WO2013187807A2 - Удаленная система сбора и обработки данных для бортовой регистрирующей аппаратуры. - Google Patents

Удаленная система сбора и обработки данных для бортовой регистрирующей аппаратуры. Download PDF

Info

Publication number
WO2013187807A2
WO2013187807A2 PCT/RU2013/000517 RU2013000517W WO2013187807A2 WO 2013187807 A2 WO2013187807 A2 WO 2013187807A2 RU 2013000517 W RU2013000517 W RU 2013000517W WO 2013187807 A2 WO2013187807 A2 WO 2013187807A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
interface
processing system
fpga
remote data
recording equipment
Prior art date
Application number
PCT/RU2013/000517
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2013187807A3 (ru
Inventor
Владимир Игоревич СТАСЕВИЧ
Александр Павлович АНЮТИН
Алексей Григорьевич БАТИЩЕВ
Петр Юрьевич НАУМОВ
Original Assignee
СМИРНОВ, Юрий Викторович
Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие " Робис" ( Ооо "Нпп Робис")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by СМИРНОВ, Юрий Викторович, Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие " Робис" ( Ооо "Нпп Робис") filed Critical СМИРНОВ, Юрий Викторович
Publication of WO2013187807A2 publication Critical patent/WO2013187807A2/ru
Publication of WO2013187807A3 publication Critical patent/WO2013187807A3/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the invention relates to the field of remote control of onboard recording equipment (ARB) of spacecraft (SC).
  • ARB onboard recording equipment
  • SC spacecraft
  • the closest technical solution is the patent of Russia N ° 2271034C1, which discloses an on-board autonomous system for continuous analysis and registration of information.
  • the system contains information collection and processing devices, a transmitter, a receiver, a decoder, a decision making unit, sets of sensors, converters, filters and amplifiers, a power source, a power source converter, an analog-to-digital converter (ADC), an input data block, a control unit, laptop, timer, storage device, first, second and third level adjusters, threshold level information analysis unit, first, second and third random access memory devices, maximum amplitude allocation unit, unit in dividing the extrema count the number of cycles, the photoconductor unit limit level command unit output data recorder, a transmitter, a communication channel and a receiver with a decoder.
  • ADC analog-to-digital converter
  • the proposed system is aimed at eliminating the above disadvantages.
  • Tasks solved with the help of the proposed system creating a unified data collection and processing system (SSOD) used for on-board recording equipment (ARB), to which it is possible to connect various detectors. Thanks to the unified SSOD, it becomes possible not to completely change the ARB, for example, in case of obsolescence or failure of components or a block of ARB detectors, and only change (connect) the detectors themselves to more sensitive or register other parameters (for another scientific study). This operation on the ISS PC can be performed by a team of astronaut engineers on duty.
  • SSOD data collection and processing system
  • ARB on-board recording equipment
  • the technical result is a reduction in costs in the production and operation of ARBs, a decrease in energy consumption, an increase in the efficiency and reliability of an expensive experiment.
  • the remote data acquisition and processing system for on-board recording equipment includes:
  • FGBMU buffer trunk amplifiers
  • a programmable logic integrated circuit which receives information from the FSBMU, at least two interfaces, while the FPGA is connected to the DRS;
  • FGK functional group of switching
  • CCMS system for calibrating measurement channels
  • NZU cumulative storage device
  • SLTD local temperature sensors
  • the standard and technological UKII have an output interface for connecting a high-speed information transmission channel (KPI) and an input interface for connecting a service control channel.
  • KPI high-speed information transmission channel
  • the first input interface of the FSBMU block receives information from the SRD via the logical measurement channel, and the second from the amplitude measurement channel. It is preferable to input USII interfaces in the form of MIL 1553 or SpaceWire or USB or RS422 / 485 or CAN or other necessary interfaces, and output USII interfaces in the form of MIL1553, or RS422 / 485, or CAN (with speeds of the order of 1 Mbps), or in the form of high-speed (more than 10 Mbit / s) - LVDS, LAN, SpaceWire.
  • FPGA as a rule, contains: a processor, programmable read-only memory (EPROM) and an input-output controller (I / O).
  • the NZU was a static random access memory (SRAM) or synchronous dynamic random access memory (SDRAM).
  • SRAM static random access memory
  • SDRAM synchronous dynamic random access memory
  • FIG. 1 presents a functional diagram of a typical remote data acquisition and processing system (ARDS), which is part of the on-board recording equipment (ARB);
  • ARDS remote data acquisition and processing system
  • ARB on-board recording equipment
  • FIG. 2 shows an example implementation of the inventive system in the form of a functional diagram of the SSOD ON Alpha-Electron.
  • Remote SSOD is a necessary node of a distributed data acquisition and processing system (SSOD), which additionally includes a complex of on-board recording equipment (BRA-1, BRA- ⁇ ) and a data control and processing unit (BUOD) of the spacecraft (SC) and which is capable of the most efficiently (with minimal energy consumption, maximum reliability, minimum financial costs for the purchase of an expensive element base), and also, while saving spacecraft telemetry resources, ensure that the ARB operates in harsh operating conditions tion (when placed on the outer surface SC under vacuum).
  • SSOD distributed data acquisition and processing system
  • SC spacecraft
  • Each ARB from the above complex must have its own specialized, programmable (i.e., operating according to the algorithm sewn into it), necessarily integrated into this ARB.
  • the ARB as a rule, consists of the following components:
  • DS detection system
  • DRS - data recording system
  • BOT - power supply system
  • SODS - data collection and processing systems
  • DS is intended for conducting targeted scientific measurements.
  • SRD is intended for:
  • the DDS can also include a coincidence-anti-coincidence matrix for quickly selecting useful events from detectors and generating a master signal that allows further registration (recording) of a useful event in NZU.
  • RCU discrete relay control commands
  • SMSA spacecraft onboard equipment control system
  • BOT is designed to convert the on-board voltage into a set of voltages necessary for the operation of various systems of the ARB, to protect the circuits from overload and to change the mode of operation of the ballast by commands from the Earth or automatically at a given point in time.
  • SKKI is designed to calibrate individual measurement channels for ARBs during testing and during normal operation.
  • SSOD is a “hard” controller (operating on a constant algorithm) and consists of the following components: - programmable logic integrated circuit (FPGA);
  • FGK - functional switching group
  • NZU cumulative storage device
  • FPGA is the core of SSOD.
  • the main elements of FPGAs are: processor, programmable read-only memory (EPROM), input-output controller (I / O).
  • EPROM programmable read-only memory
  • I / O input-output controller
  • the functional group of crystal oscillators (G1 and KG2) provides FPGA synchronization.
  • FSMF is designed to interface SSOD with BKU and represents a set of buffer analog voltage converters that provide stabilized supply voltages for FPGAs (1, 5 V and 3.3 V) and for other components of SSOD (5 V and 3.3 V) .
