具有測控及中心計算機功能的智能核心系統的制作方法
【專利摘要】具有測控及中心計算機功能的智能核心系統，涉及快速航天器平臺設計領域。解決了小衛星綜合電子系統中，測控應答機及中心計算機存在體積大、重量重和功能密度低的問題。具有測控及中心計算機功能的智能核心系統包括兩個數據傳輸處理系統、接口模塊和供配電模塊，每個數據傳輸處理系統包括射頻通道模塊和數據管理模塊，所述射頻通道模塊用于接收射頻信號，并對接收到的射頻信號進行處理生成基帶數據流，實現射頻信號與基帶數據之間的轉換，數據管理模塊用于根據射頻信號遙控遙測終端及計算機，射頻通道模塊與數據管理模塊通過接口模塊實現數據交互，供配電模塊用于向射頻通道模塊和數據管理模塊發送加電指令或斷電指令。本發明適用于小衛星系統通信。
【專利說明】具有測控及中心計算機功能的智能核心系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及快速航天器平臺設計領域。
【背景技術】
[0002]為應對未來空間技術發展需要，同時考慮到國際環境復雜多變，我國對小衛星進行了相關的概念和內涵展開研宄，并逐步確立了一條以“快速”、“智能”、“廉價”為準則的有中國特色的小衛星發展之路。綜合電子系統負責完成衛星的信息采集、星內/星地交互、處理和應用，是衛星的電氣總體級分系統。在小衛星的綜合電子系統中，其他的單機部件均可以采用靈活多變的設計，但測控應答機及中心計算機是任何綜合電子系統的核心，是電子系統中不可或缺的最小公約數。保證了測控應答機及中心計算機的靈活及可靠設計，就可以在此基礎上進行可重構功能單元及標準化單機的擴展，進而快速構建小衛星綜合電子系統。
【發明內容】
[0003]本發明為了解決目前小衛星綜合電子系統中，測控應答機及中心計算機存在體積大、重量重和功能密度低的問題，提出了具有測控及中心計算機功能的智能核心系統。
[0004]具有測控及中心計算機功能的智能核心系統包括兩個數據傳輸處理系統、接口模塊和供配電模塊，每個數據傳輸處理系統包括射頻通道模塊和數據管理模塊，
[0005]所述射頻通道模塊用于接收射頻信號，并對接收到的射頻信號進行處理生成基帶數據流，實現射頻信號與基帶數據之間的轉換，
[0006]數據管理模塊用于根據射頻信號遙控遙測終端及計算機，
[0007]射頻通道模塊與數據管理模塊通過接口模塊實現數據交互，
[0008]供配電模塊用于向射頻通道模塊和數據管理模塊發送加電指令或斷電指令。
[0009]有益效果:本發明提出的具有測控及中心計算機功能的智能核心系統提取了傳統的測控系統和中心計算機的最小公倍數，兼顧測控系統和中心計算機的可靠性，具備標準接口，利于快速集成及快速測試，負責完成衛星數據處理、遙測遙控數據傳輸并配合地面站完成對衛星的跟蹤、測距、定軌等。本發明適用于高可靠、高功能密度的小衛星電子系統設計領域。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為【具體實施方式】一所述的具有測控及中心計算機功能的智能核心系統的原理圖；
[0011]圖2為【具體實施方式】三所述的射頻通道模塊I的原理圖；
[0012]圖3為【具體實施方式】五所述的供配電模塊4的原理圖。
【具體實施方式】
[0013]【具體實施方式】一、結合圖1說明本【具體實施方式】，本【具體實施方式】所述的具有測控及中心計算機功能的智能核心系統包括兩個數據傳輸處理系統、接口模塊3和供配電模塊4，每個數據傳輸處理系統包括射頻通道模塊I和數據管理模塊2，
[0014]所述射頻通道模塊I用于接收射頻信號，并對接收到的射頻信號進行處理生成基帶數據流，實現射頻信號與基帶數據之間的轉換，
[0015]數據管理模塊2用于根據射頻信號遙控遙測終端及計算機，
[0016]射頻通道模塊I與數據管理模塊2通過接口模塊3實現數據交互，
[0017]供配電模塊用于向射頻通道模塊I和數據管理模塊2發送加電指令或斷電指令。
