CN219890472U - 一种针对卫星载荷数据源成像模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种针对卫星载荷数据源成像模拟装置，涉及航天测控领域。该针对卫星载荷数据源成像模拟装置，包括硬件部分和软件部分，所述硬件部分包括工控机，所述工控机设置有TLK2711接口和过RS422接口，工控机通过TLK2711接口模拟高速载荷数据源，并通过RS422接口模拟低速载荷数据源，在工控机界面上实现对目标参数及场景参数的设置，以及控制硬件操作。该针对卫星载荷数据源成像模拟装置，在地面模拟联试过程中，作为高速载荷数据源或低速载荷数据源，模拟遥感卫星的传输数据，可以在地面测试中验证地面测试设备的硬件接口匹配性以及图形处理的稳定性和准确性。
Description
技术领域
本实用新型涉及航天测控技术领域，具体为一种针对卫星载荷数据源成像模拟装置。
背景技术
针对不同型号的不同类型的卫星来说，它们所具备的载荷及数传系统的组成可能存在着些许差异，但是总体来说相差不大。
同时对于绝大多数遥感卫星，载荷及数传分系统的组成主要涵盖高速载荷、低速载荷、预处理器、载荷数据处理器、数传前级和可调节衰减器几大部分。
遥感卫星的高速载荷数据以及低速载荷数据，地面设备需要对遥感卫星传输的高速数据以及低速数据进行数据接收，同时需要通过测试软件对数据进行解析并显示。
但是地面测试设备性能不同，其测试软件根据数据解析的图像不一定全部的准确，是存在一定的误差性的，但是现有的设备难以对地面测试设备的性能进行检测，难以得知到各个地面测试设备的性能差异，因此我们提出了一种针对卫星载荷数据源成像模拟装置。
实用新型内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种针对卫星载荷数据源成像模拟装置，解决了现有的设备难以对地面测试设备的性能进行检测，难以得知各个地面测试设备的性能差异的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种针对卫星载荷数据源成像模拟装置，包括硬件部分和软件部分，所述硬件部分包括工控机，所述工控机设置有TLK2711接口和过RS422接口，工控机通过TLK2711接口模拟高速载荷数据源，并通过RS422接口模拟低速载荷数据源，在工控机界面上实现对目标参数及场景参数的设置、以及控制硬件操作，中心服务器中运行的软件部分将用户设置的参数以及综测网络磁盘阵列中存储的卫星姿态、转角等信息进行融合处理后，发送给图像模拟工作站中的目标和图像模拟软件，目标和图像模拟软件借助目标及背景库中的模型进行所仿真目标特性及空间背景的生成后，通过中心服务器传递给加载器硬件，硬件进行数据的加载，并根据工控机命令通过指定接口发送，将生成的原始图像数据发送至地面测试设备中。
优选的，所述TLK2711接口设置有高速串行数据源模块，且高速串行数据源模块包括：
核心控制器部分，包含FPGA、时钟、调试接口(JTAG)及配置电路；
存储部分，包含DDR4存储器电路
2711接口部分，包含6路2711发送接口及2路2711接收接口，以及栈接连接器；
模块供电部分，包含多个DC-DC隔离电源。
优选的，所述高速串行数据源模块作为组帧模块的2711数据组帧模块，通过前端的2711输入接口接收SM图像数据/DMZ图像数据，进而通过栈接连接器送至数传组帧模块的核心控制器部分进行处理。
优选的，采用TLK2711A芯片作为2711接口电路的核心芯片，主要完成将高速率的并行数据转为串行或将串行数据转为并行，即高速串化解串器芯片。
优选的，使用TLK2711A芯片并行16位数据输入中的TXD0～TXD5，TXD8～TXD13共计12位进行有效数据传输，TXD6、TXD7、TXD14、TXD15为冗余位，在传输有效数据时为‘0’；
发送端TLK2711A芯片用TXD0～TXD5位传输SL或ML数据，TXD8～TXD13位传输SR或MR数据，并在时钟n传输图像的高6位数据，在时钟n+1传输图像的低6位数据；