  • the FSBMU is designed to interface SRDS and FPGAs of a remote SSOD. Interfacing with the DRS is provided through the bus interface (SHI) - an external data highway (VShMD), loaded onto the logical buffer main amplifiers of the FSBMU, connected by an internal data highway (WMD) to the FPGA.
  • SHI bus interface
  • VShMD external data highway
  • WMD internal data highway
  • the NZU is used to adapt the density of the output data stream (in the direction from the remote SSOD to the BUOD) to the density of the input stream (from the ARS of the ARB to the SSOD).
  • NZU can be implemented both on the basis of static random access memory (SRAM), and on the basis of synchronous dynamic random access memory (SDRAM), if necessary, to buffer large amounts of information.
  • SRAM static random access memory
  • SDRAM synchronous dynamic random access memory
  • the entire volume of NZU is divided programmatically into two sub-buffers (sectors) to enable the independent reception and issuance of information carried out by the FPGA I / O controller.
  • LAN can be implemented , Space Wire.
  • SLTD represents a set of local temperature sensors installed on the heat-generating elements of the SSOD and transmitting information to the FPGA in the form of binary codes.
  • the SSOD can also receive and process information from other temperature sensors installed on the fuel elements of the ARB.
  • Experimental data are received from the SRDS via the interface through the interface, which is a set of registers that are part of the DRS, through the measurement channels of LCI and AKI.
  • the number of LCIs and AKIs for each ARB can be different.
  • the ARDS Based on the experimental data received from the DDS, the ARDS performs the following actions:
  • SDOD on the basis of the logical matrix implemented in it for the logical selection of useful events in accordance with the signals, information of which is fed to the inputs of the SDDS via data lines in the form of fixed combinations of codes with LCI SRD, produces trigger signals and strobes to control the AKI;
  • the SSOD processor simultaneously with the generation of the trigger control signal, the SSOD processor initializes the input cycle of the primary data format from the block of registers of the SRDS through the SHI and overwrites it into the internal input buffer memory (based on the FPGA register block), designed for several formats;
  • the SSOD carries out buffering and data compression (only basic information about the registration objects is stored);
  • the data is formatted in the nominal mode (development of standard formats, including basic and additional data without compression);
  • the processor upon completion of registration of the current event in the NZU SSOD, the processor removes the ban on processing a new interrupt from a new event and is ready to carry out a new registration cycle.
  • An example of the implementation of a remote SODO is a SODO developed for an onboard multilayer scintillation spectrometer (MSS) of charged particles (in this example, playing the role of ARB), which, together with the spectrometer control unit (BURS) (in this example, playing the role of the BUOD), is part of the scientific Alfa-Electron equipment (ON) planned to be installed on the Russian segment (PC) of the International Space Station (ISS) (the MSS on its outer surface is outside the GO, the BURS is inside the GO, inside the ISS PC).
  • MSS multilayer scintillation spectrometer
  • BURS spectrometer control unit
  • OFF scientific Alfa-Electron equipment
  • ISS International Space Station
  • Alfa-Electron is intended for separate registration of flows of high-energy charged particles (electrons in the energy range from 3 MeV to 30 MeV and protons in the range
  • the role of the detector system in the ARB in this case is played by a multilayer scintillation detector (MSD), consisting of sixteen scintillation detectors.
  • MSD multilayer scintillation detector
  • the outputs from individual detectors of the MSD are connected to the inputs of the DRS (amplifiers — signal conditioners, registers — “latches” of data with an output to the SHI).
  • An amplifier splitter (UR) is used to branch the generated signals into the main and backup sets of the SSOD.
  • a logical coincidence-anti-coincidence matrix is implemented in the ARDS for quick logical selection of useful (satisfying the selection rules) events from the detectors and the generation of a trigger (control) signal that allows further registration (recording) of information about the useful event received in the ARDS through the AKI and LCI channels, and further to NZU.
  • the SSOD Based on the trigger logic table, the SSOD generates trigger signals (strobes) delivered to peak detectors (PD) and amplitude-to-digital converters (ADCs) of the AKI.
  • NZU After recording information about the current event in the NZU, it is possible to register a new event until the filling of the program-defined level of accumulation of NZU.
  • NZU is necessary for recording (buffering) flows of useful events (high-energy charged particles) of a burst nature, which have an important (from the point of view of research) physical nature (for example, earthquake precursors, precursors of thunderstorm activity, etc.).
  • Volume of nzu can calculated according to criteria, for example, based on three times the average rate of event counting (burst criterion) and the time of blocking the ARDS (event registration in the NZU).
  • the SSOD processor (upon request from the BUOD) initializes the initial processing of the arrays for the analysis of the qualitative content of scientific information (for example, checking whether the sample of events matches the required burst duration, type of charged particles, energy of registered particles, etc. .P.).
  • the primary processing algorithm also includes compression of information (for example, histogramming spectra or creating table files).
  • Such high-quality express analysis allows you to drastically reduce (compress) the amount of output information, which increases the resources of the spacecraft telemetry system. With a positive result of the express analysis, the output array is overwritten in the NZU, from where it is to be sent to the BUOD.
  • Information exchange between SSOD and BUOD or KPA via SKU and KPI channels is carried out using the RS-422 interface with a speed of up to 1 Mbps.
  • Transmission rate limitation is dictated by considerations of increased reliability. If necessary and technical feasibility, an increase in the number of serial transmission channels is organized.
  • SSOD receives on SKU from BUOD KU to enable and disable the analog path calibration system (SKAT) of the MSS and, in accordance with the data of the KU, uses the FGK to supply power to the SKAT.
  • the analog path includes the following devices: high-speed cascades of signal amplifiers with MSD, as well as PD and ADC with a buffer output data register.
  • the MSS ARDS on Alfa-Electron can receive an input stream of events from the MSD through the UR with a limiting frequency of 25 MHz.
  • EFFECT proposed SSOD, together with high-speed MSD and electronic nodes of the logical and analog paths, provides MSS operation in high-intensity particle flows and registration of short bursts of charged particles with a counting rate of up to 2.5x 10 7 particles per second, which allows a statistically more reliable distinguish such true (useful) bursts from the set of background bursts, unambiguously interpret the physical nature of short bursts of particles in near-Earth outer space and, in their turn to go to the sources of natural disasters on Earth.
  • Prototype devices On Alfa-Electron (currently successfully operating on the FLASH, installed on the outer surface of the ISS PC, and on ARINA, installed on board the Resurs-DK1 spacecraft), have an average dead time of about 1 ms

