2025-04-12
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人造衛(wèi)星是一種環(huán)繞地球在空間軌道上運行的無人航天器,一般由專用系統(tǒng)和保障系統(tǒng)組成。專用系統(tǒng)是指與衛(wèi)星所執(zhí)行的任務(wù)直接有關(guān)的系統(tǒng),也稱為有效載荷。保障系統(tǒng)是指保障衛(wèi)星和專用系統(tǒng)在空間正常工作的系統(tǒng),也稱為服務(wù)系統(tǒng),主要包括結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、熱控制系統(tǒng)、姿態(tài)控制和軌道控制系統(tǒng)、無線電測控系統(tǒng)等。為了完成用戶的目標(biāo)與需求,衛(wèi)星系統(tǒng)一般用于開展電磁兼容技術(shù)、軟件工程、綜合測試技術(shù)、環(huán)境試驗技術(shù)、集成設(shè)計等綜合技術(shù)。
20世紀(jì)90年代以來,隨著高性能、低成本、低風(fēng)險的微小衛(wèi)星成功運行,微小衛(wèi)星的應(yīng)用領(lǐng)域持續(xù)擴大,并產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟和社會效益。由于微小衛(wèi)星任務(wù)的增加,微小衛(wèi)星的研制周期也越來越短。為了“多、快、省”地完成微小衛(wèi)星任務(wù),基于模塊化、集成化和系列化的通用平臺技術(shù)成為關(guān)鍵。另外,隨著用戶對低成本的關(guān)注以及產(chǎn)業(yè)鏈條的透明化,用戶在項目立項之前,一般會直接著手廣泛開展產(chǎn)業(yè)終端研制配套情況的調(diào)研,掌握產(chǎn)業(yè)配套第一信息。因此,為了應(yīng)對批產(chǎn)化、低成本的用戶需求,微小衛(wèi)星研制模式逐漸由以平臺為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐暂d荷為中心。一般來說,現(xiàn)代微小衛(wèi)星具有高功能密度,并通過開展平臺載荷一體化集成設(shè)計以達(dá)到用戶需求。
目前,從系統(tǒng)工程角度分解,微小衛(wèi)星主要由姿軌控、結(jié)構(gòu)與機構(gòu)、熱控、電源、信息、通信、天線、試驗載荷等分系統(tǒng)組成,其中分系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)組成,子系統(tǒng)進(jìn)一步分解出多種組件、設(shè)備等。也就是說,傳統(tǒng)的微小衛(wèi)星中存在系統(tǒng)/分系統(tǒng)/部組件的物理界限,并導(dǎo)致了微小衛(wèi)星多功能與高密度、功能化與集中化難以兼得。
因此,需要提供一種能夠突破傳統(tǒng)的微小衛(wèi)星中存在系統(tǒng)/分系統(tǒng)/部組件的物理界限并解決小衛(wèi)星多功能與高密度、功能化與集中化難以兼得問題的微小衛(wèi)星系統(tǒng)。
為了解決上述問題,本發(fā)明的目的在于提供一種基于域的微小衛(wèi)星系統(tǒng),根據(jù)域的設(shè)計理念,采用集中式、可擴展、可裁減的通用架構(gòu)設(shè)計,采用小型化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計方法,進(jìn)行微小衛(wèi)星整星系統(tǒng)架構(gòu)的技術(shù)分析與設(shè)計優(yōu)化,將衛(wèi)星按照任務(wù)功能和支撐功能劃分成不同的功能模塊或功能區(qū),實現(xiàn)成為一個高度集成體,以打破傳統(tǒng)的微小衛(wèi)星中存在系統(tǒng)/分系統(tǒng)/部組件的物理界限,解決小衛(wèi)星多功能與高密度、功能化與集中化難以兼得問題。
一種基于域的微小衛(wèi)星系統(tǒng),包括分布式設(shè)置的多個功能單元,所述多個功能單元包括結(jié)構(gòu)單元、測通導(dǎo)單元、綜合信息單元、gnc單元、載荷單元、熱控單元和電源單元,其中