TLK2711A芯片串行输出端的输出电平为VML差分电平，码元形式为非归零码(NRZ-L)，电缆连接采用单点单线、同轴电缆连接，与接收器之间的信号耦合方式为交流耦合。
优选的，所述RS422接口设置有RS-422通讯模块，所述RS-422通讯模块包括：
PCI总线接口，PCI总线接口完成PCI总线的时序转换，使嵌入式控制能够通过PCI总线访问模块的寄存器；
功能控制IP核，功能控制IP核主要实现串行收发器的功能，把PCI总线接口发来的数据根据协议转换为串行数据发送到后级电路，同时把后级电路接收的串行数据转为并行数据；
存储器，存储器使用2片256MB存储器DDR2芯片，使得每个通道都具有足够的收发缓存，用于存储要发送的数据和接收的数据；
数据发送接收通道，PCI总线接口、功能控制IP核以及存储器的存取控制部分在FPGA内以可编程逻辑实现。
优选的，所述异步通讯协议在FPGA内以可编程逻辑实现，通讯协议具有较强的灵活性，包括通讯波特率，停止位，校验位，数据位都是能够设置的。
优选的，采用DS26C31和DS26C32完成整个接口电路设计，一片DS26C31和1片DS26C32能够完成4路发送和4路接收，采用DCR021205P-U提供接口芯片供电。
本实用新型公开了一种针对卫星载荷数据源成像模拟装置，其具备的有益效果如下：
1、该针对卫星载荷数据源成像模拟装置，在地面模拟联试过程中，作为高速载荷数据源或低速载荷数据源，模拟遥感卫星的传输数据，可以在地面测试中验证地面测试设备的硬件接口匹配性以及图形处理的稳定性和准确性，主要功能包括：高速载荷数据源模拟、低速载荷数据源模拟、图像生成、载荷参数配置等功能，用户可灵活配置，也可以进行故障图像模拟用来检测地面测试设备，帮助用户排查地面测试设备的性能。
2、该针对卫星载荷数据源成像模拟装置，工控机通过TLK2711接口模拟高速载荷数据源，并通过RS422接口模拟低速载荷数据源，在工控机界面上实现对目标参数及场景参数的设置，以及控制硬件操作，中心服务器中运行的软件部分将用户设置的参数以及综测网络磁盘阵列中存储的卫星姿态、转角等信息进行融合处理后，发送给图像模拟工作站中的目标和图像模拟软件，目标和图像模拟软件借助目标及背景库中的模型进行所仿真目标特性及空间背景的生成后，通过中心服务器传递给加载器硬件，硬件进行数据的加载，并根据工控机命令通过指定接口发送，将生成的原始图像数据发送至地面测试设备中。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型卫星载荷数据源成像模拟装置组成框图；
图2为本实用新型与地面测试设备连接关系示意图；
图3为本实用新型高速串行数据源模块总体框架
图4为本实用新型TLK2711A并串转换过程；
图5为本实用新型TLK2711A芯片数据接口排列示意图；
图6为本实用新型RS422通讯板卡单路通讯原理框图；
图7为本实用新型异步通讯的IP Core；
图8为本实用新型PCI RS422差分输出/输出卡原理框图；
图9为本实用新型RS422接收接口示意图；
图10为本实用新型RS422发送接口示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本申请实施例通过提供一种针对卫星载荷数据源成像模拟装置，解决了现有的设备难以对地面测试设备的性能进行检测，难以得知各个地面测试设备的性能差异的问题，实现在地面模拟联试过程中，作为高速载荷数据源或低速载荷数据源，模拟遥感卫星的传输数据，可以在地面测试中验证地面测试设备的硬件接口匹配性以及图形处理的稳定性和准确性。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
本实用新型实施例公开一种针对卫星载荷数据源成像模拟装置。
