一种基于VPX架构的机载双频段多功能卫星通信系统的制作方法

一种基于vpx架构的机载双频段多功能卫星通信系统
技术领域
1.本实用新型涉及到卫星通信技术领域，特别涉及一种基于vpx 架构的机载双频段多功能卫星通信系统。


背景技术：

2.卫星通信具有通信体制多、通信业务复杂等特点，现有卫星通信装置往往支持单一的通信体制和通信业务，各种通信体制的通信装置之间具有兼容性差、重复度高、接口不匹配、可靠性低、体积大等缺点。
3.现阶段卫星通信设备被广泛的应用到海陆空等各种应用环境中。相对于地面和船上应用环境，航空机载应用环境颇为苛刻。受到机上安装空间狭窄、航空接口种类众多、传输数据协议复杂等种种要求限制，对机载卫通设备往往有更高的要求。考虑链路可靠性，卫通链路在进行设计时往往包含多种体制。在以往的设计经验中，不同的卫通体制需要不同的设备来实现，这就导致了卫通链路相关设备众多、接线关系复杂、操作流程繁杂等问题。同时，考虑机载的应用环境，安装卫通设备的空间往往较为紧促，过多数量的设备大大的限制了卫通设备在航空环境的应用。
4.基于以上分析，设计和实现一种小型化、多体制的高集成度的机载卫通设备是当前的迫切需求。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提出一种基于vpx架构的机载双频段多功能卫星通信系统。本系统具有可靠性强，集成度高，易于扩展和使用方便的优点。
6.为了实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：
7.一种基于vpx架构的机载双频段多功能卫星通信系统，包括主控及业务模块、第一ku信道模块、s信道模块和中频及时钟模块；
8.所述主控及业务模块的第八引脚与s信道模块的第二引脚连接，用于传输业务ip数据；所述主控及业务模块的第九引脚分别连接第一ku信道模块的第二引脚和s信道模块的第三引脚，用于传输rs485 监控总线数据；所述主控及业务模块的第十引脚与中频及时钟模块的第九引脚连接，用于传输spi时钟频偏控制数据；所述主控及业务模块的第十一引脚与第一ku信道模块的第一引脚连接，用于传输 lvds同步数据；
9.所述中频及时钟模块的第三引脚和第一ku信道模块的第五引脚连接，中频及时钟模块的第七引脚和s信道模块的第五引脚连接，两者均用于传输基带信号；所述中频及时钟模块的第四引脚与第一 ku信道模块的第四引脚连接，用于传输100m参考时钟信号。
10.进一步的，还包括母板模块，
11.所述中频及时钟模块的第一引脚和母板模块的中频收接口连接，中频及时钟模块的第二引脚与母板模块的中频发接口连接，中频及时钟模块的第五引脚和母板模块的中频测试接口连接；
12.所述主控及业务模块的第一引脚与母板模块的舱外监控接口连接，主控及业务模块的第二引脚与母板模块的站控ip接口连接，主控及业务模块的第三引脚与母板模块的ku业务多模光纤接口连接，主控及业务模块的第四引脚与母板模块的s业务多模光纤接口连接，主控及业务模块的第五引脚与母板模块的惯导接口连接，主控及业务模块的第六引脚与母板模块的调试接口连接；
13.所述s信道模块的第一引脚与母板模块的s话音接口连接。
14.进一步的，还包括第二ku信道模块，所述第二ku信道模块的第三引脚和主控及业务模块的第七引脚连接，第二ku信道模块的第二引脚和主控及业务模块的第九引脚连接，用于传输rs485监控总线数据；所述第二ku信道模块的第一引脚和主控及业务模块的第十二引脚连接，用于传输lvds同步数据；所述第二ku信道模块的第四引脚和中频及时钟模块的第八引脚连接，用于传输基带信号；第二ku信道模块的第五引脚和中频及时钟模块的第六引脚连接，用于传输100m参考时钟信号。