所述測通導(dǎo)單元,用于接收地面指令并轉(zhuǎn)發(fā)所述地面指令至所述綜合信息單元,以實現(xiàn)對地測控、對地數(shù)傳和衛(wèi)星導(dǎo)航功能;
所述綜合信息單元,用于接收所述測通導(dǎo)單元轉(zhuǎn)發(fā)的所述地面指令,并基于所述地面指令實現(xiàn)整星的配電功能、火工品控制、加熱器控制、溫度量采集、總線遙測、星務(wù)管理和gnc軟件支持任務(wù);
所述gnc單元,包括gnc測量單元和gnc執(zhí)行單元,其中所述gnc測量單元用于采集整星的姿態(tài)信息,所述gnc執(zhí)行單元用于完成姿軌控制;
所述電源單元,用于在整星壽命期間內(nèi)為所述微小衛(wèi)星系統(tǒng)提供直流供電母線,完成整星的功率傳輸。
可選地,所述綜合信息單元還用于進(jìn)行整星信息的管理與調(diào)度,監(jiān)控各分系統(tǒng)狀態(tài),自主管理各分系統(tǒng)工作和遙測數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息,以及根據(jù)所述gnc單元提供的數(shù)據(jù)控制執(zhí)行部件,所述綜合信息單元包括主機模塊、備機模塊和接口功能板卡,其中
所述主機模塊集成有處理器,用于對整星資源進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度管理以實現(xiàn)對遙測數(shù)據(jù)的整合與處理,對整星狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控以實現(xiàn)對整星設(shè)備的指令控制,對整星各分系統(tǒng)配電、熱控、校時、安全進(jìn)行管理,并及時對發(fā)生故障的部分進(jìn)行處理;
所述接口功能板卡集成有數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)據(jù)采集模塊,用于為所述綜合信息單元提供電氣連接,提供can總線接口、加熱驅(qū)動控制接口、火工品線接口與oc指令接口。
所述第二級容錯機制包括針對數(shù)據(jù)流錯誤的軟件edac和三模冗余技術(shù),以及針對控制流錯誤的異常陷阱和看門狗技術(shù)。
可選地,所述gnc測量單元包括星敏感器、太陽敏感器、磁強計和導(dǎo)航接收機構(gòu),用于采集整星姿態(tài)信息,測量和解算衛(wèi)星空間位置、速度、姿態(tài)及時間信息,傳遞所述信息至所述綜合信息單元以生成軌道維持和姿態(tài)穩(wěn)定控制指令;和
所述gnc執(zhí)行單元包括微推進(jìn)、微飛輪和微磁力矩器,用于實現(xiàn)衛(wèi)星的三軸姿態(tài)穩(wěn)定和姿態(tài)控制。
可選地,所述測通導(dǎo)單元包括測控終端本體、一對測控收發(fā)天線、一副數(shù)傳發(fā)射天線及一副衛(wèi)星導(dǎo)航接收天線,其中
所述測控終端本體包括安裝于衛(wèi)星內(nèi)壁上的射頻模塊、衛(wèi)星導(dǎo)航接收單元、信號處理模塊、二次電源;
所述太陽能電池陣包括體裝式的三結(jié)砷化鎵電池片,用于通過光電轉(zhuǎn)換將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能;
所述蓄電池組用于在陰影區(qū)或峰值功耗太陽能電池陣提供功率不足時為負(fù)載提供能源;及
所述電源控制器用于控制所述太陽能電池陣的工作狀態(tài)、所述蓄電池組的充放電管理和電源變化。
本發(fā)明中基于功能域設(shè)計理念,采用小型化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計方法,進(jìn)行微小衛(wèi)星整星系統(tǒng)架構(gòu)的技術(shù)分析與設(shè)計優(yōu)化,將衛(wèi)星按照任務(wù)功能和支撐功能劃分成不同功能模塊或功能區(qū),打破了傳統(tǒng)的微小衛(wèi)星中存在系統(tǒng)/分系統(tǒng)/部組件的物理界限,解決了小衛(wèi)星多功能與高密度、功能化與集中化難以兼得問題。
