飞卫星和分布式空间探测系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种飞卫星和分布式空间探测系统。其中，飞卫星包括：卫星基板；探测器，设置在卫星基板上，用于探测飞卫星所处环境的空间信息；通信单元，设置在卫星基板上，与探测器相连接，用于基于空间信息生成和处理通信信号；天线，集成在卫星基板上，与通信单元相连接，用于将通信信号发送至飞卫星之外的其他飞卫星。通过本发明，解决了多个飞卫星之间无法形成无线通信网络的问题，达到了实现多个飞卫星之间相互通信协同探测的效果。
【专利说明】
飞卫星和分布式空间探测系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及卫星领域，具体而言，涉及一种飞卫星和分布式空间探测系统。
【背景技术】
[0002]卫星的分类方式有很多种，其中一种是按重量来分:1吨以上的卫星称为大卫星，10kg?100kg的卫星称为小卫星，1kg?10kg的卫星称为微卫星，Ikg?1kg的卫星称为纳卫星，10g?100g的卫星称为皮卫星，10g以下的卫星称为飞卫星。飞卫星是质量小于0.1Kg的卫星系统，应用领域包括空间通信、导航、科学/探索、遥测感知、对地成像、军事侦察等。随着人类探索空间进程的推进，新的应用需求不断出现，在需要空间多点、同步测量的应用场合(如大范围空间辐射立体探测)，需要数量众多的、具有协同工作能力的空间测量平台，使用传统大卫星在成本上无法承受。由于这些空间探测任务功能上相对单一，使用微小平台也能完成。飞卫星是完成此类空间应用的理想平台。飞卫星一般成批使用，采用布撒方式使其分散于需要探测的空间环境。
[0003]然而，现有的飞卫星通信存在以下缺点:1、各卫星节点之间不能自主通信，多个节点无法形成无线通信网络，因此不能开展多点、同步协同测量工作，而多点同步测量是很多空间探测的基本条件；2、没有储能单元，由于飞卫星体积很小，无法使用传统的卫星电池进行储能，如果卫星姿态一直在翻滚，将造成卫星不能持续工作，并且会影响组网通信。
[0004]针对现有技术中多个飞卫星之间无法形成无线通信网络的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的在于提供一种飞卫星和分布式空间探测系统，以解决多个飞卫星之间无法形成无线通信网络的问题。
[0006]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种飞卫星。根据本发明的飞卫星包括:卫星基板；探测器，设置在卫星基板上，用于探测飞卫星所处环境的空间信息；通信单元，设置在卫星基板上，与探测器相连接，用于基于空间信息生成通信信号；天线，集成在卫星基板上，与通信单元相连接，用于将通信信号发送飞卫星之外的至其他飞卫星。
[0007]进一步地，通信信号为射频信号，通信单元集成有微处理器和射频组件，其中，微处理器与探测器相连接，用于对空间信息进行处理；射频组件与微处理器和天线分别相连接，用于由处理后的信息生成射频信号输出至天线。
[0008]进一步地，飞卫星还包括:星务单元，与通信单元和探测器分别相连接，用于对飞卫星的探测任务进行调度。
[0009]进一步地,星务单元集成在通信单元内。
[0010]进一步地，飞卫星还包括:太阳能电池片，用于将接收到的太阳能转化为电能；电容器，与太阳能电池片相连接，用于存储电能，在卫星姿态翻滚时实现卫星连续工作；电源单元，与电容器、通信单元和探测器分别相连接，用于将太阳电池片获得的电能和电容器存储的电能转化为通信单元和探测器所需的电能。
[0011 ] 进一步地，太阳能电池片为在卫星基板的双表面贴片的电池片。
[0012]进一步地，探测器采用MEMS传感器。
[0013]进一步地，卫星基板为印刷电路板。