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Power Sources (AREA)

Abstract

Удаленная система сбора и обработки данных для бортовой регистрирующей аппаратуры включает: блок функциональной группы буферных магистральных усилителей (ФГБМУ) программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС), два независимых кварцевых генератора, функциональную группу коммутации (ФГК), накопительное запоминающее устройство (НЗУ), штатный и технологические узлы командно-информационного интерфейса (УКИИ), систему локальных термодатчиков, функциональная группа модулей питания (ФГМП), при этом штатный и технологический УКИИ имеют выходной интерфейс для подключенияскоростного канала передачи информации (КПИ) и входной интерфейс для подключения служебного канала управления. Технический результат - уменьшение затрат при производстве и эксплуатации БРА, уменьшение энергопотребления, повышение надежности.

Description

Удаленная система сбора и обработки данных для бортовой
регистрирующей аппаратуры
Область техники
Изобретение относится к области дистанционного управления бортовой регистрирующей аппаратурой (БРА) космических аппаратов (КА). Предлагаемая система позволяет обрабатывать и передавать зарегистрированные данные от различных регистрирующих систем, установленных вне гермообъема (ГО) на борту космического аппарата (КА).
Уровень техники
Наиболее близким техническим решением является патент России N°2271034C1, в котором раскрыта бортовая автономная система для проведения непрерывного анализа и регистрации информации. Система содержит устройства сбора и обработки информации, передатчик, приемник, декодер, блок выработки решений, введены наборы датчиков, преобразователей, фильтров и усилителей, источник питания, преобразователь источника питания, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок входных данных, блок управления, ноутбук, таймер, запоминающее устройство, первый, второй и третий задатчики уровня, блок анализа информации порогового уровня, первый, второй и третий оперативные запоминающие устройства, блок выделения максимальных амплитуд, блок выделения экстремумов, счетчик количества циклов, блок формирования команды предельного уровня, блок выходных данных, регистратор, передатчик, канал связи и приемник с декодером.
Основные недостатки данной системы состоят в том, что такая система позволяет работать только с определенными регистрирующими устройствами, управляемыми определенными командами с жесткими уровнями приоритетов, и не позволяет их изменять в процессе проведения эксперимента. Однако, на практике, в реальном эксперименте приходится вводить коррективы (изменения) как в составе регистрирующего блока, так и в составе программного блока системы сбора и обработки.
Раскрытие изобретения
Предлагаемая система направлена на устранение указанных выше недостатков.
Задачи, решаемые с помощью предлагаемой системы: создание унифицированной системы сбора и обработки данных (ССОД), используемой для бортовой регистрирующей аппаратуры (БРА), к которой возможно подключать различные детекторы. Благодаря унифицированной ССОД, появляется возможность не менять полностью БРА, например, при устаревании или выходе из строя узлов или блока детекторов БРА, а менять (подключать) только сами детекторы на более чувствительные или регистрирующие иные параметры (для другого научного исследования). Данная операция на PC МКС может выполняться дежурной группой инженеров-астронавтов.
Технический результат - уменьшение затрат при производстве и эксплуатации БРА, уменьшение энергопотребления, повышение эффективности и надежности дорогостоящего эксперимента.
Технический результат достигается тем, что удаленная система сбора и обработки данных для бортовой регистрирующей аппаратуры включает:
- блок функциональной группы буферных магистральных усилителей (ФГБМУ) содержащий, по меньшей мере, два входных интерфейса для подключения, по меньшей мере, одной внешней системы регистрации данных (СРД);
- программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС) на которую поступает информация от ФГБМУ, по меньшей мере, двум интерфейсам, при этом ПЛИС связана с СРД;
- первый кварцевый генератор, связанный с ПЛИС;
- второй кварцевый генератор, связанный с ПЛИС;
- функциональную группу коммутации (ФГК) имеющую интерфейс для связи с системой калибровки каналов измерения (СККИ) бортовой регистрирующей аппаратуры,
- накопительное запоминающее устройство (НЗУ), связанное двунаправленным интерфейсом с ПЛИС;
- штатный узел командно-информационного интерфейса (УКИИ) связанный двунаправленным интерфейсом с ПЛИС;
- технологический узел командно-информационного интерфейса (УКИИ) связанный двунаправленным интерфейсом с ПЛИС;
- систему локальных термодатчиков (СЛТД), связанную двунаправленным интерфейсом с ПЛИС;
- функциональная группа модулей питания (ФГМП) осуществляющая питание каждого вышеуказанного блока,
при этом штатный и технологический УКИИ имеют выходной интерфейс для подключения скоростного канала передачи информации (КПИ) и входной интерфейс для подключения служебного канала управления.