本發(fā)明中的微小衛(wèi)星系統(tǒng)采用分布式的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),被設(shè)置為一個將任務(wù)、功能、資源統(tǒng)一調(diào)度管理的高度集成系統(tǒng),系統(tǒng)采用集中式、可擴展、可裁減的通用架構(gòu)設(shè)計,將整星(或部分)電子設(shè)備的功能融合,實現(xiàn)了整星的信息共享、姿態(tài)控制、任務(wù)調(diào)度等任務(wù)。
進(jìn)一步地,本發(fā)明中的微小衛(wèi)星系統(tǒng)以微型技術(shù)和智能技術(shù)為核心,使衛(wèi)星平臺及衛(wèi)星有效載荷在保持原有各種功能的基礎(chǔ)上向小型化、輕量化方向發(fā)展,減小衛(wèi)星體重、降低研制成本、縮短衛(wèi)星研制周期等。由于采用系統(tǒng)與分系統(tǒng)集成化技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)整星電子設(shè)備和功能的集成,使得整星體積、重量降低60%-70%,印制板數(shù)量減少70%-75%。
另外,本發(fā)明中的微小衛(wèi)星系統(tǒng)采用高可靠性雙冗余兩級安全策略,即衛(wèi)星管理與控制雙冗余架構(gòu)、兩級容錯(星上管理計算機和星上控制計算機互相冗余,一方故障時保證全功能備份,雙計算機故障時gnc底層控制器保障系統(tǒng)安全),接近大衛(wèi)星安全標(biāo)準(zhǔn)。
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案,下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明方案,下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖,對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然,所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分的實施例,而不是全部的實施例?;诒景l(fā)明中的實施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
需要說明的是,本發(fā)明的說明書和權(quán)利要求書及以上附圖中的術(shù)語“第一”、“第二”等是用于區(qū)分類別的對象,而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解,這樣使用的對象在適當(dāng)?shù)那闆r下可以互換,以便這里描述的本發(fā)明的實施例能夠以除了這里圖示或描述的那些以外的順序?qū)嵤?。此外,術(shù)語“包括”和“具有”以及他們的任何變形,意圖在于覆蓋不排他的包含,例如,包含了一些列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備不必限于清楚地列出那些步驟或單元,而是可包括沒有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的那些步驟或單元。
如圖1所示,本發(fā)明提供一種基于域的微小衛(wèi)星系統(tǒng),該系統(tǒng)包括分布式設(shè)置的多個功能單元,其中多個功能單元包括結(jié)構(gòu)單元、測通導(dǎo)單元、綜合信息單元、制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制(gnc)單元、載荷單元、熱控單元和電源單元。
具體地,該結(jié)構(gòu)單元用于為該微小衛(wèi)星的各功能單元提供安裝和支撐條件;該測通導(dǎo)單元用于接收地面指令并轉(zhuǎn)發(fā)該地面指令至該綜合信息單元,以實現(xiàn)對地測控、對地數(shù)傳和衛(wèi)星導(dǎo)航功能;該綜合信息單元用于接收該測通導(dǎo)單元轉(zhuǎn)發(fā)的該地面指令,并基于該地面指令實現(xiàn)整星的配電功能、火工品控制、加熱器控制、溫度量采集、總線遙測、星務(wù)管理和gnc軟件支持任務(wù);該gnc單元包括gnc測量單元和gnc執(zhí)行單元,其中該gnc測量單元用于采集整星的姿態(tài)信息,該gnc執(zhí)行單元用于完成姿軌控制;該熱控單元用于在任務(wù)周期內(nèi)為該微小衛(wèi)星系統(tǒng)提供工作溫度環(huán)境;該載荷單元用于基于該地面指令,按預(yù)設(shè)流程完成在軌試驗任務(wù);和該電源單元用于在整星壽命期間內(nèi)為該微小衛(wèi)星系統(tǒng)提供直流供電母線,完成整星的功率傳輸。