[0018]本實施方式中，射頻通道模塊I體制可以為USB體制，也可以為擴頻體制，僅需滿足系統內部接口即可實現不同測控制式系統的靈活替換。
[0019]【具體實施方式】二、本【具體實施方式】與【具體實施方式】一所述的具有測控及中心計算機功能的智能核心系統的區別在于，所述射頻通道模塊I和數據管理模塊2均采用板卡形式實現。
[0020]本實施方式中，將射頻通道模塊I和數據管理模塊2均設計為板卡形式，接口均為標準的PCM接口。
[0021]【具體實施方式】三、結合圖2說明本【具體實施方式】，本【具體實施方式】與【具體實施方式】二所述的具有測控及中心計算機功能的智能核心系統的區別在于，所述射頻通道模塊I包括射頻收發模塊和基帶信號處理模塊，
[0022]所述射頻收發模塊包括上行通道模塊1-1、本振收發模塊和下行通道模塊1-2，
[0023]上行通道模塊1-1用于接收地面站發送的射頻信號，并將該射頻信號進行下變頻處理后發送至基帶信號處理模塊，
[0024]本振收發模塊用于產生時鐘信號，所述時鐘信號作為射頻通道模塊I的參考信號，
[0025]下行通道模塊1-2用于接收基帶信號處理模塊發送的擴頻信號，并將該擴頻信號進行上變頻處理后通過接口模塊3發送至數據管理模塊2，
[0026]所述基帶信號處理模塊包括遙控信號收發模塊1-3、測距信號收發模塊1-4和遙測信號收發模塊1-5，
[0027]遙控信號收發模塊1-3用于接收上行通道模塊1-1中的遙控中頻信號，對該遙控中頻信號進行處理生成PCM信號并通過接口模塊3發送至數據管理模塊2，
[0028]測距信號收發模塊1-4用于捕獲并跟蹤上行通道模塊1-1中調制的測距幀，并對該測距幀進行擴頻調制后發送至遙測信號接收模塊，
[0029]遙測信號收發模塊1-5用于接收CAN總線發送的下行遙測數據信息，并對該下行遙測數據信息進行擴頻處理后與測距信號收發模塊1-4發送的測距幀的擴頻調制信號進行疊加，將疊加后的擴頻調制信號發送至射頻收發模塊進行BPSK調制。
[0030]【具體實施方式】四、本【具體實施方式】與【具體實施方式】三所述的具有測控及中心計算機功能的智能核心系統的區別在于，所述數據管理模塊2包括至指令譯碼模塊、解密模塊和計算機模塊，
[0031]指令譯碼模塊用于從基帶數據流中對指令幀進行同步，同時對指令進行譯碼及驅動后生成直接指令，將該指令發送至執行機構，并將生成的直接指令同步后的數據發送至解密模塊和計算機模塊，
[0032]解密模塊用于接收上行明態數據，并將上行明態數據透明轉發至計算機模塊，還用于接收上行密態數據，并將上行密態數據進行解密后發送至計算機模塊，同時將指令有效標志發送至指令譯碼模塊，
[0033]計算機模塊用于接收遙控指并生成遙測參數，將生成的遙測參數通過接口模塊3發送至射頻通道模塊I。
[0034]本實施方式中，計算機模塊為遙測、遙控及數據管理的核心，接收遙控指令并執行，生成遙測參數，通過接口模塊發送至射頻通道模塊1，同時完成中心計算機的星務管理功能，并可通過接口模塊采集系統內部的遙測參數并對內部進行控制，數據管理模塊2整合了測控終端及中心計算機的功能，大大提高了系統的功能密度，接口模塊及供配電模塊輸出的遙控PCM信號及門控信號，并對遙控指令進行數字簽名的驗證或對注入數據進行解密和簽名驗證，同時將解密后的遙控PCM信號發送至指令譯碼模塊或計算機模塊，由指令譯碼模塊進行指令譯碼送執行機構，或由計算機模塊進行譯碼后通過總線送執行機構或在系統內部執行，數據管理模塊2還生成遙測數據，通過標準的PCM接口發送至接口模塊后調制發射。
[0035]【具體實施方式】五、結合圖3說明本【具體實施方式】，本【具體實施方式】與【具體實施方式】四所述的具有測控及中心計算機功能的智能核心系統的區別在于，所述供配電模塊4包括兩路供配電通道和一個仲裁模塊4-6，所述兩路供配電通道包括保護模塊4-1、射頻供配電模塊4-2、指令譯碼供配電模塊4-3、解密供配電模塊4-4和仲裁供配電模塊4-5，