Первый входной интерфейс блока ФГБМУ получает информацию от СРД по логическому каналу измерений, а второй - от амплитудного канала измерений. Предпочтительно входные интерфейсы УКИИ выполнять в виде MIL 1553 или SpaceWire или USB или RS422/485 или CAN или иных необходимых интерфейсов, а выходные интерфейсы УКИИ в виде - MIL1553, или RS422/485, или CAN (со скоростями порядка 1 Мбит/с), или в виде высокоскоростных (более 10 Мбит/с) - LVDS, LAN, SpaceWire.
Также возможно выполнять выходной интерфейс штатного и технологического УКИИ в виде двунаправленного интерфейса RS422.
ПЛИС, как правило, содержит: процессор, программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) и контроллер ввода-вывода (КВВ).
Предпочтительно чтобы НЗУ представляло собой статическую оперативную память (SRAM) или синхронную динамическую оперативную память (SDRAM).
Также необходимо, чтобы все элементы системы сбора и обработки данных для бортовой регистрирующей аппаратуры имели металлокерамические или стеклокерамические корпуса и были выбраны из элементов стойких к ионизирующему излучению.
Краткое описание фигур чертежей:
- на Фиг.1 представлена функциональная схема типичной удаленной системы сбора и обработки данных (ССОД), входящей в состав бортовой регистрирующей аппаратуры (БРА);
- на Фиг.2 показан пример реализации заявляемой системы в виде функциональной схемы ССОД НА Альфа-Электрон».
Пример исполнения изобретения
Удаленная ССОД является необходимым узлом распределенной системы сбора и обработки данных (ССОД), которая, дополнительно включает комплекс бортовой регистрирующей аппаратуры (БРА-1, БРА-Ν) и блок управления и обработки данных (БУОД) космического аппарата (КА) и которая способна наиболее эффективно (с минимальным энергопотреблением, максимальной надежностью, минимальными финансовыми затратами на закупку дорогостоящей элементной базы), а также, дополнительно экономя ресурсы телеметрии КА, обеспечить работу БРА в жестких условиях эксплуатации (при ее размещении на внешней поверхности КА в условиях вакуума).
Для каждой БРА из вышеуказанного комплекса должна быть своя, обязательно встроенная в эту БРА специализированная, программируемая (т.е., работающая по зашитому в нее алгоритму) ССОД. Функционально БРА, как правило, состоит из следующих составных частей:
- одного или нескольких детекторов - детекторной системы (ДС);
- системы регистрации данных (СРД) с выходов ДС;
- системы калибровки каналов измерений (СККИ);
- блока коммутаций и управления (БКУ);
- системы электропитания (СЭП);
- системы сбора и обработки данных (ССОД).
ДС предназначена для проведения целевых научных измерений.
СРД предназначена для:
- проведения съема аналоговых сигналов с детекторов ДС, обеспечения их необходимого усиления;
- проведения первичной обработки исходных сигналов с детекторов ДС, включающей в себя предварительную фильтрацию тех сигналов с детекторов, которые, не несут полезной физической информации;
- формирования логических и амплитудных каналов измерений (ЛКИ и АКИ соответственно).
СРД также может включать матрицу совпадений-антисовпадений для быстрого отбора полезных событий с детекторов и выработки мастерного сигнала, разрешающего дальнейшую регистрацию (запись) полезного события в НЗУ.
БКУ предназначен для:
- управления БРА по дискретным релейным командам управления (РКУ), подаваемым системой управления бортовой аппаратурой (СУБА) КА;
- выдачи в систему бортовых измерений (СБИ) КА информации с телеметрических датчиков: контакт реле (КР). термодатчик (ТД), электронный ключ (ЭК), аналоговый датчик (АД) и контроль стыковки (КС), входящих в БКУ;
- для приема бортового питания по фидеру питания из СУБА и распределения его в СЭП.
СЭП предназначена для преобразования бортового напряжения в набор напряжений необходимых для работы различных систем БРА, защиты цепей от перегрузки и изменения режимов работы БРА по командам с Земли или автоматически в заданный момент времени.
СККИ предназначена для проведения калибровки отдельных каналов измерений БРА во время испытаний и при штатной эксплуатации.
ССОД представляет собой «жесткий» контроллер (работающий по постоянному алгоритму) и состоит из следующих составных частей: - программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС);
- функциональной группы буферных магистральных усилителей (ФГБМУ);
- функциональной группы кварцевых генераторов (КГ1 и Г2);
- функциональной группы коммутации (ФГК);
- функциональной группы модулей питания (ФГМП);
- накопительного запоминающего устройства (НЗУ);
- узлов командно-информационного интерфейса (УКИИ);
- системы локальных термодатчиков (С ЛТД).
ПЛИС является ядром ССОД. Основными элементами ПЛИС являются: процессор, программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ), контроллер ввода- вывода (КВВ). В ССОД можно использовать ПЛИС как однократно прошиваемые, так и многократно прошиваемые, ППЗУ которых выполнено в виде флэш-памяти.
Функциональная группа кварцевых генераторов ( Г1 и КГ2) обеспечивает синхронизацию ПЛИС.
ФГМП предназначена для осуществления сопряжение ССОД с БКУ и представляет собой совокупность буферных аналоговых конверторов напряжения, которые обеспечивают стабилизированные напряжения питания для ПЛИС (1 ,5 в и 3,3 В) и для других составных частей ССОД (5 В и 3,3 В).