本發(fā)明中將微小衛(wèi)星系統(tǒng)按照任務(wù)功能和支撐功能劃分成不同功能單元,包括:通過對對電子學(xué)控制部分進(jìn)行集成,形成綜合信息單元;通過對能源存儲及控制進(jìn)行集成,形成電源單元;通過對測控與導(dǎo)航進(jìn)行集成,形成測通導(dǎo)單元;通過對機械部分、傳感器進(jìn)行集成,形成gnc測量及執(zhí)行單元;通過對結(jié)構(gòu)、熱控及載荷分別形成結(jié)構(gòu)單元、熱控單元和載荷單元。
本發(fā)明中基于功能域設(shè)計理念,采用小型化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計方法,進(jìn)行微小衛(wèi)星整星系統(tǒng)架構(gòu)的技術(shù)分析與設(shè)計優(yōu)化,將衛(wèi)星按照任務(wù)功能和支撐功能劃分成不同功能模塊或功能區(qū),打破了傳統(tǒng)的微小衛(wèi)星中存在系統(tǒng)/分系統(tǒng)/部組件的物理界限,解決了小衛(wèi)星多功能與高密度、功能化與集中化難以兼得問題。
本發(fā)明實施例中,結(jié)構(gòu)單元為微小衛(wèi)星各功能單元提供安裝和支撐條件,例如,可以實現(xiàn)太陽帆板可靠展開及鎖定等。
為了獲取符合要求的結(jié)構(gòu)剛度和強度,可以以力流連續(xù)性和傳力路徑最短為設(shè)計準(zhǔn)則,同時兼顧平臺整體熱控設(shè)計要求以及各設(shè)備和有效載荷安裝要求。在一個具體實施例中,微小衛(wèi)星平臺采用傳統(tǒng)立方星艙體方案,內(nèi)部按功能劃分為不同功能區(qū)域,展開式太陽翼安裝在艙體的側(cè)板外側(cè)。
本發(fā)明實施例中,gnc單元包括gnc測量單元和gnc執(zhí)行單元,其中g(shù)nc測量單元包括微磁測、微星敏、微太敏,gnc執(zhí)行單元包括微推進(jìn)、微飛輪、微磁力矩器。
在一個具體實施例中,gnc測量單元用于測量部分負(fù)責(zé)完成衛(wèi)星空間位置、速度、姿態(tài)及時間等信息的測量和解算,傳遞給綜合信息單元用于生成軌道維持和姿態(tài)穩(wěn)定控制指令,由星敏感器、太陽敏感器、磁強計和導(dǎo)航接收機構(gòu)成。gnc單元執(zhí)行部分負(fù)責(zé)完成衛(wèi)星的三軸姿態(tài)穩(wěn)定和姿態(tài)控制,由飛輪、磁力矩器以及微電推構(gòu)成。
本發(fā)明實施例中,熱控單元負(fù)責(zé)在任務(wù)全周期內(nèi)為星上產(chǎn)品提供良好的工作溫度環(huán)境,以被動熱控方式為主,同時具備對溫度指標(biāo)較窄的蓄電池組、標(biāo)校載荷等關(guān)鍵設(shè)備輔以主動熱控的功能。
本發(fā)明實施例中,測通導(dǎo)單元由基帶模塊、射頻模塊和天線組成,用于完成對地測控和對地數(shù)傳的功能以及衛(wèi)星導(dǎo)航功能。在一個具體實施例中,由測控數(shù)傳終端、遙控接收天線、遙測數(shù)傳天線及射頻電纜等組成。具體地,測通導(dǎo)單元具體由一對測控收發(fā)天線、一副數(shù)傳發(fā)射天線、一副衛(wèi)星導(dǎo)航接收天線、衛(wèi)星導(dǎo)航接收單元、射頻模塊、信號處理模塊、二次電源組成,硬件方案設(shè)計選用軟件無線電的設(shè)備架構(gòu)。其中,射頻模塊、衛(wèi)星導(dǎo)航接收單元、信號處理模塊和二次電源構(gòu)成測控終端的本體,被安裝在飛行器的內(nèi)壁上。一對測控接收天線對稱安裝在飛行器的對天面和對地面,一幅衛(wèi)星導(dǎo)航接收天線安裝在飛行器的對天面,一幅數(shù)傳發(fā)射天線安裝在飛行器的對地面。
如圖2所示,本發(fā)明實施例中,電源單元負(fù)責(zé)在衛(wèi)星整個壽命期間整星提供一條可靠的直流供電母線,并通過綜合電子接口單元利用電纜網(wǎng)完成整星的功率傳輸,由太陽能電池陣、蓄電池組、電源控制器和電纜網(wǎng)等組成。
