具有测控及中心计算机功能的智能核心系统的制作方法
【专利摘要】具有测控及中心计算机功能的智能核心系统，涉及快速航天器平台设计领域。解决了小卫星综合电子系统中，测控应答机及中心计算机存在体积大、重量重和功能密度低的问题。具有测控及中心计算机功能的智能核心系统包括两个数据传输处理系统、接口模块和供配电模块，每个数据传输处理系统包括射频通道模块和数据管理模块，所述射频通道模块用于接收射频信号，并对接收到的射频信号进行处理生成基带数据流，实现射频信号与基带数据之间的转换，数据管理模块用于根据射频信号遥控遥测终端及计算机，射频通道模块与数据管理模块通过接口模块实现数据交互，供配电模块用于向射频通道模块和数据管理模块发送加电指令或断电指令。本发明适用于小卫星系统通信。
【专利说明】具有测控及中心计算机功能的智能核心系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及快速航天器平台设计领域。
【背景技术】
[0002]为应对未来空间技术发展需要，同时考虑到国际环境复杂多变，我国对小卫星进行了相关的概念和内涵展开研宄，并逐步确立了一条以“快速”、“智能”、“廉价”为准则的有中国特色的小卫星发展之路。综合电子系统负责完成卫星的信息采集、星内/星地交互、处理和应用，是卫星的电气总体级分系统。在小卫星的综合电子系统中，其他的单机部件均可以采用灵活多变的设计，但测控应答机及中心计算机是任何综合电子系统的核心，是电子系统中不可或缺的最小公约数。保证了测控应答机及中心计算机的灵活及可靠设计，就可以在此基础上进行可重构功能单元及标准化单机的扩展，进而快速构建小卫星综合电子系统。
【发明内容】
[0003]本发明为了解决目前小卫星综合电子系统中，测控应答机及中心计算机存在体积大、重量重和功能密度低的问题，提出了具有测控及中心计算机功能的智能核心系统。
[0004]具有测控及中心计算机功能的智能核心系统包括两个数据传输处理系统、接口模块和供配电模块，每个数据传输处理系统包括射频通道模块和数据管理模块，
[0005]所述射频通道模块用于接收射频信号，并对接收到的射频信号进行处理生成基带数据流，实现射频信号与基带数据之间的转换，
[0006]数据管理模块用于根据射频信号遥控遥测终端及计算机，
[0007]射频通道模块与数据管理模块通过接口模块实现数据交互，
[0008]供配电模块用于向射频通道模块和数据管理模块发送加电指令或断电指令。
[0009]有益效果:本发明提出的具有测控及中心计算机功能的智能核心系统提取了传统的测控系统和中心计算机的最小公倍数，兼顾测控系统和中心计算机的可靠性，具备标准接口，利于快速集成及快速测试，负责完成卫星数据处理、遥测遥控数据传输并配合地面站完成对卫星的跟踪、测距、定轨等。本发明适用于高可靠、高功能密度的小卫星电子系统设计领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为【具体实施方式】一所述的具有测控及中心计算机功能的智能核心系统的原理图；
[0011]图2为【具体实施方式】三所述的射频通道模块I的原理图；
[0012]图3为【具体实施方式】五所述的供配电模块4的原理图。
【具体实施方式】
[0013]【具体实施方式】一、结合图1说明本【具体实施方式】，本【具体实施方式】所述的具有测控及中心计算机功能的智能核心系统包括两个数据传输处理系统、接口模块3和供配电模块4，每个数据传输处理系统包括射频通道模块I和数据管理模块2，
[0014]所述射频通道模块I用于接收射频信号，并对接收到的射频信号进行处理生成基带数据流，实现射频信号与基带数据之间的转换，
[0015]数据管理模块2用于根据射频信号遥控遥测终端及计算机，
[0016]射频通道模块I与数据管理模块2通过接口模块3实现数据交互，
[0017]供配电模块用于向射频通道模块I和数据管理模块2发送加电指令或断电指令。