ФГБМУ предназначена для осуществления сопряжения СРД и ПЛИС удаленной ССОД. Сопряжение с СРД обеспечивается через шинный интерфейс (ШИ) - внешнюю магистраль данных (ВшМД), нагруженную на логические буферные магистральные усилители ФГБМУ, связанные внутренней магистралью данных (ВтМД) с ПЛИС.
НЗУ используется для адаптации плотности выходного потока данных (в направлении от удаленной ССОД к БУОД) к плотности входного потока (от СРД БРА к ССОД). НЗУ может быть реализовано как на основе статической оперативной памяти (SRAM), так и на основе синхронной динамической оперативной памяти (SDRAM) при необходимости буферизации больших объемов информации. Весь объем НЗУ разделен программно на два подбуфера (сектора) для обеспечения возможности независимого приема и выдачи информации, которую осуществляет контроллер ввода-вывода ПЛИС.
УКИИ предназначены:
- для вывода накопленной научной информации (НИ) из НЗУ по скоростному каналу передачи информации (КПИ) в БУОД или контрольно-проверочную аппаратуру (КПА);
- для передачи служебной информации (получения кода бортового времени (КБВ) (не реже 1 раза в сутки) и четырехбайтных командных слов) из БУОД или КПА в ССОД, а также передачи служебной информации (о прохождении команд управления в ССОД) от ССОД в БУОД или КПА по служебному каналу управления (СКУ) через интерфейсы MIL1553, Space Wire, USB, RS422/485 или CAN или иные необходимые интерфейсы.
Для вывода НИ по скоростному КПИ из ССОД в БУОД или КПА в УКИИ могут быть реализованы такие интерфейсы как MIL 1553, RS422/485 или CAN (со скоростями порядка 1 Мбит/с) или высокоскоростные (более 10 Мбит/с) - LVDS, LAN, Space Wire.
В зависимости от условий проведения эксперимента и величины потока передаваемой из ССОД в БУОД или КПА НИ существует возможность реализации в УКИИ одного двунаправленного интерфейса такого, как, например RS422 со скоростью передачи до 1 Мбит/с, для одновременной реализации каналов связи— СКУ и КПИ.
В ССОД реализовано два канала УККИ:
- штатный канал - для обмена данными между ССОД БРА и БУОД по каналам связи КПИ СКУ;
- технологический канал - для обмена данными между ССОД БРА и КПА при проведении настройки, тестирования и на всех этапах наземной отработки.
СЛТД представляет совокупность локальных термодатчиков, установленных на тепловыделяющих элементах ССОД и передающих информацию в ПЛИС в виде двоичных кодов. Также дополнительно ССОД может принимать и обрабатывать информацию и с других термодатчиков, установленных на тепловыделяющих элементах БРА.
Принципы работы ССОД
На ССОД от СРД через интерфейс, представляющий собой совокупность регистров, входящих в состав СРД, по каналам измерений ЛКИ и АКИ поступают экспериментальные данные. Количество ЛКИ и АКИ у каждой БРА может быть разное.
ССОД на основе поступающих от СРД экспериментальных данных осуществляет следующие действия:
1) ССОД на основе реализованной в нем логической матрицы для логического отбора полезных событий в соответствии с сигналами, информация о которых поступает на входы ССОД по линиям передачи данных в виде фиксированных комбинаций кодов с ЛКИ СРД, вырабатывает триггерные сигналы и стробы для управления АКИ;
2) одновременно с выработкой триггерного управляющего сигнала процессор ССОД инициализирует цикл ввода формата первичных данных с блока регистров СРД через ШИ и осуществляет его перезапись во внутреннее входное буферное ЗУ (на основе блока регистров ПЛИС), рассчитанное на несколько форматов;
3) посредством предварительного анализа и обработки текущего формата первичных данных (определение типа событий, их качественных характеристик), формирует в СРД управляющие сигналы (стробы) для управления каналами измерений с целью предварительного отбора полезной информации из общего потока входных данных;
4) синхронизирует поток входных данных с меткой времени КБВ (запись метки в формат), передаваемой по каналу связи С У из БУОД или КПА;
5) форматирует отобранную полезную информацию в блоки (выходные форматы данных) по следующему алгоритму:
- если уровень плотности входного потока данных превышает значение заранее рассчитанного максимально допустимого уровня (определяется пропускной способностью каналов передачи информации в БУОД), то ССОД проводит буферизацию и сжатие данных (сохраняется только основная информация об объектах регистрации);
- в противном случае, проводится форматирование данных в номинальном режиме (выработка стандартных форматов, включающих основные и дополнительные данные без сжатия);
- повышает помехоустойчивость форматов (добавляет контрольные коды);
6) передает цифровые массивы (совокупность блоков с отфильтрованными экспериментальными данными), содержащую НИ и служебную информацию в БУОД или КПА, проводит дополнительную буферизацию - заполнение специального буфера данных в приемопередатчике данных (ППД), если в данный момент БУОД не имеет возможности их принять в полном объеме (получен сигнал «занят» от БУОД);
7) по окончании регистрации текущего события в НЗУ ССОД процессор снимает запрет на обработку нового прерывания от нового события и готов осуществлять новый цикл регистрации.
Надежность ССОД обеспечивается:
- применением радиационно-стойкой элементной базы в исполнении military или space, в керамических или метало стеклянных корпусах, с расширенным рабочим диапазоном температур;
- применением двойного «холодного» резервирования.