在一個具體實施例中,電源單元主要是為整星工作提供充足的電能,主要包括太陽能電池陣、蓄電池組、電源控制器三部分。其中,太陽能電池陣用于通過光電轉(zhuǎn)換將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能,采用體裝式的三結(jié)砷化鎵電池片;蓄電池組用于能量存儲,主要在陰影區(qū)或峰值功耗太陽能電池陣提供功率不足時為負(fù)載提供能源;電源控制器用于控制太陽能電池陣的工作狀態(tài)、蓄電池組的充放電管理和電源變化。具體地,蓄電池組可以為鋰電池組。電源控制器包括電源調(diào)節(jié)、電源分配和電池組管理。
如圖3所示,本發(fā)明實施例中,綜合信息單元用于完成整星的配電功能、火工品控制、加熱器控制、溫度量采集、總線遙測、星務(wù)管理、gnc軟件支持等任務(wù)。
在一個具體實施例中,綜合信息單元是整星設(shè)備控制與信息管理的核心單元,由核心模塊、接口模塊組成,其基本功能是進(jìn)行整星信息的管理與調(diào)度,監(jiān)控各分系統(tǒng)狀態(tài),自主管理各分系統(tǒng)工作和遙測數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息,以及根據(jù)gnc系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)控制執(zhí)行部件,實現(xiàn)整星系統(tǒng)的安全可靠運行。
針對空間環(huán)境下功率與體積受限的應(yīng)用,為實現(xiàn)低功耗、小體積、高集成度、高性能、高可靠性的綜合信息單元系統(tǒng)的搭建,本發(fā)明采用分模塊化設(shè)計思想,在不同的功能板卡上集成特定的功能部件。主機處理功能板卡和接口功能板卡的連接關(guān)系及內(nèi)部結(jié)構(gòu)模塊如下圖3所示。本系統(tǒng)共設(shè)計三塊功能板卡:主機模塊、備機模塊和接口功能板卡,其中主機模塊和備機模塊都和接口功能板卡連接。
主機功能模塊是綜合信息單元數(shù)據(jù)管理的核心控制部分,該板卡上集成arm處理器對星上資源進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度管理,實現(xiàn)對遙測數(shù)據(jù)的整合與處理,并對整星狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,實現(xiàn)對整星設(shè)備的指令控制,對整星各分系統(tǒng)配電、熱控、校時、安全進(jìn)行管理,對發(fā)生故障的部分采取及時有效的處理,保障整星系統(tǒng)安全可靠運行。板卡上還集成數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)據(jù)采集模塊。
接口功能板卡是綜合信息單元與整星各分系統(tǒng)進(jìn)行信息交換的樞紐,為綜合信息單元與星上其它部分提供電氣連接。該板卡為控制指令與遙測數(shù)據(jù)的傳輸提供can總線接口,還提供加熱驅(qū)動控制接口、火工品線接口與oc指令接口及與供電模塊,實現(xiàn)對整星遙測數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息的存儲以及整個綜合信息單元的供電。由于綜合信息單元接口較復(fù)雜且數(shù)量較多,單獨集成接口板卡可有效減小單元整體體積,提高整星系統(tǒng)的擴展性。
在一個具體實施例中,綜合信息單元可劃分為5個基本功能模塊:中央處理器及最小系統(tǒng)、接口適配模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、供電適配模塊以及板間互聯(lián)模塊。本發(fā)明采用atsamv71q21作為系統(tǒng)的中央處理器,可實現(xiàn)遙測數(shù)據(jù)管理和調(diào)度、整星狀態(tài)監(jiān)測與故障處理的星務(wù)管理。