[0036]保護模塊4-1連接外部不可控電源、射頻供配電模塊4-2、指令譯碼供配電模塊4-3、解密供配電模塊4-4和仲裁供配電模塊4-5，用于防止不同的模塊短路，
[0037]射頻供配電模塊4-2用于向射頻通道模塊I供電，
[0038]指令譯碼供配電模塊4-3用于向指令譯碼模塊供電，
[0039]解密供配電模塊4-4用于向解密模塊供電，
[0040]仲裁供配電模塊4-5與仲裁模塊4-6連接，
[0041 ]仲裁模塊4-6與計算機模塊通過接口模塊3實現數據交互。
[0042]本實施方式中，供配電模塊4采用分離元器件搭建，具有較高的可靠性，供配電模塊4由PCDU直接提供兩路不可控28V電源，保護模塊4-1中含有保險絲盒防浪涌電路，對28V電源經保護模塊4-1后再發送至射頻供配電模塊4-2、指令譯碼供配電模塊4-3、解密供配電模塊4-4和仲裁供配電模塊4-5，從而實現對各個模塊供電，同時也防止不同的模塊短路影響整個系統的信號輸出。
[0043]射頻供配電模塊4-2包括一路不可控供電、一路來自指令譯碼模塊的接收機加電/斷電指令和一路發射機加電/斷電指令，若射頻通道模塊4-2為擴頻應答機，則加電指令及斷電指令有效；若射頻通道模塊4-2為USB應答機，則加電指令及斷電指令在應答機板卡上接至空點，指令無效。
[0044]指令譯碼供配電模塊4-3的輸入為不可控電源，衛星加電后進行常加電，不再進行斷電。
[0045]解密供配電模塊4-4的輸入為不可控電源，由其內部進行加斷電控制，可通過指令或定時器超時進行控制。
[0046]【具體實施方式】六、本【具體實施方式】與【具體實施方式】五所述的具有測控及中心計算機功能的智能核心系統的區別在于，所述仲裁模塊4-6包括加電模塊、斷電模塊和自主切機模塊，
[0047]加電模塊用于根據指令控制計算機模塊的加電，
[0048]斷電模塊用于根據指令控制計算機模塊的斷電，
[0049]自主切機模塊用于根據遙控切機狀態和看門狗狀態獲得雙機輸出使能控制信號，進而對兩個計算機模塊進行遙控切換。
[0050]本實施方式中，遙控指令為:計算機A加電、計算機A斷電、計算機B加電、計算機B斷電、遙控切A機和遙控切B機，實現自主切機使能和自主切機禁止功能，指令形式為OC形式。
[0051]【具體實施方式】七、本【具體實施方式】與【具體實施方式】六所述的具有測控及中心計算機功能的智能核心系統的區別在于，所述接口模塊3包括遙控數據收發模塊和遙測數據收發模塊，
[0052]遙控數據收發模塊用于將射頻通道模塊I發送的遙控數據信號發送至數據管理豐旲塊2，
[0053]遙測數據收發模塊用于將數據管理模塊2發送的遙測數據信號發送至射頻通道豐旲塊I。
[0054]【具體實施方式】八、本【具體實施方式】與【具體實施方式】七所述的具有測控及中心計算機功能的智能核心系統的區別在于，所述接口模塊3還用于接收應答機發送的遙測數據信號，并將所述遙測數據信號透明轉發至數據管理模塊2。
【權利要求】
1.具有測控及中心計算機功能的智能核心系統，其特征在于，它包括兩個數據傳輸處理系統、接口模塊(3)和供配電模塊(4)，每個數據傳輸處理系統包括射頻通道模塊(1)和數據管理模塊(2)， 所述射頻通道模塊(1)用于接收射頻信號，并對接收到的射頻信號進行處理生成基帶數據流，實現射頻信號與基帶數據之間的轉換， 數據管理模塊(2)用于根據射頻信號遙控遙測終端及計算機， 射頻通道模塊(1)與數據管理模塊(2)通過接口模塊(3)實現數據交互， 供配電模塊用于向射頻通道模塊(1)和數據管理模塊(2)發送加電指令或斷電指令。
2.根據權利要求1所述的具有測控及中心計算機功能的智能核心系統，其特征在于，所述射頻通道模塊(1)和數據管理模塊(2)均采用板卡形式實現。