[0014]为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种分布式空间探测系统。根据本发明的分布式空间探测系统包括第一飞卫星和第二飞卫星，其中，第一飞卫星为上述的飞卫星，第二飞卫星为上述的飞卫星，且第二飞卫星与第一飞卫星为处于不同空间位置的飞卫星，第一飞卫星与第二飞卫星之间通过空间自组织网络进行通信。
[0015]根据本发明，通过采用卫星基板、探测器、通信单元和天线，探测器设置在卫星基板上，用于探测飞卫星所处环境的空间信息；通信单元设置在卫星基板上，与探测器相连接，用于基于空间信息生成通信信号；天线集成在卫星基板上，与通信单元相连接，用于将通信信号发送至其他飞卫星，通过通信单元和天线使得飞卫星与其他飞卫星之间建立通信，解决了多个飞卫星之间无法形成无线通信网络的问题，达到了实现多个飞卫星之间相互通信协同探测的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0017]图1是根据本发明实施例的飞卫星的结构示意图；
[0018]图2是根据本发明实施例优选的飞卫星的结构示意图；
[0019]图3是根据本发明实施例的分布式空间探测系统的示意图；以及
[0020]图4是根据本发明实施例优选地的分布式空间探测系统的示意图。
【具体实施方式】
[0021]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0022]为了使本【技术领域】的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0023]需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0024]本发明实施例提供了一种用于空间分布式协同探测的飞卫星。
[0025]图1是根据本发明实施例的飞卫星的结构示意图。如图1所示该飞卫星包括:卫星基板101、探测器102、通信单元103和天线104。
[0026]卫星基板101可以是印刷电路板(PCB板)，以印刷电路板作为整星结构基板，同时用于星载综合电子的布线。飞卫星可以是整体采用PCB板结构，将各单元集成设置在PCB板上，从而减小飞卫星的体积。
[0027]探测器102设置在卫星基板101上，用于探测该飞卫星所处环境的空间信息。探测器102即微型探测载荷，空间信息即探测数据可以是环境温度、高能粒子、地球电磁场等信息。
[0028]通信单元103设置在卫星基板上，与探测器相连接，用于基于空间信息生成通信信号，并且实现多星之间的通信和无线组网。
[0029]通信单元103可以采用微型低功耗无线通信SoC (片上系统)芯片，在其上集成微处理器和射频组件。通过空间自组织网络实现与其他飞卫星通信以及多星之间无线网络的自主构建、自主管理、自主恢复。
[0030]其中，空间自组织网络以通信单元为硬件平台，采用自主开发的无线组网协议。可以采用以下技术手段实现:(I)网络以自组织时分多址(SOTDMA)的形式运行，将一个时间帧分为若干时隙，节点在分配的时隙内发送数据；(2)网络包含一个主节点和若干从节点，由主节点完成时隙分配；(3)网内所有节点在构成上是完全相同的，网络运行时节点通过协商确定节点的主、从状态；(4)通过主节点定期发送的控制数据包实现节点间的时间同止/J/ O
[0031 ] 具体地，通信单元103可以是通过星务单元与探测器102相连接，星务单元负责星上任务总体调度、协同测量任务的开展、星上设备的监测和管理。星务单元硬件可采用微型低功耗嵌入式芯片。若星务软件的功能较简单，硬件也可以使用通信单元S0C，即星务软件运行在SOC内的微处理器上，从而进一步减轻卫星质量。
[0032]天线104集成在卫星基板上，与通信单元相连接，用于将通信信号发送至其他飞卫星。其中，其他飞卫星为与本发明提供的飞卫星处在不同空间的飞卫星。这里的其他飞卫星可以是与本发明实施例提供的飞卫星结构相同的飞卫星。