具體地,arm數(shù)據(jù)處理單元包括:星上自主管理控制程序、容錯的星載星務(wù)處理及姿態(tài)軌道控制軟件、嵌入式實時操作系統(tǒng)、片外存儲器控制器和接口控制器。其中,星上自主管理控制程序?qū)θ蒎e的星載星務(wù)處理及姿態(tài)軌道控制軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和任務(wù)調(diào)度,容錯的星載星務(wù)處理向姿態(tài)軌道控制軟件對嵌入式實時操作系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息和控制指令,嵌入式實時操作系統(tǒng)向容錯的星載星務(wù)處理向姿態(tài)軌道控制軟件返回數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息,嵌入式實時操作系統(tǒng)向片外存儲器控制器發(fā)送數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息,及接口控制器與嵌入式實時操作系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,接收來自嵌入式實時操作系統(tǒng)的控制指令并發(fā)送狀態(tài)信息至嵌入式實時操作系統(tǒng)。數(shù)據(jù)存儲功能模塊包括片外存儲器控制器和片外數(shù)據(jù)存儲單元,通信接口功能模塊包括接口控制器和通信接口電路。
應(yīng)說明的是,atsamv71q21中央處理器為市面可售的中央處理器,如深圳市中乾時代科技有限公司可售?;赼rmcortex-m732位內(nèi)核的arm處理器,其最大運行頻率為300mhz,采用低功耗設(shè)計,運行時功耗為0.5w,并且在片上集成有豐富的i/o資源,可擴展成不同類型的接口。為實現(xiàn)atsamv71q21微處理器正常啟動與工作,需設(shè)計其最小系統(tǒng),最小系統(tǒng)包括供電電路、時鐘電路、復(fù)位電路、聯(lián)合測試工作組(jtag)調(diào)試電路。
接口適配模塊可實現(xiàn)綜合管理單元與整星各設(shè)備之間物理連接,提供can總線接口實現(xiàn)對星上總線上的遙測數(shù)據(jù)以及控制指令的收發(fā)。另外還提供oc控制指令接口對整星設(shè)備發(fā)送指令,提供加熱驅(qū)動接口控制整星設(shè)備的加熱。供電模塊,實現(xiàn)對整星遙測數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息的存儲以及整個綜合信息單元的供電。
數(shù)據(jù)存儲模塊對整星采集的遙測數(shù)據(jù)與狀態(tài)信息進(jìn)行存儲。atsamv71q21內(nèi)部具備mmc接口,可以實現(xiàn)對片外sd卡的讀取存儲控制。
atsamv71q21最小系統(tǒng)的供電來源于接口板的dc-dc轉(zhuǎn)換芯片lmz10503ext,lmz10503ext可以將外部輸入的5v電壓轉(zhuǎn)換為3.3v,供系統(tǒng)使用。應(yīng)說明的是,lmz10503ext芯片為市面可售的芯片,如深圳市欽盛偉業(yè)電子有限公司可售。
本發(fā)明實施例中,采用高可靠性雙冗余兩級安全策略。具體地,硬件上采用多級異構(gòu)備份機制。軟件上針對單粒子翻轉(zhuǎn)引發(fā)的星載軟件數(shù)據(jù)流錯誤和控制流錯誤,采用雙核互檢和回卷恢復(fù)技術(shù)作為第一級容錯機制,采用針對數(shù)據(jù)流錯誤的軟件edac和三模冗余技術(shù),以及針對控制流錯誤的異常陷阱和看門狗技術(shù)作為第二級容錯機制,從而實現(xiàn)軟錯誤的檢測和恢復(fù)。
如圖4所示,本發(fā)明實施例中基于域的微小衛(wèi)星系統(tǒng)整星信息流主要包括整星can總線及與can總線進(jìn)行信息交互的各功能單元。
信息綜合單元包括位于主板上的主份處理和備份處理及位于接口板上的監(jiān)測系統(tǒng)。其中主份處理、備份處理和監(jiān)測系統(tǒng)分別與can總線電連接。監(jiān)測系統(tǒng)獲取主份處理和/或備份處理的狀態(tài)信息,并提供復(fù)位信號至主份處理/備份處理。信息綜合單元還用于溫度量采集和熱控輸出。
載荷單元與can總線電連接,將載荷單元的工作狀態(tài)發(fā)送至綜合信息單元,并接收綜合信息單元發(fā)送的指令。
