CN210807270U - 一种适用于微纳卫星的无线自组网装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种适用于微纳卫星的无线自组网装置。本实用新型采取的技术方案为：平台由嵌入式主控单元、数据采集单元、FPGA数据处理单元、数据存储单元、无线通信单元和后台监控单元组成。其中嵌入式主控单元、数据采集单元、FPGA数据处理单元数据存储单元、无线通信单元组成终端模块，安装在微纳卫星本体上。监控单元部署在地面站，可实时监测微纳卫星的飞行状态等信息，发送指令改变终端模块的工作模式，以及根据不同的任务选择的FPGA数据处理算法，实现定制化化的微纳卫星数据监测与处理装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种适用于微纳卫星(NanoSat)的无线自组网装置，更具体地，涉及到一种适用于微纳卫星的卫星状态监测和数据处理、以及基于自组网技术的无线数据传输的装置。
背景技术
微纳卫星通常指质量小于10千克、具有实际使用功能的卫星。随着高新技术的发展和需求的推动，微纳卫星以体积小、功耗低、开发周期短，可编队组网，以更低的成本完成很多复杂的空间任务的优势，在科研、国防和商用等领域发挥着重要作用，但是微纳卫星本体的体积、重量和成本大大下降引发出来的弱点是不能携带大的太阳电池帆板以提供大的电功率，也不能承载高增益天线以传输高速率数据。但可利用它靠近目标，近距离采集数据，借助于自组网功能，直接或间接传输给大卫星转发地面或将数据存贮起来直接回收使用。无线自组织网络作为移动计算的一种特殊形式，不同于传统的蜂窝无线网络，这种网络不需要固定的基站，各个节点都是对等的，而且每个节点均可以自由移动，同时能做到在运动过程中建立网络，无线自组织网络的快速组网特点使其具有极强的生存性，适合应用于小型微纳卫星的自组网。
实用新型内容
本实用新型为解决现有微纳卫星传输能力不足的问题，进而提出一种具有自组网功能的无线终端数据通信装置，以提升其数据传输能力。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：平台由嵌入式主控单元、数据采集单元、FPGA数据处理单元、数据存储单元、无线通信单元和监控单元组成。其中嵌入式主控单元、数据采集单元、数据存储单元、FPGA数据处理单元和无线通信单元组成终端模块，安装在微纳卫星本体上；后台监控单元部署在地面站，可监测网络内每颗微纳卫星本体的飞行状态等参数，监控单元可发送指令改变终端模块的工作模式，以及根据不同的任务选择对应的FPGA数据处理算法，以实现通用化的微纳卫星数据监测与处理。本实用新型的系统框图如图1所示。
(1)嵌入式主控单元：
通过无线通信单元以及单元内部写入的自组网路由协议来实现多个通信台站之间的自组网功能，并且在实现自组网功能的基础上进行各通信终端之间的多跳路由数据传输以及和监控后台之间的数据传输；
优选地，本嵌入式主控单元处理器芯片选择S5P6818；
优选地，本嵌入式主控单元操作系统选择裁剪过的嵌入式LINUX，以满足低功耗的功能；
优选地，本嵌入式主控单元工作在低功耗模式下，可通过WIFI信号的指令进行低功耗模式和正常工作模式的切换；在低功耗模式下，主控单元控制数据采集单元和FPGA数据处理单元进入休眠状态；
优选地，本嵌入式主控单元与无线通信单元的接口方式采用SDIO接口；
优选地，本嵌入式主控单元与数据采集单元的接口方式采用SPI接口；
(2)数据采集单元
数据采集单元包含5～8片多通道AD采集芯片及外围电路，可采集包括图像、卫星姿态等多种数据；
优选地，低功耗AD采集芯片采用AD7609；
(3)FPGA数据处理单元
FPGA作为数据处理单元的核心，对信号采集单元传递的图像、卫星姿态等多传感器数据进行相应处理，处理算法可根据任务定制；
优选地，FPGA选择xilinx公司的Kintex-7XC7K70T-FBG676-1C/I型号；
(4)无线通信单元
无线通信单元具有Ad-Hoc模式并采用通用的802.11b/gWiFi协议来实现数据传输功能，可接收其他终端或后台发来的信息也可以向外发送信息；
优选地，无线通信单元选用OLSR路由协议；