15.进一步的，所述主控及业务模块包括第一光电转换子模块、第二光电转换子模块、ip转同步子模块、监控信息解析子模块、舱外监控子模块、信道监控子模块、时钟管理子模块、时间b码解析子模块、健康管理子模块和风扇控制子模块；
16.所述监控信息解析子模块的第一引脚与外部站控ip信息连接，用于接收来自站控计算机的控制信息；监控信息解析子模块的第二引脚与时间b码解析子模块的第二引脚连接，用于传输b码授时时间并通过监控信息解析子模块上报给站控；监控信息解析子模块的第三引脚与时钟管理子模块的第一引脚连接，用于传输发送时钟偏调整信息；监控信息解析子模块的第四引脚与信道监控子模块的第一引脚连接，用于传输ku信道和s信道的监控信息；监控信息解析子模块的第五引脚与舱外监控模块连接，用于传输舱外设备的监控信息；监控信息解析子模块的第六引脚与健康管理模块的第二引脚连接，用于传输健康管理上报信息；
17.第一光电转换子模块的第一引脚与外部的ku业务光纤数据连接，用于接收ku业务信息，第一光电转换模块的第二引脚与ip转同步子模块的第一引脚连接，传输ku业务ip数据；
18.第二光电转换模块的第一脚与外部的s业务光纤数据连接，用于接收s业务信息，第二光电转换模块的第二引脚用于发送是s业务ip数据；
19.健康管理子模块的第一引脚与第一ku信道模块、s信道模块和中频及时钟模块的i2c健康管理数据口连接；健康管理子模块的第二引脚与监控信息解析子模块的第六引脚连接，健康管理子模块的第三引脚与风扇控制子模块的第一引脚连接；
20.时间b码解析子模块的第一引脚与外部的惯导时间信息接口连接，接收外部授时信息，时间b码解析子模块的第二引脚与监控信息解析模块的第二引脚连接，用于上报授时信息。
21.进一步的，所述中频及时钟模块包括时钟源子模块、功分器子模块、分路器子模块和合路器子模块；
22.所述时钟源子模块的第一引脚与第一ku信道模块连接，用于传输100m参考时钟；时钟源子模块的第三引脚和第四引脚分别与功分器子模块的第十引脚和第十一脚连接，用于传输收发馈钟信号；
23.功分器子模块的第一引脚与外部的收中频接口连接，功分器子模块的第二引脚与第一ku信道模块连接，用于接收第一ku信道模块发送的l频段中频信号，功分器子模块的第四引脚与s信道模块连接，用于接收s信道模块发送的中频信号，功分器子模块的第七引脚与s信道模块连接，用于传输终端接收到中频信号给s信道模块，功分器子模块的第九引脚与第一ku信道模块连接，用于向第一 ku信道模块传输终端接收到的中频信号；
24.分路器子模块的第一引脚与功分器子模块的的第五引脚连接，分路器子模块的第二引脚与合路器子模块的第二引脚连接，分路器子模块的第三引脚与外部的发中频接口连接，用于将功分器子模块的发中频信号分成两路，一路给合路器子模块，一路发送到外部；
25.合路器子模块的第一引脚与功分器子模块的第六引脚连接，合路器子模块的第二引脚与分路器子模块的第二引脚连接，合路器子模块的第三引脚与外部中频测试接口连接，用于将功分器模块出来的测试收中频信号和分路器出来的发中频信号合成一路发送到外部。
26.本实用新型采取上述技术方案所产生的有益效果在于：
27.1、本实用新型采用标准rs485控制总线，通过主控及业务模块接收外部ip管理数据，并对各个槽位模块进行统一配置管理。对外接收两路多模光纤数据，可将网络ip业务数据转换成同步数据，通过信道进行传输，具有标准化、通用化、高度集成化的特点。
28.2、本实用新型包含两种信道传输模式：ku频段信道和s频段信道。两种信道都可以传输包含数据、视频、话音等多种类型业务。同时，两种信道对外业务接口相互独立，可以互为备份，在丰富了接口类型的同时，也大大提高了系统工作的可靠性和稳定性。