[0018]本实施方式中，射频通道模块I体制可以为USB体制，也可以为扩频体制，仅需满足系统内部接口即可实现不同测控制式系统的灵活替换。
[0019]【具体实施方式】二、本【具体实施方式】与【具体实施方式】一所述的具有测控及中心计算机功能的智能核心系统的区别在于，所述射频通道模块I和数据管理模块2均采用板卡形式实现。
[0020]本实施方式中，将射频通道模块I和数据管理模块2均设计为板卡形式，接口均为标准的PCM接口。
[0021]【具体实施方式】三、结合图2说明本【具体实施方式】，本【具体实施方式】与【具体实施方式】二所述的具有测控及中心计算机功能的智能核心系统的区别在于，所述射频通道模块I包括射频收发模块和基带信号处理模块，
[0022]所述射频收发模块包括上行通道模块1-1、本振收发模块和下行通道模块1-2，
[0023]上行通道模块1-1用于接收地面站发送的射频信号，并将该射频信号进行下变频处理后发送至基带信号处理模块，
[0024]本振收发模块用于产生时钟信号，所述时钟信号作为射频通道模块I的参考信号，
[0025]下行通道模块1-2用于接收基带信号处理模块发送的扩频信号，并将该扩频信号进行上变频处理后通过接口模块3发送至数据管理模块2，
[0026]所述基带信号处理模块包括遥控信号收发模块1-3、测距信号收发模块1-4和遥测信号收发模块1-5，
[0027]遥控信号收发模块1-3用于接收上行通道模块1-1中的遥控中频信号，对该遥控中频信号进行处理生成PCM信号并通过接口模块3发送至数据管理模块2，
[0028]测距信号收发模块1-4用于捕获并跟踪上行通道模块1-1中调制的测距帧，并对该测距帧进行扩频调制后发送至遥测信号接收模块，
[0029]遥测信号收发模块1-5用于接收CAN总线发送的下行遥测数据信息，并对该下行遥测数据信息进行扩频处理后与测距信号收发模块1-4发送的测距帧的扩频调制信号进行叠加，将叠加后的扩频调制信号发送至射频收发模块进行BPSK调制。
[0030]【具体实施方式】四、本【具体实施方式】与【具体实施方式】三所述的具有测控及中心计算机功能的智能核心系统的区别在于，所述数据管理模块2包括至指令译码模块、解密模块和计算机模块，
[0031]指令译码模块用于从基带数据流中对指令帧进行同步，同时对指令进行译码及驱动后生成直接指令，将该指令发送至执行机构，并将生成的直接指令同步后的数据发送至解密模块和计算机模块，
[0032]解密模块用于接收上行明态数据，并将上行明态数据透明转发至计算机模块，还用于接收上行密态数据，并将上行密态数据进行解密后发送至计算机模块，同时将指令有效标志发送至指令译码模块，
[0033]计算机模块用于接收遥控指并生成遥测参数，将生成的遥测参数通过接口模块3发送至射频通道模块I。
[0034]本实施方式中，计算机模块为遥测、遥控及数据管理的核心，接收遥控指令并执行，生成遥测参数，通过接口模块发送至射频通道模块1，同时完成中心计算机的星务管理功能，并可通过接口模块采集系统内部的遥测参数并对内部进行控制，数据管理模块2整合了测控终端及中心计算机的功能，大大提高了系统的功能密度，接口模块及供配电模块输出的遥控PCM信号及门控信号，并对遥控指令进行数字签名的验证或对注入数据进行解密和签名验证，同时将解密后的遥控PCM信号发送至指令译码模块或计算机模块，由指令译码模块进行指令译码送执行机构，或由计算机模块进行译码后通过总线送执行机构或在系统内部执行，数据管理模块2还生成遥测数据，通过标准的PCM接口发送至接口模块后调制发射。
[0035]【具体实施方式】五、结合图3说明本【具体实施方式】，本【具体实施方式】与【具体实施方式】四所述的具有测控及中心计算机功能的智能核心系统的区别在于，所述供配电模块4包括两路供配电通道和一个仲裁模块4-6，所述两路供配电通道包括保护模块4-1、射频供配电模块4-2、指令译码供配电模块4-3、解密供配电模块4-4和仲裁供配电模块4-5，