根据附图1-10所示，包括硬件部分和软件部分，所述硬件部分包括工控机，所述工控机设置有TLK2711接口和过RS422接口，工控机通过TLK2711接口模拟高速载荷数据源，并通过RS422接口模拟低速载荷数据源，在工控机界面上实现对目标参数及场景参数的设置，以及控制硬件操作，中心服务器中运行的软件部分将用户设置的参数以及综测网络磁盘阵列中存储的卫星姿态、转角等信息进行融合处理后，发送给图像模拟工作站中的目标和图像模拟软件，目标和图像模拟软件借助目标及背景库中的模型进行所仿真目标特性及空间背景的生成后，通过中心服务器传递给加载器硬件，硬件进行数据的加载，并根据工控机命令通过指定接口发送，将生成的原始图像数据发送至地面测试设备中。
在地面模拟联试过程中，作为高速载荷数据源或低速载荷数据源，模拟遥感卫星的传输数据，可以在地面测试中验证地面测试设备的硬件接口匹配性以及图形处理的稳定性和准确性，主要功能包括：高速载荷数据源模拟、低速载荷数据源模拟、图像生成、载荷参数配置等功能，用户可灵活配置，也可以进行故障图像模拟用来检测地面测试设备，帮助用户排查地面测试设备的性能。
优选的，所述TLK2711接口设置有高速串行数据源模块，且高速串行数据源模块包括：
核心控制器部分，包含FPGA、时钟、调试接口(JTAG)及配置电路；
存储部分，包含DDR4存储器电路
2711接口部分，包含6路2711发送接口及2路2711接收接口，以及栈接连接器；
模块供电部分，包含多个DC-DC隔离电源。
有高速串行数据源模块作为SM 2711载荷数据源或DMZ 2711载荷数据源工作时，在上位机命令控制之下，首先通过PCIe Gen3x8接收SM数据/DMZ图像数据，并将接收到的数据，按其所在的通道，以DMA方式分别缓存到DDR4存储器中，完成数据加载。当需要数据发送时，将数据从DDR4中取出，并通过前端2711接口发送至星上的相应处理单元中。
优选的，所述高速串行数据源模块作为组帧模块的2711数据组帧模块，通过前端的2711输入接口接收SM图像数据/DMZ图像数据，进而通过栈接连接器送至数传组帧模块的核心控制器部分进行处理。
核心控制器中需要完成对背板上PCIe总线数据的收发控制，对于前端2711接口芯片的收发控制，对DDR4缓存电路的读取/写入控制等操作，要求其具备极高的控制效率、极快的响应速度和稳定度。本模块采用XILINX公司的Kintex UltraScale FPGA作为核心控制器。
为了使得模块工作时序稳定，应设计高稳定度，且对于外界温度变化有一定适应能力的时钟电路，本模块选用ABRACAN公司的ASDMB-100MHZ-XY-T晶振，该晶振稳定度达±10ppm，且在设备正常工作温度范围内时钟漂移较小。
为了保证模块上电后能够正常运行，设计了FPGA的上电配置电路，选用镁光(MICRON)公司MT25QL128ABA8E12-0AAT QSPI接口NOR-Flash芯片作为存储FPGA逻辑的电路，该芯片存储容量为128Mb，能够满足本模块逻辑的存储要求。
为了保证充足的缓存空间，采取最大化的设计原则，本模块的缓存容量应不小于4Gb，采用4片镁光公司DDR4 MT41K128M16芯片，单片存储量为2Gb，满足单通道不小于1Gb的存储要求。
优选的，采用TLK2711A芯片作为2711接口电路的核心芯片，主要完成将高速率的并行数据转为串行或将串行数据转为并行，即高速串化解串器芯片。TLK2711A芯片能够支持高达2.7Gbps的串行数据率，提供2.16Gbps的数据带宽，可以应用于点对点的双向传输系统中，且该芯片尺寸较小，仅为12mm*12mm*0.8mm，能够节省模块板卡空间。
TLK2711A执行并行到串行的数据转换时，串行收发器接口的最大速度为2700Mbps。发送器以提供的参考时钟(TXCLK)的速率锁存16位并行数据。使用8位/10位(8b/10b)编码格式将16位并行数据内部编码为20位。然后，所得到的20位字以20倍的参考时钟(TXCLK)速率差分地传输。这一过程如下图4所示。
优选的，在传输时，使用TLK2711A芯片并行16位数据输入中的TXD0～TXD5，TXD8～TXD13共计12位进行有效数据传输，TXD6、TXD7、TXD14、TXD15为冗余位，在传输有效数据时为‘0’；