(5)数据存储单元
数据存储单元可以存储本终端的数据信息，同时当该终端作为中继时存储接收到的其他终端的数据；
优选的，数据存储单元选用HY57V561620FTP-H
(6)后台监控单元
后台监控单元的硬件组成主要是一台计算机，与终端进行组网，并对微纳卫星上终端传递回的图像和姿态等参数进行显示和处理，或通过指令对终端工作状态、工作模式等进行远程控制。
步骤1、嵌入式主控单元：主控芯片通过OLSR路由协议来控制多个终端之间的数据传输路线，通过数据传输程序来实现数据传输功能，通过网卡驱动程序来控制无线传输模块，通过FPGA驱动程序实现与FPGA数据处理模块的通信；
步骤2、无线通信单元：该模块由嵌入式主控模块设置为Ad-Hoc模式后会建立一个自组网信号并自动寻找其信号范围内在同一网段并具有相同参数的其他自组网信号，如果其信号范围内有其他终端建立了相似的自组网信号，则两台终端会自动组成自组网结构，多台终端的自组网建立过程同上；
步骤3、数据采集单元：根据主控单元指令，采集各传感器数据；
步骤4、FPGA数据处理单元：接收从传感器采集的数据，并进行相应的数据处理；
步骤5、FPGA数据处理单元读取采集单元采集的数据，并将数据处理后存储到SDRAM，等待主控芯片的读取，同时主控芯片读取的无线数据传输单元的数据也存储到SDRAM中；
步骤6、当该终端模块作为数据中继时，嵌入式主控单元将SDRAM中的数据打包并发送给微纳卫星本体，此时该微纳卫星作为各微纳卫星的中继卫星，将数据发送给通信卫星；
步骤7、后台监控单元：可实时显示模块的组网状态、通信数据收发情况等信息；并可通过状态参数设置、故障注入等方式；可通过远程指令控制终端的工作模式。
与已有的数据通信终端系统相比，本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型增加了无线自组网的功能，具有多节点转发的能力，在比较恶劣的环境下能更好的保障各微纳卫星之间的数据传输能力。当两个微纳卫星终端直接因为某些原因无法互传数据时，可以通过其他终端完成中继传输；
本实用新型通过自组网模式的使用，后台监控单元可远程改变FPGA数据处理算法，实现了数据处理的可定制；
本实用新型增加了FPGA数据处理单元，可以对来自卫星传感器的多路数据信号同时进行处理，具有高效的信息处理能力，保证了数据处理的实时性；
本实用新型采用定制LINUX、低功耗AD芯片以及可选低功耗工作模式等多种技术手段实现低功耗功能；
附图说明
图1本实用新型的系统框图
图2本实用新型所述终端组成模块示意图
具体实施方式
一种适用于微纳卫星状态监测及其数据处理的无线自组网装置，装置由嵌入式主控单元、数据采集单元、FPGA数据处理单元、数据存储单元、无线通信单元和后台监控单元组成。其中嵌入式主控单元、数据采集单元、FPGA数据处理单元、数据存储单元、无线通信单元组成终端模块，安装在微纳卫星本体上；后台监控单元部署在地面站，可监测微纳卫星的飞行状态等信息，可远程发送指令改变终端模块的工作模式，以及根据不同的任务选择相应的FPGA数据处理算法，实现可定制化的微纳卫星数据监测与处理。
(1)嵌入式主控单元：
通过无线通信单元以及单元内部写入的自组网路由协议来实现多个通信台站之间的自组网功能，并且在实现自组网功能的基础上进行各通信终端之间的多跳路由数据传输以及和监控后台之间的数据传输；
(2)数据采集单元
数据采集单元包含5～8片多通道AD采集芯片及外围电路，可采集包括图像、卫星姿态等多种数据；
(3)FPGA数据处理单元
FPGA作为数据处理单元的核心，对信号采集单元传递的图像、卫星姿态等多传感器数据进行相应处理，处理算法可根据任务定制；
(4)无线通信单元
无线通信单元具有Ad-Hoc模式并采用通用的802.11b/gWiFi协议来实现数据传输功能，可接收其他终端或后台发来的信息也可以向外发送信息；
(5)数据存储单元
数据存储单元可以存储本终端的数据信息，同时当该终端作为中继时存储接收到的其他终端的数据；
(6)后台监控单元
后台监控单元的硬件组成主要是一台计算机，与终端进行组网，并对微纳卫星上终端传递回的图像和姿态等参数进行显示和处理，或通过指令对终端工作状态、工作模式等进行远程控制。