[0036]保护模块4-1连接外部不可控电源、射频供配电模块4-2、指令译码供配电模块4-3、解密供配电模块4-4和仲裁供配电模块4-5，用于防止不同的模块短路，
[0037]射频供配电模块4-2用于向射频通道模块I供电，
[0038]指令译码供配电模块4-3用于向指令译码模块供电，
[0039]解密供配电模块4-4用于向解密模块供电，
[0040]仲裁供配电模块4-5与仲裁模块4-6连接，
[0041 ]仲裁模块4-6与计算机模块通过接口模块3实现数据交互。
[0042]本实施方式中，供配电模块4采用分离元器件搭建，具有较高的可靠性，供配电模块4由PCDU直接提供两路不可控28V电源，保护模块4-1中含有保险丝盒防浪涌电路，对28V电源经保护模块4-1后再发送至射频供配电模块4-2、指令译码供配电模块4-3、解密供配电模块4-4和仲裁供配电模块4-5，从而实现对各个模块供电，同时也防止不同的模块短路影响整个系统的信号输出。
[0043]射频供配电模块4-2包括一路不可控供电、一路来自指令译码模块的接收机加电/断电指令和一路发射机加电/断电指令，若射频通道模块4-2为扩频应答机，则加电指令及断电指令有效；若射频通道模块4-2为USB应答机，则加电指令及断电指令在应答机板卡上接至空点，指令无效。
[0044]指令译码供配电模块4-3的输入为不可控电源，卫星加电后进行常加电，不再进行断电。
[0045]解密供配电模块4-4的输入为不可控电源，由其内部进行加断电控制，可通过指令或定时器超时进行控制。
[0046]【具体实施方式】六、本【具体实施方式】与【具体实施方式】五所述的具有测控及中心计算机功能的智能核心系统的区别在于，所述仲裁模块4-6包括加电模块、断电模块和自主切机模块，
[0047]加电模块用于根据指令控制计算机模块的加电，
[0048]断电模块用于根据指令控制计算机模块的断电，
[0049]自主切机模块用于根据遥控切机状态和看门狗状态获得双机输出使能控制信号，进而对两个计算机模块进行遥控切换。
[0050]本实施方式中，遥控指令为:计算机A加电、计算机A断电、计算机B加电、计算机B断电、遥控切A机和遥控切B机，实现自主切机使能和自主切机禁止功能，指令形式为OC形式。
[0051]【具体实施方式】七、本【具体实施方式】与【具体实施方式】六所述的具有测控及中心计算机功能的智能核心系统的区别在于，所述接口模块3包括遥控数据收发模块和遥测数据收发模块，
[0052]遥控数据收发模块用于将射频通道模块I发送的遥控数据信号发送至数据管理丰旲块2，
[0053]遥测数据收发模块用于将数据管理模块2发送的遥测数据信号发送至射频通道丰旲块I。
[0054]【具体实施方式】八、本【具体实施方式】与【具体实施方式】七所述的具有测控及中心计算机功能的智能核心系统的区别在于，所述接口模块3还用于接收应答机发送的遥测数据信号，并将所述遥测数据信号透明转发至数据管理模块2。
【权利要求】
1.具有测控及中心计算机功能的智能核心系统，其特征在于，它包括两个数据传输处理系统、接口模块(3)和供配电模块(4)，每个数据传输处理系统包括射频通道模块(1)和数据管理模块(2)， 所述射频通道模块(1)用于接收射频信号，并对接收到的射频信号进行处理生成基带数据流，实现射频信号与基带数据之间的转换， 数据管理模块(2)用于根据射频信号遥控遥测终端及计算机， 射频通道模块(1)与数据管理模块(2)通过接口模块(3)实现数据交互， 供配电模块用于向射频通道模块(1)和数据管理模块(2)发送加电指令或断电指令。
2.根据权利要求1所述的具有测控及中心计算机功能的智能核心系统，其特征在于，所述射频通道模块(1)和数据管理模块(2)均采用板卡形式实现。