3.根據權利要求2所述的具有測控及中心計算機功能的智能核心系統，其特征在于，所述射頻通道模塊(1)包括射頻收發模塊和基帶信號處理模塊， 所述射頻收發模塊包括上行通道模塊(1-1)、本振收發模塊和下行通道模塊(1-2)，上行通道模塊(1-1)用于接收地面站發送的射頻信號，并將該射頻信號進行下變頻處理后發送至基帶信號處理模塊， 本振收發模塊用于產生時鐘信號，所述時鐘信號作為射頻通道模塊(1)的參考信號，下行通道模塊(1-2)用于接收基帶信號處理模塊發送的擴頻信號，并將該擴頻信號進行上變頻處理后通過接口模塊(3)發送至數據管理模塊(2)， 所述基帶信號處理模塊包括遙控信號收發模塊(1-3)、測距信號收發模塊(1-4)和遙測信號收發模塊(1-5)， 遙控信號收發模塊(1-3)用于接收上行通道模塊(1-1)中的遙控中頻信號，對該遙控中頻信號進行處理生成PCM信號并通過接口模塊(3)發送至數據管理模塊(2)， 測距信號收發模塊(1-4)用于捕獲并跟蹤上行通道模塊(1-1)中調制的測距幀，并對該測距幀進行擴頻調制后發送至遙測信號接收模塊， 遙測信號收發模塊(1-5)用于接收CAN總線發送的下行遙測數據信息，并對該下行遙測數據信息進行擴頻處理后與測距信號收發模塊(1-4)發送的測距幀的擴頻調制信號進行疊加，將疊加后的擴頻調制信號發送至射頻收發模塊進行BPSK調制。
4.根據權利要求3所述的具有測控及中心計算機功能的智能核心系統，其特征在于，所述數據管理模塊(2)包括至指令譯碼模塊、解密模塊和計算機模塊， 指令譯碼模塊用于從基帶數據流中對指令幀進行同步，同時對指令進行譯碼及驅動后生成直接指令，將該指令發送至執行機構，并將生成的直接指令同步后的數據發送至解密模塊和計算機模塊， 解密模塊用于接收上行明態數據，并將上行明態數據透明轉發至計算機模塊，還用于接收上行密態數據，并將上行密態數據進行解密后發送至計算機模塊，同時將指令有效標志發送至指令譯碼模塊， 計算機模塊用于接收遙控指并生成遙測參數，將生成的遙測參數通過接口模塊(3)發送至射頻通道模塊(1)。
5.根據權利要求4所述的具有測控及中心計算機功能的智能核心系統，其特征在于，所述供配電模塊(4)包括兩路供配電通道和一個仲裁模塊(4-6)，所述兩路供配電通道包括保護模塊(4-1)、射頻供配電模塊(4-2)、指令譯碼供配電模塊(4-3)、解密供配電模塊(4-4)和仲裁供配電模塊(4-5)， 保護模塊(4-1)連接外部不可控電源、射頻供配電模塊(4-2)、指令譯碼供配電模塊(4-3)、解密供配電模塊(4-4)和仲裁供配電模塊(4-5)，用于防止不同的模塊短路， 射頻供配電模塊(4-2)用于向射頻通道模塊(1)供電， 指令譯碼供配電模塊(4-3)用于向指令譯碼模塊供電， 解密供配電模塊(4-4)用于向解密模塊供電， 仲裁供配電模塊(4-5)與仲裁模塊(4-6)連接， 仲裁模塊(4-6)與計算機模塊通過接口模塊(3)實現數據交互。
6.根據權利要求5所述的具有測控及中心計算機功能的智能核心系統，其特征在于，所述仲裁模塊(4-6)包括加電模塊、斷電模塊和自主切機模塊， 加電模塊用于根據遙控指令控制計算機模塊的加電， 斷電模塊用于根據遙控指令控制計算機模塊的斷電， 自主切機模塊用于根據遙控切機狀態和看門狗狀態獲得雙機輸出使能控制信號，進而對兩個計算機模塊進行遙控切換。
7.根據權利要求6所述的具有測控及中心計算機功能的智能核心系統，其特征在于，所述接口模塊(3)包括遙控數據收發模塊和遙測數據收發模塊， 遙控數據收發模塊用于將射頻通道模塊(1)發送的遙控數據信號發送至數據管理模塊⑵， 遙測數據收發模塊用于將數據管理模塊(2)發送的遙測數據信號發送至射頻通道模塊⑴。
8.根據權利要求7所述的具有測控及中心計算機功能的智能核心系統，其特征在于，所述接口模塊(3)還用于接收應答機發送的遙測數據信號，并將所述遙測數據信號透明轉發至數據管理模塊(2)。
【文檔編號】H04B1/7073GK104467946SQ201410577984
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月24日 優先權日:2014年10月24日
【發明者】董立珉, 王峰, 陳健, 李化義, 邢雷, 李鵬飛 申請人:哈爾濱工業大學