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元的顶部，用于将太阳能转化为电能后为电源控制板供电；

蓄电池组，与所述太阳能电池板连接，装设于锂离子电池板上，用于存储所述太阳能电池板转换的电能或者输出电能为电源控制板供电；

所述锂离子电池板，连接所述电源控制板，所述锂离子电池板包括蓄电池温度测量和控制模块，用于对所述蓄电池组进行温度测量和控制；

所述电源控制板，连接所述太阳能电池板、所述信息处理板、所述相机模块、所述载荷板和一次电源，用于接收所述信息处理板发出的配电控制信号；将外部供电的一次电源转换为二次电源，为所述信息处理板、所述相机模块、所述载荷板供电；调节及稳定所述太阳能电池板、所述蓄电池组和所述信息处理板、所述相机模块、所述载荷板之间的电流或电压传输。

5.根据权利要求4所述的一种面向空间应用的高功能密度测量单元，其特征在于：所述太阳能电池板、载荷板、信息处理板、电源控制板分别配备叠层框架，并分别通过板上开设的安装孔固定到所述叠层框架；所述叠层框架开设有层间连接孔，连接杆穿过每一个所述叠层框架的层间连接孔将多个所述叠层框架串联组合在一起。

6.根据权利要求5所述的一种面向空间应用的高功能密度测量单元，其特征在于：所述载荷板、信息处理板和电源控制板装设于所述太阳能电池板的下方、所述锂离子电池板的上方，所述载荷板、信息处理板和电源控制板之间的位置关系可根据需要进行互换。

7.根据权利要求5所述的一种面向空间应用的高功能密度测量单元，其特征在于：所述太阳能电池板、载荷板、信息处理板、电源控制板、锂离子电池板与外部信号通过固定在所述太阳能电池板、载荷板、信息处理板、电源控制板、锂离子电池板上的接插件连接所述叠层框架上的对外接口引出，所述太阳能电池板、载荷板、信息处理板、电源控制板、锂离子电池板之间通过板间电连接器和电缆进行连接。

8.根据权利要求5所述的一种面向空间应用的高功能密度测量单元，其特征在于：所述一种面向空间应用的高功能密度测量单元还包括一个转接架，所述转接架置于多个所述叠层框架的底部，所述转接架设有顶部连接螺孔，所述顶部连接螺孔、所述叠层框架的层间连接孔的直径大小与所述连接杆的直径相适应，四根所述连接杆依次穿过所述层间连接孔与所述顶部连接螺孔螺接，从而使所述连接杆将所述转接架以及多个所述叠层框架串联在一起。

9.根据权利要求8所述的一种面向空间应用的高功能密度测量单元，其特征在于：所述转接架的内部设有支撑点，所述锂离子电池板铺于所述转接架的支撑点上。

10.根据权利要求8所述的一种面向空间应用的高功能密度测量单元，其特征在于：所述转接架的底面设有安装脚，所述安装脚垫装玻璃钢隔热垫块进行隔热。