29.3、本实用新型内包含两路ku信道模块。两路ku信道模块采用热备份方式，通过软件自动控制两路信道模块的切换。两路信道同时接收外部的中频l波段信号，当一路ku信道模块发生故障后，能够自动切换至另一路ku信道模块。大大提高了设备的可靠性和稳定性。
30.4、本实用新型具有完备的健康管理功能，终端内每个模块都具有健康管理功能。各模块自主收集健康状态信息，通过i2c总线将健康信息上报给主控和业务处理模块进行汇总和处理，并发送给外部监控显示。健康管理信息涵盖各模块温度、供电电压电流、软硬件版本号、工作状态等多种状态信息。
附图说明
31.图1是本实用新型实施例的电路原理图。
32.图2是图1中主控及业务模块的电路原理图。
33.图3是图1中中频及时钟模块的电路原理图。
具体实施方式
34.下面，结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。
35.一种基于vpx架构的机载双频段多功能卫星通信装置，其特征在于，包括母板模块以及与母板模块相连的电源模块、主控及业务模块、ku信道模块1、ku信道模块2、s信道模块、中频及时钟模块，所述母板模块用于实现各模块间的总线传输和高速数据互联，并提供对外接口；装置内ku信道与s信道相互独立，可以同时提供两种频段的卫星通信业务。其中，两路ku信道模块采用热备份处理，通过软件自动控制两路信道模块的切换。装置还具有完
备的健康管理功能，终端内每个模块都具有健康管理功能。各模块自主收集健康状态信息，通过i2c总线将健康信息上报给主控和业务处理模块进行汇总和处理，并发送给外部监控显示。
36.主控及业务模块为终端内的主要处理单元，提供整个终端的对外接口和信息处理功能。将外部网口接收到的ip控制数据进行解析和处理，提取出终端内各个模块的控制信息，通过rs485总线对其他模块进行控制。同时，收集其他模块的工作状态，组帧后发送给终端外上报给上位机；另外，主控及业务模块接收终端外的两路光信号，经过ip转hdlc协议转换，转变成同步信号发送给信道模块。
37.ku信道模块的主要功能为调制和解调。其中调制功能将由主控及业务单元接收到的同步数据进行编码、调制、信道组帧和ad变换等，转换成c频段射频信号进行输出；解调功能将终端接收到的c频段射频信号经过ad变换、同步、解调、解码等转换为同步数据输出给主控及业务单元。
38.s信道模块的功能为s频段的业务处理功能。处理终端外部接入的二线制话音和ip网络数据，进行数据的调制解调、控制终端的入退网、话音at信令处理和分组业务激活和转发功能。
39.中频及时钟模块包括时钟源模块和分合路器模块，为终端内其他模块和射频输入输出口提供稳定可靠的100m时钟，同时将终端内两路ku信道单元和一路s信道单元的射频发送合路成一路射频信号，通过射频线缆输出到终端外部，并且将终端外部接收到的射频信号分成三路传输给两路ku信道单元和一路s信道单元。
40.电源模块接收终端外部输入的28v直流电源并且进行dc/dc变换，转换为12v和5v直流电压输出，通过母板提供给终端内其他模块。
41.母板模块提供终端内各个模块的安装固定和信号互联功能。终端内各个模块通过vpx接插件与母板模块相连，终端内各个模块的互联信号通过母板模块进行转接。同时各个模块的输出信号也通过线缆输出到终端外部接插件上。
42.其中，中频模块的1脚通过母板模块与外部中频收接口连接，2 脚通过母板模块与外部中频发接口连接，中频模块的5脚通过母板模块与外部中频测试接口连接；
43.主控及业务模块的1脚通过母板模块与外部舱外监控接口连接， 2脚通过母板模块与外部站控ip接口连接，3脚通过母板模块与外部ku业务多模光纤接口连接，4脚通过母板模块与外部s业务多模光纤接口连接，5脚通过母板模块与外部惯导接口连接，6脚通过母板模块与外部调试接口连接；
44.s信道模块的1脚通过母板模块与外部s话音接口连接。