[0033]通信单元103的天线104集成在PCB板上，通过PCB板上特定构型的走线来实现，天线部分电路板不被电池片覆盖。通过采用通信单元和天线实现飞卫星之间的通信。
[0034]根据本发明实施例，通过采用卫星基板、探测器、通信单元和天线，探测器设置在卫星基板上，用于探测飞卫星所处环境的空间信息；通信单元设置在卫星基板上，与探测器相连接，用于基于空间信息生成通信信号以实现星间通信和组网；天线集成在卫星基板上，与通信单元相连接，用于将通信信号发送至其他飞卫星，通过通信单元和天线使得飞卫星与其他飞卫星之间建立通信，解决了多个飞卫星之间无法形成无线通信网络的问题，达到了实现多个飞卫星之间相互通信协同探测的效果。
[0035]另外，以SOTDMA(自组织时分多址，Self-Organized Time Divis1n MultipleAccress)方式实现自组织网络功能。为实现多点协同测量，飞卫星之间需要能够完成信息交互的无线通信网络。通过无线自组织网络完成飞卫星之间的通信，实现多星的协同测量。网络无需地面干预，飞卫星之间自主协商建立，可实现多跳通信。
[0036]优选地，通信信号为射频信号，通信单元集成有微处理器和射频组件，其中，微处理器与探测器相连接，用于对空间信息进行处理；射频组件与微处理器和天线分别相连接，用于由处理后的信息生成射频信号输出至天线。通过在通信单元上集成微处理器和射频组件，实现星间通信和无线组网。通过上述自主组网协议，实现多星之间无线网络的自主构建、自主管理、自主恢复。
[0037]如图2所示，飞卫星还包括:星务单元，与通信单元和探测器分别相连接，用于对飞卫星的探测任务进行调度。星务单元负责星上任务总体调度、协同测量任务的开展、星上设备的监测和管理。硬件可采用微型低功耗嵌入式芯片。若星务软件的功能较简单，硬件也可以使用通信单元，即星务软件运行在SoC内的微处理器上，从而进一步减轻卫星质量。
[0038]优选地,星务单元集成在通信单元上。
[0039]优选地，飞卫星还包括:太阳能电池片，用于将接收到的太阳能转化为电能；电容器，与太阳能电池片相连接，用于存储电能；电源单元，与电容器、通信单元和探测器分别相连接，用于将存储的电能转化为电容器、通信单元和探测器所需的电能。
[0040]电源单元用于对存储在电容器中的电能的电压进行转化，将太阳电池片输出的电压转换为星上电子需要的电压范围。电容器在光照期存储电能，在卫星姿态不稳定的时候维持卫星的正常工作。采用电容器作为储能单元，在卫星姿态翻滚时也能保证连续工作。
[0041]优选地，太阳能电池片为在卫星基板的双表面贴片的电池片。采用双表面贴太阳电池片，在光照期为卫星提供能源。
[0042]优选地，探测器采用MEMS传感器。采用MEMS传感器探测卫星的姿态、地球电磁场等信息。载荷与星务软件之间通过数据总线(如UART、SP1、I2C等)进行通信。采用MEMS传感器可以降低飞卫星的体积、质量、功耗。
[0043]优选地，卫星基板为印刷电路板。采用印刷电路板作为卫星基板，其他部组件直接焊接在基板上。印刷电路板一方面作为电路的承载体，另一方面作为整星结构的支撑基板，通过功能复用减轻整星重量。
[0044]下面结合图2对本发明实施例进行详细描述。
[0045]如图2所示，星务单元负责星上任务总体调度、协同测量任务的开展、星上设备的监测和管理，星务单元向探测器发送控制指令，用以控制该探测器进行控件探测。探测器将探测数据返回给星务单元，星务单元与通信单元建立通信，星务单元以通信数据的形式将探测数据发送至通信单元，通行单元将该探测数据转化成射频信号，通过微型天线发送至其他飞卫星，实现飞卫星之间的信息交互。
[0046]在卫星基板上设置有太阳电池片，用于将接收到的太阳能转化为电能，并存储在电容器中。电源单元将太阳电池片输出的电能和存储在电容器中的电能转化为各单元所需的电能，通过电源母线与探测器、星务单元、通信单元等相连接，并向其供电。