3.根据权利要求2所述的具有测控及中心计算机功能的智能核心系统，其特征在于，所述射频通道模块(1)包括射频收发模块和基带信号处理模块， 所述射频收发模块包括上行通道模块(1-1)、本振收发模块和下行通道模块(1-2)，上行通道模块(1-1)用于接收地面站发送的射频信号，并将该射频信号进行下变频处理后发送至基带信号处理模块， 本振收发模块用于产生时钟信号，所述时钟信号作为射频通道模块(1)的参考信号，下行通道模块(1-2)用于接收基带信号处理模块发送的扩频信号，并将该扩频信号进行上变频处理后通过接口模块(3)发送至数据管理模块(2)， 所述基带信号处理模块包括遥控信号收发模块(1-3)、测距信号收发模块(1-4)和遥测信号收发模块(1-5)， 遥控信号收发模块(1-3)用于接收上行通道模块(1-1)中的遥控中频信号，对该遥控中频信号进行处理生成PCM信号并通过接口模块(3)发送至数据管理模块(2)， 测距信号收发模块(1-4)用于捕获并跟踪上行通道模块(1-1)中调制的测距帧，并对该测距帧进行扩频调制后发送至遥测信号接收模块， 遥测信号收发模块(1-5)用于接收CAN总线发送的下行遥测数据信息，并对该下行遥测数据信息进行扩频处理后与测距信号收发模块(1-4)发送的测距帧的扩频调制信号进行叠加，将叠加后的扩频调制信号发送至射频收发模块进行BPSK调制。
4.根据权利要求3所述的具有测控及中心计算机功能的智能核心系统，其特征在于，所述数据管理模块(2)包括至指令译码模块、解密模块和计算机模块， 指令译码模块用于从基带数据流中对指令帧进行同步，同时对指令进行译码及驱动后生成直接指令，将该指令发送至执行机构，并将生成的直接指令同步后的数据发送至解密模块和计算机模块， 解密模块用于接收上行明态数据，并将上行明态数据透明转发至计算机模块，还用于接收上行密态数据，并将上行密态数据进行解密后发送至计算机模块，同时将指令有效标志发送至指令译码模块， 计算机模块用于接收遥控指并生成遥测参数，将生成的遥测参数通过接口模块(3)发送至射频通道模块(1)。
5.根据权利要求4所述的具有测控及中心计算机功能的智能核心系统，其特征在于，所述供配电模块(4)包括两路供配电通道和一个仲裁模块(4-6)，所述两路供配电通道包括保护模块(4-1)、射频供配电模块(4-2)、指令译码供配电模块(4-3)、解密供配电模块(4-4)和仲裁供配电模块(4-5)， 保护模块(4-1)连接外部不可控电源、射频供配电模块(4-2)、指令译码供配电模块(4-3)、解密供配电模块(4-4)和仲裁供配电模块(4-5)，用于防止不同的模块短路， 射频供配电模块(4-2)用于向射频通道模块(1)供电， 指令译码供配电模块(4-3)用于向指令译码模块供电， 解密供配电模块(4-4)用于向解密模块供电， 仲裁供配电模块(4-5)与仲裁模块(4-6)连接， 仲裁模块(4-6)与计算机模块通过接口模块(3)实现数据交互。
6.根据权利要求5所述的具有测控及中心计算机功能的智能核心系统，其特征在于，所述仲裁模块(4-6)包括加电模块、断电模块和自主切机模块， 加电模块用于根据遥控指令控制计算机模块的加电， 断电模块用于根据遥控指令控制计算机模块的断电， 自主切机模块用于根据遥控切机状态和看门狗状态获得双机输出使能控制信号，进而对两个计算机模块进行遥控切换。
7.根据权利要求6所述的具有测控及中心计算机功能的智能核心系统，其特征在于，所述接口模块(3)包括遥控数据收发模块和遥测数据收发模块， 遥控数据收发模块用于将射频通道模块(1)发送的遥控数据信号发送至数据管理模块⑵， 遥测数据收发模块用于将数据管理模块(2)发送的遥测数据信号发送至射频通道模块⑴。
8.根据权利要求7所述的具有测控及中心计算机功能的智能核心系统，其特征在于，所述接口模块(3)还用于接收应答机发送的遥测数据信号，并将所述遥测数据信号透明转发至数据管理模块(2)。
【文档编号】H04B1/7073GK104467946SQ201410577984
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】董立珉, 王峰, 陈健, 李化义, 邢雷, 李鹏飞 申请人:哈尔滨工业大学