智能化航天器综合电子系统需求分析及其体系架构探讨

针对航天器在自主任务规划、自主健康管理、信息实时处理、天地一体化网络等智能化和网络化方面的需求,对现有综合电子系统的处理能力、信息传输能力、网络通信能力等存在的差距进行分析,提出了一种智能化航天器综合电子系统的体系架构,并从硬件模块化设计、业务和协议标准化设计、软件分层及构件化设计3个方面给出了具体的方案。文章提出的体系架构能提供高性能的计算和处理平台,支持高速数据传输,支持器内、器间一体化联网,支持载荷信息融合等智能化处理,可提升航天器的智能化、网络化能力,提升航天器的好用性和易用性。

应用SpaceWire网络的航天器分布式存储系统设计

针对航天器数据存储需求多样化的发展趋势,提出了应用SpaceWire网络的分布式存储系统设计。系统由控制模块和存储模块组成,为航天器载荷设备提供标准SpaceWire物理层、链路层接口,并在网络层提供统一的虚拟数据接口,通过逻辑地址进行标志和寻址,可屏蔽系统内部网络细节;载荷设备不必关注存储系统内部网络结构的变化,当部分模块故障时,可重新规划传输路径,对分布式存储系统进行重构,实现系统控制和数据存储功能的迁移。与存储需求相近、配置双固态存储系统的设计相比,其接口种类、协议设计更加简化,且系统重构方面的优势更为明显。

月面无人自动采样返回飞行程序设计与实现

针对嫦娥五号飞行程序多舱段、多任务、系统控制复杂的设计特点和难点,采用传统的飞行程序设计方法工作量大,状态控制困难,很难满足任务要求。提出了一种新的基于状态转移的方法对飞行程序进行系统建模,首先将整个飞行过程分解成若干模块状态机;然后针对每个模块状态机的功能划分为状态触发器、评估器、执行器和确认器,并分别开展建模设计;最后通过状态触发器和确认器将各个功能模块进行连接,形成整个飞行程序的有限状态机描述。相比传统方法,该方法具有通用性、可扩展性和可复用性等特点,对于规范飞行程序设计,描述复杂的飞行任务过程有很大的优势。采用该方法对嫦娥五号飞行程序进行了建模和设计,并给出了典型飞行过程的设计结果。在轨飞行试验结果表明,该方法可以满足飞行任务的要求,确保了嫦娥五号在轨飞行控制任务圆满成功。

星务管理软件框架设计与实现

星务管理软件是星务管理系统的灵魂,而星务管理软件框架为星务管理软件提供一个通用、标准的软件平台。结合微纳探测器软件功能集中化的需求,卫星各分系统的管理软件基本都集中在星载计算机内运行,对星务管理软件进行"一体化"设计;星务管理软件功能复杂,为便于用户软件的可复用和可移植,对星务管理软件采用"模块化"设计。最终实现星务软件功能一体化管理,各功能模块任务按预定模式在星载计算机中运行。

应用扩展帧的航天器CAN总线应用层协议设计

为了适应航天器信息流多样性需求,提升信息交互的灵活性,提出一种应用扩展帧的CAN总线应用层协议设计。对CAN总线扩展帧29 bit标志符进行合理划分,将其分为数据优先级、源节点地址、组播标志、目的节点地址、帧序号标志、帧序号、帧数据类型7个部分,使得该协议可以支持多优先级、主从、多主、组播、广播等多种灵活通信方式,支持CAN帧起始帧、结束帧、帧连续性判断,以及应用层数据包检验,提高数据传输的可靠性。另外,给出了组播、广播地址分配及屏蔽策略,满足复杂航天器的信息流需求,简化信息流设计过程。最后,通过构建组播、多主及多优先级场景进行应用实例验证,证明了文章提出的协议设计具有适用范围广、灵活性高等优点。

一种微纳卫星集成化载荷数据处理单元设计

为满足微纳卫星多载荷数据采集处理的需求,设计了一种集成化载荷数据处理单元,该单元作为载荷与微纳卫星进行数据交换的枢纽,具有多路载荷数字量和高精度模拟量采集通道,且具备接收注入数据、进行指令解码、载荷模式控制功能。通过双控制总线冗余、故障总线动态切换,提高了通信可靠性。该单元资源需求低,集成度高,具有一定的通用性。

中国首份CCSDS标准建议书编制及应用

2021年11月,空间数据系统咨询委员会(CCSDS)橘皮书《作为CCSDS星载参考体系结构的CAST飞行软件》(CCSDS 811.1-O-1)正式发布,这是CCSDS自1982年成立以来首份由中国主导编制的标准建议书。橘皮书中提出了空间和星内一体化网络协议体系结构,以及与之配套的一种灵活而统一的飞行软件体系结构“伏羲”,设计了可重用构件化软件中间件,给出了具体的工程实现方法。软件中间件已在某遥感卫星中应用,软件构件化率高达70%,并可推广应用至其他航天器。中国承担橘皮书的编制工作,离不开长时间的技术攻关和积累,离不开在国际组织会议中的积极参与。该橘皮书的发布,标志着中国在CCSDS的角色由观察者向标准的制定者转变迈出了关键性的一步。

基于传统遥控体制的分包遥控方案设计

针对我国现有大部分航天任务基于传统的PCM(脉冲编码调制)遥控体制,与CCSDS(空间数据系统咨询委员会)发布的上行遥控协议族标准不相符的情况,通过对分包遥控协议族和传统遥控体制的研究和分析,提出一种基于传统遥控体制下的分包遥控协议实现方案。将该方案与传统PCM遥控方案进行了对比和分析,结果表明,该方案不需要修改传统遥控体制的硬件体制,改动成本低;并且具备标准分包遥控分层、灵活、扩展性良好等优点,能够满足新一代航天器数据上行传输的需求。