Сохранность передаваемой ССОД НИ обеспечивается путем применения методов многократного кодирования и дублирования информации. Пример реализации
Примером реализации удаленной ССОД является ССОД, разработанная для бортового многослойного сцинтилляционного спектрометра (МСС) заряженных частиц (в данном примере - выполняющего роль БРА), входящего вместе с блоком управления режимами спектрометра (БУРС) (в данном примере - выполняющего роль БУОД) в состав научной аппаратуры (НА) «Альфа- Электрон», планируемой к установке на российском сегменте (PC) международной космической станции (МКС) (МСС на его внешней поверхности - вне ГО, БУРС - в ГО, внутри PC МКС). НА «Альфа-Электрон» предназначена для раздельной регистрации потоков высокоэнергичных заряженных частиц (электронов в диапазоне энергий от 3 МэВ до 30 МэВ и протонов в диапазоне
5 2 1 1 энергий от 30 МэВ до 100 МэВ) с плотностью потоков вплоть до 10 см с" ср" в околоземном космическом пространстве и их кратковременных вариаций - всплесков (продолжительностью от 1мс и выше), а также для измерения временных профилей и эволюции энергетических спектров частиц во время регистрации всплесков с точностью до 1 мкс.
Роль детекторной системы в БРА в данном случае выполняет многослойный сцинтилляционный детектор (МСД), состоящий из шестнадцати сцинтилляционных детекторов. Выходы с отдельных детекторов МСД связаны со входами СРД (усилители- формирователи сигналов, регистры-«защелки» данных с выходом на ШИ). Для разветвления сформированных сигналов на основной и резервный комплекты ССОД используется усилитель-разветвитель (УР).
В ССОД реализована логическая матрица совпадений-антисовпадений для быстрого логического отбора полезных (удовлетворяющих правилам отбора) событий с детекторов и выработки триггерного (управляющего) сигнала, разрешающего дальнейшую регистрацию (запись) информации о полезном событии, поступающей в ССОД по каналам АКИ и ЛКИ, и далее в НЗУ. На основе таблицы триггерной логики ССОД вырабатывает триггерные сигналы (стробы), поступающие на пиковые детекторы (ПД) и амплитудно-цифровые преобразователи (АЦП) АКИ.
После записи информации о текущем событии в НЗУ, возможна регистрация нового события вплоть до заполнения программно- установленного уровня накопления НЗУ. Функционально НЗУ необходимо для регистрации (буферизации) потоков полезных событий (высокоэнергичных заряженных частиц) всплескового характера, имеющих важную, с точки зрения исследований, физическую природу (например, предвестники землетрясения, предвестники грозовой активности и др.). Объем НЗУ может рассчитываться по критериям, например, исходя из троекратной средней скорости счета событий (критерий всплеска) и времени блокировки ССОД (регистрации события в НЗУ).
При накоплении определенного количества входных форматов полезных событий в НЗУ, процессор ССОД (по запросу с БУОД) инициализирует первичную обработку массивов на предмет анализа качественного содержания научной информации (например, проверки соответствия выборки событий требуемой длительности всплеска, типу заряженных частиц, энергии зарегистрированных частиц и т.п.). В алгоритм первичной обработки входит и сжатие информации (например, гистограммирование спектров или создание файлов-таблиц). Подобный качественный экспресс-анализ позволяет резко снизить (сжать) объем выходной информации, что увеличивает ресурсы системы телеметрии КА. При положительном результате экспресс-анализа выходной массив перезаписывается в НЗУ, откуда и подлежит отправке в БУОД.
Обмен информацией между ССОД и БУОД или КПА по каналам СКУ и КПИ осуществляется с помощью интерфейса RS-422 со скоростью до 1 Мбит/с. Ограничение скорости передачи диктуется соображениями повышенной надежности. При необходимости и технической возможности, организуется увеличение числа последовательных каналов передачи.
ССОД получает по СКУ из БУОД КУ на включение и отключение системы калибровки аналогового тракта (СКАТ) МСС и в соответствии с данными КУ с помощью ФГК осуществляет подачу напряжения питания на СКАТ. Аналоговый тракт включает в себя следующие устройства: быстродействующие каскады усилителей сигналов с МСД, а также ПД и АЦП с буферным выходным регистром данных.
Представленная ниже, в качестве примера реализации, ССОД МСС НА «Альфа-Электрон» может принимать входной поток событий от МСД через УР с предельной частотой в 25 МГц.
Функциональная схема ССОД НА Альфа-Электрон» представлена на фигуре 2.
Технический результат - предлагаемая ССОД, совместно с быстродействующим МСД и электронными узлами логического и аналогового трактов, обеспечивает работу МСС в высокоинтенсивных потоках частиц и регистрацию кратковременных всплесков заряженных частиц со скоростью счета вплоть до 2,5x 107 частиц в секунду, что позволяет статистически более достоверно выделять подобные истинные (полезные) всплески из совокупности фоновых, однозначно трактовать физическую природу коротких всплесков частиц в околоземном космическом пространстве и, в свою очередь, выходить на источники природных катаклизмов на Земле. Приборы-прототипы: НА «Альфа-Электрон» (успешно функционирующие в настоящее время НА «ВСПЛЕСК», установленная на внешней поверхности PC МКС, и НА «АРИНА», установленная на борту КА «Ресурс-ДК1»), имеют среднее мертвое время порядка 1 мс.