[0047]本发明实施例提供了一种分布式空间探测系统。
[0048]图3是根据本发明实施例的分布式空间探测系统的示意图。如图3所示，该分布式空间探测系统包括第一飞卫星10和第二飞卫星20，其中，第一飞卫星10和第二飞卫星20均为上述实施例提供的飞卫星，且第二飞卫星20与第一飞卫星10为处于不同空间位置的飞卫星，第一飞卫星10与第二飞卫星20之间通过空间自组织网络进行通信。
[0049]这里的飞卫星为本发明上述实施例中提供的飞卫星，通过上述自主组网协议以SOTDMA(自组织时分多址，Self-Organized Time Divis1n Multiple Accress)方式实现自组织网络功能。为实现多点协同测量，飞卫星之间需要能够完成信息交互的无线通信网络。通过无线自组织网络完成飞卫星之间的通信。网络无需地面干预，飞卫星之间自主协商建立，可实现多跳通信。
[0050]需要说明的是，本发明实施例的分布式空间探测系统可以包括多个飞卫星，并不仅限定于第一飞卫星和第二飞卫星两个卫星。
[0051]如图4所示，本发明实施例的分布式空间探测系统还可以包括第三飞卫星30和第四飞卫星40，其中，第一飞卫星10、第二飞卫星20、第三飞卫星30和第四飞卫星40等四个飞卫星相互之间均可以进行通信，实现数据交互。
[0052]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种飞卫星，其特征在于，包括: 卫星基板； 探测器，设置在所述卫星基板上，用于探测飞卫星所处环境的空间信息； 通信单元，设置在所述卫星基板上，与所述探测器相连接，用于基于所述空间信息生成通信信号；以及 天线，集成在所述卫星基板上，与所述通信单元相连接，用于将所述通信信号发送至所述飞卫星之外的其他飞卫星。
2.根据权利要求1的所述飞卫星，其特征在于，所述通信信号为射频信号，所述通信单元集成有微处理器和射频组件，其中， 所述微处理器与所述探测器相连接，用于对所述空间信息进行处理； 所述射频组件与所述微处理器和所述天线分别相连接，用于由处理后的信息生成射频信号输出至所述天线。
3.根据权利要求1的所述飞卫星，其特征在于，所述飞卫星还包括: 星务单元，与所述通信单元和所述探测器分别相连接，用于对所述飞卫星的探测任务进行调度。
4.根据权利要求3的所述飞卫星，其特征在于，所述星务单元集成在所述通信单元内。
5.根据权利要求1的所述飞卫星，其特征在于，所述飞卫星还包括: 太阳能电池片，用于将接收到的太阳能转化为电能； 电容器，与所述太阳能电池片相连接，用于存储所述电能； 电源单元，与所述电容器、所述通信单元和所述探测器分别相连接，用于将存储的电能转化为所述电容器、所述通信单元和所述探测器所需的电能。
6.根据权利要求5的所述飞卫星，其特征在于，所述太阳能电池片为在所述卫星基板的双表面贴片的电池片。
7.根据权利要求1的所述飞卫星，其特征在于，所述探测器采用MEMS传感器。
8.根据权利要求1的所述飞卫星，其特征在于，所述卫星基板为印刷电路板。
9.一种分布式空间探测系统，其特征在于，包括第一飞卫星和第二飞卫星，其中， 所述第一飞卫星为权利要求1至8中任一项所述的飞卫星， 所述第二飞卫星为权利要求1至8中任一项所述的飞卫星，且所述第二飞卫星与所述第一飞卫星为处于不同空间位置的飞卫星，所述第一飞卫星与所述第二飞卫星之间通过空间自组织网络进行通信。
【文档编号】H04W84/18GK104135322SQ201410376577
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】杨磊, 陈小前, 宋新, 赵勇, 绳涛, 陈利虎, 白玉铸 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学