一种通用遥控注入数据格式的设计与应用

对航天器遥控体制的发展作了简要回顾和分析,重点研究了欧洲航天局定义的包应用标准。文章借鉴包应用标准的设计理念,与我国实际遥控需求相结合,设计了一套通用遥控注入数据格式,并开发了相应的地面软件和星载遥控处理软件。

再入遥测中的双重混合调制体制

深入分析了再入遥测中ＰＰＫ／ＯＯＫ 和ＰＣＭ／ＦＭ 两种信号同频段共存的双重混合调制原理及其解调性能。结论表明： 双重混合调制对于提高信道容量是可行的。

遥测计算机字的自动判读

以导弹模拟飞行原理为基础 ,建立了简化弹道模型 ,分析了导弹遥测计算机字各参数的大小范围、变化规律 ,根据确定的范围和变化规律编制了遥测计算机字自动判读软件 ,并用曲线图的形式直观地显示了遥测计算机字的变化。

计算机集群技术在测控系统中的应用研究

本文介绍了计算机集群技术的特点,结合测控系统的应用现状及需求,着重针对数据处理、通信接口和存储系统三个方面,提出了将集群技术应用于测控计算机系统的解决方案.

基于IPv6和空间包协议的空间路由策略设计与分析

针对卫星星内和星间一体化组网问题,结合已有的智能化航天器综合电子系统协议体系架构,提出了基于IPv6和空间包协议的空间路由策略。该策略借鉴IPv4和IPv6的隧道机制,利用空间包局部信息与IPv6全局信息的映射完成协议封装。以星载路由器为核心搭建演示验证系统,通过典型实例验证该策略具有一体化组网的可行性。在分析策略存在的灵活性问题基础上,提出了定制空间包格式、修改协议信息表的优化措施。该策略的设计与其在星载路由器中的实现,可为我国天地一体化信息网络的构建提供参考。

一种高可靠模块化的航天器通用接口单元设计

以综合电子系统的层次化设计模型为基础,提出并实现了一种基于模块化可伸缩的高可靠航天器通用接口单元设计。该设计以标准通用硬件模块、ASIC芯片、层次化总线体结构作为技术支撑,既可实现面向多种平台与载荷航天器的多任务接口适应性,也可实现数据接口单元内部模块资源的交叉重组与系统重构。该航天器通用接口单元已在多个航天器综合电子系统中成功应用,应用情况表明此方案能显著提升航天器通用接口单元的通用性与可靠性,增强系统故障容忍及自主处理能力,利于提升航天器的产品化批产能力与研制效率。

CCSDS分包遥测在某卫星型号中的应用

在某卫星型号的遥测设计中,考虑到传统遥测的缺点,采用了分包遥测体制。针对快遥测包可能存在被长包阻塞而导致延时的问题,提出了一种改进的遥测包调度策略,为多种速率的遥测包开辟了不同的缓存队列,设计了不同的优先级,并在卫星上进行试验验证。证明该分包遥测设计能同时满足多种速率遥测包的传输需要;可编程能力强,便于计算机灵活控制;易于功能扩展;且对需求变化有很强的适应能力,方便在不同型号中应用,缩短软、硬件的设计开发周期。

用MATLAB增加遥测数据时域分辨率的研究

在遥测数据处理中采用内插方法提高遥测数据采样率,使数据有更高的时域分辨率,以便于分析与研究,同时可以降低对发送端的数据采样率的要求,提高信道容量。介绍了使用MATLAB对数据作内插处理的实现方法。

航天遥测数据的自适应分区熵编码压缩

针对航天遥测数据在一个通道内以及不同通道间的非平稳性，提出一种自适应切换ＤＰＣＭ预测误差熵编码码表的无损压缩方法，简单而高效。

一种小卫星星载数据实时监视系统

应用遥控指令和遥测数据字典,提出一种小卫星星载数据实时监视系统。根据该监视系统的系统框架,建立遥控指令和遥测数据时序关联判断模型,设计可重配置的卫星专家知识库和星载小型遥测数据池,提出实时监视遥控指令执行结果的流程,并设计了一种用于健康管理的诊断指令。该系统可应用于小卫星的遥测监视、任务执行过程的监视和监视结论的及时处理,已在某技术验证卫星上用于入轨自主快速测试和快速成像。应用结果表明:与传统遥测数据监视系统相比,文章提出的系统能为小卫星可重配置自主运行功能提供实时安全监视。

基于FPGA的星载计算机自检EDAC电路设计

为了消除空间环境中单粒子翻转(SEU)的影响,目前星载计算机中均对RAM存储单元采用检错纠错(EDAC)设计。随着FPGA在航天领域的广泛应用,FPGA已成为EDAC功能实现的最佳硬件手段。本文介绍了EDAC的编码和实现,提出一种功能完善的、具有自检、自纠错功能的EDAC电路设计,并采用仿真工具对该EDAC电路的功能进行了验证。

基于局域网的分布式实时处理系统在航天测控领域中的应用研究

对TCP/IP网络技术及异步串行通信技术在航天测控领域中的应用进行了研究分析,并结合实际应用,介绍一个基于局域网的分布式实时系统软件的实现, 介绍了该系统实现时钟同步、系统状态监视和多机调度、数据通信、扩充应用程序接口以及系统配置的情况.该软件的数据通信部分,可根据用户所填信息帧的信息路由码,实现用户信息在整个局域网的自动传输.实践证明,该方法正确可靠,使用方便,实时性强.