本模块使用TLK2711A芯片并行16位数据输入中的TXD0～TXD5，TXD8～TXD13共计12位进行有效数据传输，TXD6、TXD7、TXD14、TXD15为冗余位，在传输有效数据时为‘0’。发送端TLK2711A芯片用TXD0～TXD5位传输SL或ML数据，TXD8～TXD13位传输SR或MR数据，并在时钟n传输图像的高6位数据，在时钟n+1传输图像的低6位数据，数据排列如下图5所示。
TLK2711A芯片串行输出端的输出电平为VML差分电平，码元形式为非归零码(NRZ-L)，电缆连接采用单点单线、同轴电缆连接，与接收器之间的信号耦合方式为交流耦合。
优选的，所述RS422接口设置有RS-422通讯模块，所述RS-422通讯模块包括：
PCI总线接口，PCI总线接口完成PCI总线的时序转换，使嵌入式控制能够通过PCI总线访问模块的寄存器；
功能控制IP核，功能控制IP核主要实现串行收发器的功能，把PCI总线接口发来的数据根据协议转换为串行数据发送到后级电路，同时把后级电路接收的串行数据转为并行数据；
存储器，存储器使用2片256MB存储器DDR2芯片，使得每个通道都具有足够的收发缓存，用于存储要发送的数据和接收的数据；
数据发送接收通道，PCI总线接口、功能控制IP核以及存储器的存取控制部分在FPGA内以可编程逻辑实现。
优选的，所述异步通讯协议在FPGA内以可编程逻辑实现，通讯协议具有较强的灵活性，包括通讯波特率，停止位，校验位，数据位都是能够设置的，如下图7是FPGA内异步通讯协议的实现方法。
通讯协议的核心是实现串行输入数据的接收和并行数据的串行输出，即数据的接收和发送。首先介绍数据发送，当复位及起始控制器给出允许发送命令后，波特率时钟信号产生单元根据波特率设置寄存器设置的波特率要求，产生特定频率的波特率时钟。发送数据编码器首先从发送缓冲区中读入一个待发送的8bit数据，然后根据用户在设置寄存器中对停止位，数据位和校验位的设置，在待发送数据的高位前添加起始位，在低位后添加停止位和校验位，整个数据长度为n，然后一次将并行数据写入n位移位寄存器，移位寄存器特定的波特率时钟驱动下，实现并行数据的串行输出。
接收数据的过程正好与之相反，当复位及起始控制器给出允许接收命令后，接收数据编码器根据用户设置，确定接收数据的位数为n，起始位检测器不断检测是否有起始位输入，当检测到起始位后，串行数据就在约定的波特率时钟下输入n位移位寄存器，当输入位数满足n位时，接收数据编码器从移位寄存器中将并行数据读出，并去掉结束位，对校验位进行校验，然后将有限数据位写入接收缓冲区。
优选的，采用DS26C31和DS26C32完成整个接口电路设计，一片DS26C31和1片DS26C32能够完成4路发送和4路接收，采用DCR021205P-U提供接口芯片供电。
其原理框图如下图8所示。
接口芯片示意图如下图9-10所示。
同时选取的工控机，除了要满足定制板卡的接口需求，同时需要符合上架标准，并需要拥有较高的硬件配置以满足软件的正常运行，对于不少于20个目标的同时仿真以及图像模拟，对CPU计算能力要求较高，项目拟采用高主频(大于3.0GHz)的6代以上CPU，综合分析，决定采用研华610L工控机箱搭配AIMB-785主板，支持6代以上CPU。
在地面模拟联试过程中，作为高速载荷数据源或低速载荷数据源，模拟遥感卫星的传输数据，可以在地面测试中验证地面测试设备的硬件接口匹配性以及图形处理的稳定性和准确性，主要功能包括：高速载荷数据源模拟、低速载荷数据源模拟、图像生成、载荷参数配置等功能，用户可灵活配置，也可以进行故障图像模拟用来检测地面测试设备，帮助用户排查地面测试设备的性能。