gnc單元包括分別與can總線電連接的星敏、gnc驅(qū)動控制和電推進(jìn)(含控制器)。gnc驅(qū)動控制接收綜合信息單元的信號并對星敏及電推進(jìn)進(jìn)行加斷電控制。gnc驅(qū)動控制還接收慣導(dǎo)、微飛輪執(zhí)行機構(gòu)和太敏的信息,發(fā)送指令至微飛輪執(zhí)行機構(gòu),并控制磁力矩器。
本發(fā)明實施例中載荷單元、gnc單元及推進(jìn)模塊獨立設(shè)計,采用標(biāo)準(zhǔn)化接口,易于定制和重新配置,能夠增強系統(tǒng)的任務(wù)適應(yīng)性。另外,采用標(biāo)準(zhǔn)電氣接口,例如pc104接插件。
本發(fā)明實施例中,采用結(jié)構(gòu)功能一體化技術(shù),利用三維異構(gòu)集成,顛覆傳統(tǒng)衛(wèi)星的總裝集成方法,采取主結(jié)構(gòu)與功能單元結(jié)構(gòu)體一體化設(shè)計。采用標(biāo)準(zhǔn)化單元機電接口,直接串聯(lián)的模式。主要特點包括:
2)通過板級縱向?qū)Σ鍖崿F(xiàn)電氣和結(jié)構(gòu)同步互聯(lián),簡化了單元間互聯(lián)模式、提高了連接可靠性、提升了總裝效率。
3)實現(xiàn)了部分無纜化,載荷設(shè)計中采用多層復(fù)合介質(zhì)材料制造用于傳輸信號的電路基板,將部分功能電路集成在多層基板內(nèi)可傳輸微波信號和數(shù)字信號;采用基板三維垂直互聯(lián)技術(shù),通過毛紐扣、微凸點等技術(shù)手段代替連接導(dǎo)線,并通過在板間做輔助結(jié)構(gòu)支撐,可以實現(xiàn)電路板間機械與電氣方面的垂直互連,減少原來分系統(tǒng)組件之間的電纜、接插件等互聯(lián),從而降低結(jié)構(gòu)和電纜質(zhì)量,大大提高系統(tǒng)集成度。
本發(fā)明中的微小衛(wèi)星系統(tǒng)簡化了接口和研制單位分工界面,重新定義了單元,采用分布式的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),被設(shè)置為一個將任務(wù)、功能、資源統(tǒng)一調(diào)度管理的高度集成系統(tǒng),系統(tǒng)采用集中式、可擴展、可裁減的通用架構(gòu)設(shè)計,將整星(或部分)電子設(shè)備的功能融合,實現(xiàn)了整星的信息共享、姿態(tài)控制、任務(wù)調(diào)度等任務(wù)。由于采用多中心、總線式網(wǎng)絡(luò),能夠減少單元間耦合,提高工作效率。
進(jìn)一步地,本發(fā)明中的微小衛(wèi)星系統(tǒng)以微型技術(shù)和智能技術(shù)為核心,使衛(wèi)星平臺及衛(wèi)星有效載荷在保持原有各種功能的基礎(chǔ)上向小型化、輕量化方向發(fā)展,減小衛(wèi)星體重、降低研制成本、縮短衛(wèi)星研制周期等。由于采用系統(tǒng)與分系統(tǒng)集成化技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)整星電子設(shè)備和功能的集成,使得整星體積、重量降低60%-70%,印制板數(shù)量減少70%-75%,能夠分散風(fēng)險,提高安全性。
另外,本發(fā)明中的微小衛(wèi)星系統(tǒng)采用高可靠性雙冗余兩級安全策略,即衛(wèi)星管理與控制雙冗余架構(gòu)、兩級容錯(星上管理計算機和星上控制計算機互相冗余,一方故障時保證全功能備份,雙計算機故障時gnc底層控制器保障系統(tǒng)安全),接近大衛(wèi)星安全標(biāo)準(zhǔn)。
顯然,本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例,而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定,對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動,這里無法對所有的實施方式予以窮舉,凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。
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