Claims

Формула изобретения
1 Удаленная система сбора и обработки данных для бортовой регистрирующей аппаратуры включающая:
- блок функциональной группы буферных магистральных усилителей (ФГБМУ) содержащий, по меньшей мере, два входных интерфейса для подключения, по меньшей мере, одной внешней системы регистрации данных (СРД);
- программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС), на которую поступает информация от ФГБМУ, по меньшей мере, к двум интерфейсам, при этом ПЛИС связана с СРД;
- первый кварцевый генератор, связанный с ПЛИС;
- второй кварцевый генератор, связанный с ПЛИС;
- функциональную группу коммутации (ФГК) имеющую интерфейс для связи с системой калибровки каналов измерения (СККИ) бортовой регистрирующей аппаратуры;
- накопительное запоминающее устройство (НЗУ), связанное двунаправленным интерфейсом с ПЛИС;
- штатный узел командно-информационного интерфейса (У ИИ), связанный двунаправленным интерфейсом с ПЛИС;
- технологический узел командно-информационного интерфейса (УКИИ), связанный двунаправленным интерфейсом с ПЛИС;
- систему локальных термодатчиков (СЛТД), связанную двунаправленным интерфейсом с ПЛИС;
- функциональная группа модулей питания (ФГМП), осуществляющая питание каждого вышеуказанного блока,
при этом штатный и технологический УКИИ имеют свой выходной интерфейс для подключения скоростного канала передачи информации (КПИ) и входной интерфейс для подключения служебного канала управления (СКУ).
2 Удаленная система сбора и обработки данных для бортовой регистрирующей аппаратуры по п.1 формулы, отличающаяся тем, что первый входной интерфейс блока ФГБМУ получает информацию от СРД по логическому каналу измерений, а второй - от амплитудного канала измерений.
3 Удаленная система сбора и обработки данных для бортовой регистрирующей аппаратуры по п.1 формулы, отличающаяся тем, что входные интерфейсы УКИИ представляют собой MIL 1553 или Space Wire, или USB, или RS422/485, или CAN или иные необходимые интерфейсы. 4 Удаленная система сбора и обработки данных для бортовой регистрирующей аппаратуры по п.1 формулы, отличающаяся тем, что выходные интерфейсы У ИИ представляют собой MIL 1553, или RS422/485, или CAN (со скоростями порядка 1 Мбит/с), или высокоскоростные (более 10 Мбит/с) - LVDS, LAN, Space Wire.
5 Удаленная система сбора и обработки данных для бортовой регистрирующей аппаратуры по п.1 формулы, отличающаяся тем, что выходной интерфейс штатного и технологического УКИИ представляет собой двунаправленный интерфейс RS422.
6 Удаленная система сбора и обработки данных для бортовой регистрирующей аппаратуры по п.1 формулы, отличающаяся тем, что ПЛИС содержит: процессор, программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) и контроллер ввода- вывода (КВВ).
7 Удаленная система сбора и обработки данных для бортовой регистрирующей аппаратуры по п.1 формулы, отличающаяся тем, что НЗУ представляет собой статическую оперативную память (SRAM).
8 Удаленная система сбора и обработки данных для бортовой регистрирующей аппаратуры по п.1 формулы, отличающаяся тем, что НЗУ представляет собой синхронную динамическую оперативную память (SDRAM).
9 Удаленная система сбора и обработки данных для бортовой регистрирующей аппаратуры по п.1 формулы, отличающаяся тем, что все элементы системы сбора и обработки данных для бортовой регистрирующей аппаратуры имеют металлокерамические или стеклокерамические корпуса и стойкость к ионизирующему излучению.
PCT/RU2013/000517 2012-05-29 2013-06-19 Удаленная система сбора и обработки данных для бортовой регистрирующей аппаратуры. WO2013187807A2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012122072/08A RU2493592C1 (ru) 2012-05-29 2012-05-29 Удаленная система сбора и обработки данных для бортовой регистрирующей аппаратуры
RU2012122072 2012-05-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2013187807A2 true WO2013187807A2 (ru) 2013-12-19
WO2013187807A3 WO2013187807A3 (ru) 2014-03-13

Family

ID=49183548

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2013/000517 WO2013187807A2 (ru) 2012-05-29 2013-06-19 Удаленная система сбора и обработки данных для бортовой регистрирующей аппаратуры.