工控机通过TLK2711接口模拟高速载荷数据源，并通过RS422接口模拟低速载荷数据源，在工控机界面上实现对目标参数及场景参数的设置，以及控制硬件操作，中心服务器中运行的软件部分将用户设置的参数以及综测网络磁盘阵列中存储的卫星姿态、转角等信息进行融合处理后，发送给图像模拟工作站中的目标和图像模拟软件，目标和图像模拟软件借助目标及背景库中的模型进行所仿真目标特性及空间背景的生成后，通过中心服务器传递给加载器硬件，硬件进行数据的加载，并根据工控机命令通过指定接口发送，将生成的原始图像数据发送至地面测试设备中。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种针对卫星载荷数据源成像模拟装置，包括硬件部分和软件部分，软件部分包括异步通讯协议，其特征在于：所述硬件部分包括工控机，所述工控机设置有TLK2711接口和过RS422接口，工控机通过TLK2711接口模拟高速载荷数据源，并通过RS422接口模拟低速载荷数据源，在工控机界面上实现对目标参数及场景参数的设置，以及控制硬件操作，中心服务器中运行的软件部分将用户设置的参数以及综测网络磁盘阵列中存储的卫星姿态、转角等信息进行融合处理后，发送给图像模拟工作站中的目标和图像模拟软件，目标和图像模拟软件借助目标及背景库中的模型进行所仿真目标特性及空间背景的生成后，通过中心服务器传递给加载器硬件，硬件进行数据的加载，并根据工控机命令通过指定接口发送，将生成的原始图像数据发送至地面测试设备中。
2.根据权利要求1所述的一种针对卫星载荷数据源成像模拟装置，其特征在于：所述TLK2711接口设置有高速串行数据源模块，且高速串行数据源模块包括：
核心控制器部分，包含FPGA、时钟、调试接口JTAG及配置电路；
存储部分，包含DDR4存储器电路
2711接口部分，包含6路2711发送接口及2路2711接收接口，以及栈接连接器；
模块供电部分，包含多个DC-DC隔离电源。
3.根据权利要求2所述的一种针对卫星载荷数据源成像模拟装置，其特征在于：所述高速串行数据源模块作为组帧模块的2711数据组帧模块，通过前端的2711输入接口接收SM图像数据/DMZ图像数据，进而通过栈接连接器送至数传组帧模块的核心控制器部分进行处理。
4.根据权利要求2所述的一种针对卫星载荷数据源成像模拟装置，其特征在于：采用TLK2711A芯片作为2711接口电路的核心芯片，主要完成将高速率的并行数据转为串行或将串行数据转为并行，即高速串化解串器芯片。
5.根据权利要求4所述的一种针对卫星载荷数据源成像模拟装置，其特征在于：使用TLK2711A芯片并行16位数据输入中的TXD0～TXD5，TXD8～TXD13共计12位进行有效数据传输，TXD6、TXD7、TXD14、TXD15为冗余位，在传输有效数据时为‘0’；
发送端TLK2711A芯片用TXD0～TXD5位传输SL或ML数据，TXD8～TXD13位传输SR或MR数据，并在时钟n传输图像的高6位数据，在时钟n+1传输图像的低6位数据；
TLK2711A芯片串行输出端的输出电平为VML差分电平，码元形式为非归零码NRZ-L，电缆连接采用单点单线、同轴电缆连接，与接收器之间的信号耦合方式为交流耦合。
6.根据权利要求1所述的一种针对卫星载荷数据源成像模拟装置，其特征在于：所述RS422接口设置有RS-422通讯模块，所述RS-422通讯模块包括：
PCI总线接口，PCI总线接口完成PCI总线的时序转换，使嵌入式控制能够通过PCI总线访问模块的寄存器；
功能控制IP核，功能控制IP核主要实现串行收发器的功能，把PCI总线接口发来的数据根据协议转换为串行数据发送到后级电路，同时把后级电路接收的串行数据转为并行数据；
存储器，存储器使用2片256MB存储器DDR2芯片，使得每个通道都具有足够的收发缓存，用于存储要发送的数据和接收的数据；
数据发送接收通道，PCI总线接口、功能控制IP核以及存储器的存取控制部分在FPGA内以可编程逻辑实现。
7.根据权利要求6所述的一种针对卫星载荷数据源成像模拟装置，其特征在于：所述异步通讯协议在FPGA内以可编程逻辑实现，通讯协议具有较强的灵活性，包括通讯波特率，停止位，校验位，数据位都是能够设置的。
8.根据权利要求6所述的一种针对卫星载荷数据源成像模拟装置，其特征在于：采用DS26C31和DS26C32完成整个接口电路设计，一片DS26C31和1片DS26C32能够完成4路发送和4路接收，采用DCR021205P-U提供接口芯片供电。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |