软件定义卫星硬件模块化设计研究

软件定义卫星是以软件为手段,将传统卫星上由分系统实现的通信、载荷等功能软件化,便于通过软件实现卫星的在轨重构,适应不同的任务需求。软件定义卫星的设计理念是将卫星硬件和卫星软件剥离。设计模块化的卫星硬件,可以有助于实现软件定义卫星的快速集成与装配,为卫星的产品模块化生产、灵活性配置、快速响应任务需求和软件升级提供支撑。针对软件定义卫星的特点,首先对卫星硬件开展了模块化功能分解设计,并在此基础上对卫星硬件必备的结构和电子学进行了模块化设计研究。

基于信息流的耦合数字卫星构建方法

针对卫星的地面测试、系统演练及在轨运行等需求,提出了基于信息流的耦合数字卫星构建方法,通过低成本、低风险、高效率的模拟硬件行为,解决了硬件未全部就绪的情况下,开展软件全生命周期的并行开发及测试;通过提供动力学、能源、热模型等耦合数学模型库,解决仿真系统和真实卫星行为差异问题,提供了在轨卫星故障链预演和分析平台。基于信息流的耦合数字卫星以虚拟处理器仿真为核心,通过硬件行为模拟,结合多物理场数字模型,扩展了数字卫星仿真的覆盖面,加强了仿真的真实性,降低了成本与风险。

一种面向FPGA实现的LDPC编码可配置并行架构设计

为满足星载超高速数传设备FPGA实现的需求,充分利用FPGA器件工作处理时钟频率不高但可用并行资源丰富的特点,根据LDPC结构特性,设计一种基于FPGA的N位可配置的LDPC编码通用并行架构,它具有通用性强、传输速率高、传输延时低的特点。此外,从理论上分析并行架构与传统串行架构的等价性,并详细推导并行度N与速率及硬件资源的限制关系。最后以N=8为例,在FPGA开发平台实现吞吐量为2.5 Gbps的LDPC编码,验证架构的可行性。

宇航用元器件低成本高可靠技术探索和应用

基于测试可靠性的传统宇航元器件质量保证成本约占任务总成本的30%~40%且周期很长,难以满足快速组网星座和商业航天的发展需要,因而为了建立一种宇航用元器件低成本高可靠技术路线,提出了“面向任务和应用目标的宇航用元器件定量质量保证技术”路线。定量保证实现以下几个方面的突破:一是元器件可靠性要求从面向质量等级转变为面向任务和应用目标,实现元器件可靠性要求定量化;二是可靠性评价模式从测试可靠性模式转变为内建可靠性模式;三是提出定量评价低成本高可靠的方法。与传统质量保证相比,定量保证可将时间和成本降低至少2/3。定量保证在中国科学院空间科学卫星项目中进行了应用并得到了有效验证,具有一定的推广应用价值。