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2493592C1 (ru)
WO (1) WO2013187807A2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109788319A (zh) * 2017-11-14 2019-05-21 中国科学院声学研究所 一种数据缓存方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015047303A1 (en) * 2013-09-27 2015-04-02 Intel Corporation Digital switch-capacitor based bandgap reference and thermal sensor
RU168932U1 (ru) * 2016-02-17 2017-02-28 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Декодер командной и телеметрической информации бортовой аппаратуры командно-измерительной системы
RU181964U1 (ru) * 2017-07-05 2018-07-30 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Декодер командно-программной и телеметрической информации бортовой аппаратуры командно-измерительной системы
RU186199U1 (ru) * 2018-05-17 2019-01-11 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Программно-временное и маршрутизирующее устройство бортовой аппаратуры командно-измерительной системы

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU33748U1 (ru) * 2003-07-29 2003-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт авиационного оборудования Система отображения информации космического корабля
RU2245825C1 (ru) * 2003-11-03 2005-02-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Автоматизированная испытательная система для отработки, электрических проверок и подготовки к пуску космических аппаратов
RU2249922C2 (ru) * 1999-04-23 2005-04-10 Квэлкомм Инкорпорейтед Способ и устройство для передачи сообщения канала синхронизации в многочастотной системе связи
RU2271034C1 (ru) * 2004-06-03 2006-02-27 Таисия Даниловна Пилипенко Бортовая автономная система для проведения непрерывного анализа и регистрации информации
RU2382491C1 (ru) * 2008-05-23 2010-02-20 Общество с ограниченной ответственностью "Леди Эл" Способ интеграции кварцевого генератора в устройство синхронизации и устройство синхронизации, позволяющее снизить предъявляемые к генератору требования

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7006881B1 (en) * 1991-12-23 2006-02-28 Steven Hoffberg Media recording device with remote graphic user interface
US6421754B1 (en) * 1994-12-22 2002-07-16 Texas Instruments Incorporated System management mode circuits, systems and methods
RU61442U1 (ru) * 2006-03-16 2007-02-27 Открытое акционерное общество "Банк патентованных идей" /Patented Ideas Bank,Ink./ Система автоматизированного упорядочения неструктурированного информационного потока входных данных
RU76464U1 (ru) * 2008-06-04 2008-09-20 Открытое акционерное общество "Концерн "Гранит-Электрон" Корабельный радиолокационный комплекс

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2249922C2 (ru) * 1999-04-23 2005-04-10 Квэлкомм Инкорпорейтед Способ и устройство для передачи сообщения канала синхронизации в многочастотной системе связи
RU33748U1 (ru) * 2003-07-29 2003-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт авиационного оборудования Система отображения информации космического корабля
RU2245825C1 (ru) * 2003-11-03 2005-02-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Автоматизированная испытательная система для отработки, электрических проверок и подготовки к пуску космических аппаратов
RU2271034C1 (ru) * 2004-06-03 2006-02-27 Таисия Даниловна Пилипенко Бортовая автономная система для проведения непрерывного анализа и регистрации информации
RU2382491C1 (ru) * 2008-05-23 2010-02-20 Общество с ограниченной ответственностью "Леди Эл" Способ интеграции кварцевого генератора в устройство синхронизации и устройство синхронизации, позволяющее снизить предъявляемые к генератору требования

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109788319A (zh) * 2017-11-14 2019-05-21 中国科学院声学研究所 一种数据缓存方法
CN109788319B (zh) * 2017-11-14 2020-06-09 中国科学院声学研究所 一种数据缓存方法

Also Published As

Publication number Publication date
RU2493592C1 (ru) 2013-09-20
WO2013187807A3 (ru) 2014-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013187807A2 (ru) Удаленная система сбора и обработки данных для бортовой регистрирующей аппаратуры.
Haefeli et al. The LHCb DAQ interface board TELL1
CN103368638A (zh) 一种用于深空探测器的测控通信系统及方法
CN105955299A (zh) 一种可重构测控、导航、飞行控制一体化系统及重构方法
Musa et al. The ALICE TPC front end electronics
Abeysekara et al. Data acquisition architecture and online processing system for the HAWC gamma-ray observatory
Matsuoka et al. Discovery of a large X-ray burst from an X-ray nova, Centaurus X-4
Lu et al. Development of the ABCStar front-end chip for the ATLAS silicon strip upgrade
Guzman et al. The payload data handling unit (PDHU) on-board the HERMES-TP and HERMES-SP CubeSat missions
Trovato FELIX: the new readout system for the ATLAS detector
RU2244945C1 (ru) Многоканальная телеметрическая система сбора сейсмических данных
Makishima et al. Discovery of an X-ray burst source XB 1715-321
Aprile et al. Preliminary results from the 1999 balloon flight of the liquid xenon gamma-ray imaging telescope (LXeGRIT)
Campagnolo et al. Performance of the ALICE TPC Front End Card
Münz et al. GRBAlpha and VZLUSAT-2: GRB observations with CubeSats after 3 years of operations
Wenping et al. Design of OBDH Subsystem for Remote Sensing Satellite based on Onboard Route Architecture
Kumar et al. CCSDS Based Spacecraft Telemetry System with Programmable Bit Rate and Turbo Encoding for India's Inter-planetary Exploration
RU181964U1 (ru) Декодер командно-программной и телеметрической информации бортовой аппаратуры командно-измерительной системы
RU63628U1 (ru) Бортовой радиокомплекс системы сбора и передачи данных космического аппарата
Usai Upgrade of the ATLAS Tile Calorimeter for the High luminosity LHC
Alikin et al. Structure for control and data transfer from scientific instruments of the CORONAS-PHOTON mission
Alderighi et al. SIDERALE and BIT: a small stratospheric balloon experiment for polar gamma background
Cortiglioni et al. bit (Bi-directional Iridium Telemetry)
Breton et al. Electronics for the SuperNEMO experiment, with focus on Control and ReadOut
RU2189615C1 (ru) Способ сбора сейсмических данных и устройство для его осуществления

Legal Events

Date Code Title Description
122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13804544

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2