步骤一、嵌入式主控单元加载无线驱动程序和FPGA驱动程序，实现初始化；
步骤二、嵌入式主控单元对无线单元进行配置，设置自组网模式，组网名称，网络地址，通信信道等；
步骤三、嵌入式主控单元解析微纳卫星本体发送来的命令并通过SPI选择数据采集单元的采集速率和采集通道；
步骤四、数据采集单元将采集到的数据通过18位数据总线将数据发送给FPGA数据处理单元；
步骤五、FPGA数据处理单元读取采集单元采集的数据，并将数据处理后存储到SDRAM，等待主控芯片的读取；
步骤六、嵌入式主控单元开启OLSR路由协议，以建立多台终端以及监控后台之间数据传输的拓扑关系。无线数据传输模块自组网成功后，嵌入式主控芯片选择设置接收或发送模式，主控芯片通过SDIO的4位数据总线将无线传输单元接收到的数据读取并存储在SDRAM中或者将存储在SDRAM中的数据通过SDIO的4位数据总线发送给无线传输单元；
步骤七、当该终端模块作为数据中继时，嵌入式主控单元将SDRAM中的数据打包并发送给微纳卫星本体，此时该微纳卫星作为各微纳卫星的中继卫星，将数据发送给通信卫星；
步骤八、后台监控单元将从通信卫星接收到的实时数据进行分析，在监控后台实时显示终端在线情况、组网状态、收发数据，并对终端进行设置。
Claims (6)
1.一种适用于微纳卫星的无线自组网装置，其特征在于包括：嵌入式主控单元、数据采集单元、FPGA数据处理单元、数据存储单元、无线通信单元和后台监控单元；其中嵌入式主控单元、数据采集单元、FPGA数据处理单元、数据存储单元、无线通信单元组成终端模块，安装在微纳卫星本体上；后台监控单元部署在地面站；
(1)嵌入式主控单元：
通过无线通信单元以及单元内部写入的自组网路由协议来实现多个通信台站之间的自组网功能，并且在实现自组网功能的基础上进行各通信终端之间的多跳路由数据传输以及和监控后台之间的数据传输；
(2)数据采集单元包含5～8片多通道AD采集芯片及外围电路；
(3)FPGA数据处理单元连接数据采集单元；
(4)后台监控单元是一台计算机。
2.根据权利要求1所述的一种适用于微纳卫星的无线自组网装置，其特征在于：嵌入式主控单元处理器芯片选择S5P6818。
3.根据权利要求1所述的一种适用于微纳卫星的无线自组网装置，其特征在于：嵌入式主控单元与无线通信单元的接口方式采用SDIO接口。
4.根据权利要求1所述的一种适用于微纳卫星的无线自组网装置，其特征在于：嵌入式主控单元与数据采集单元的接口方式采用SPI接口。
5.根据权利要求1所述的一种适用于微纳卫星的无线自组网装置，其特征在于：AD采集芯片采用AD7609。
6.根据权利要求1所述的一种适用于微纳卫星的无线自组网装置，其特征在于：FPGA选择xilinx公司的Kintex-7XC7K70T-FBG676-1C/I型号。
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| CN201921440105.3U CN210807270U (zh) | 2019-09-02 | 2019-09-02 | 一种适用于微纳卫星的无线自组网装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116192908A (zh) * | 2023-04-28 | 2023-05-30 | 天津宜科自动化股份有限公司 | 一种基于物联网技术的数据传输系统 |
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2019
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN116192908A (zh) * | 2023-04-28 | 2023-05-30 | 天津宜科自动化股份有限公司 | 一种基于物联网技术的数据传输系统 |
| CN116192908B (zh) * | 2023-04-28 | 2023-07-28 | 天津宜科自动化股份有限公司 | 一种基于物联网技术的数据传输系统 |
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