45.所述电源模块的1脚输出正12伏电压，2脚输出正5伏电压，3 脚输出正3.3伏电压，3脚、4脚和5脚分别与各槽位的电源端连接；电源模块的5脚与外部电源接口连接，接收外部直流28v供电；
46.所述主控及业务模块的7脚分别与电源模块的4脚、ku信道模块1的3脚、ku信道模块2的3脚、s信道模块的4脚以及中频及时钟模块的10脚连接，并传输i2c健康管理数据；
47.所述主控及业务模块的8脚与s信道模块的2脚连接，并传输业务ip数据；
48.所述主控及业务模块的9脚分别与ku信道模块1的2脚、ku 信道模块2的2脚以及s信道模块的3脚连接，并传输rs485监控总线数据；
49.所述主控及业务模块的10脚与中频及时钟模块的9脚连接，并传输spi时钟控制数据；
50.所述主控及业务模块的11脚与ku信道模块1的1脚连接，12 脚与ku信道模块2的1脚连接，并分别传输lvds同步数据；
51.所述中频及时钟模块的3脚与ku信道模块1的5脚连接，8脚与ku信道模块2的4脚连接，7脚与s信道模块的5脚连接，并分别传输基带信号；
52.所述中频及时钟模块的4脚与ku信道模块1的4脚连接，6脚与ku信道模块2的5脚连接，并分别传输100m参考时钟信号。
53.所述主控及业务模块由光电转换模块1、光电转换模块2、ip 转同步模块、监控信息解析模块、舱外监控模块、信道监控模块、时钟管理模块、时间b码解析模块、健康管理模块和风扇控制模块组成；
54.其中，监控信息解析模块的1脚与外部站控ip信息连接，接收来自站控计算机的控制信息，2脚与时间b码解析模块连接，接收b 码授时时间上报给站控，3脚与时钟管理模块的1脚连接，发送时钟频偏调整信息，4脚与信道监控模块的1脚连接，发送和接收两路ku信道和一路s信道模块的监控信息，5脚与舱外监控模块连接，传输舱外设备的监控信息，6脚与健康管理模块的2脚连接，接收健康管理上报信息。
55.光电转换模块1的1脚与外部ku业务光纤数据连接，接收ku 业务信息，2脚与ip转同步模块的1脚连接，发送ku业务ip数据。
56.光电转换模块2的1脚与外部s业务光纤数据连接，接收s业务信息，2脚发送s业务ip数据。
57.健康管理模块的1脚与其他模块的i2c健康管理数据口连接，2 脚与监控解析模块的6脚连接，3脚与风扇控制模块的1脚连接。
58.时间b码解析模块的1脚与外部惯导时间信息接口连接，接收外部授时信息，2脚与监控解析模块的2脚连接，上报授时信息。
59.所述中频及时钟模块由时钟源模块、功分器模块、分路器模块、合路器模块和健康管理模块组成。
60.其中，时钟源模块的1脚和2脚分别与ku信道模块1和ku信道模块2连接，传输100m参考时钟，3脚和4脚分别与功分器模块的10脚和11脚连接，传输收发馈钟信号；
61.功分器模块的1脚与外部收中频接口a连接，2脚与ku信道模块1连接，接收ku信道模块1发送的l频段中频信号，3脚与ku 信道模块2连接，接收ku信道模块2发送的l频段中频信号，4脚与s信道模块连接，接收s信道模块发送的中频信号，7脚与s信道模块连接，传输终端接收到中频信号给s信道模块，8脚与ku信道模块2连接，传输终端接收到中频信号给ku信道模块2，9脚与ku 信道模块1连接，传输终端接收到中频信号给ku信道模块1；
62.分路器模块的1脚与功分器模块的5脚连接，2脚与合路器模块的2脚连接，3脚与外部发中频接口b连接。将功分器模块的发中频信号分成两路，一路给合路器模块，一路发送到终端外部；
63.合路器模块的1脚与功分器模块的6脚连接，2脚与分路器模块的2脚连接，3脚与外部中频测试接口c连接。将功分器模块出来的测试收中频信号和分路器出来的发中频信号合成一路发送到终端外部；
64.健康管理模块的1脚与主控及业务模块连接，通过i2c总线传输健康管理信息。
65.如图1所示，一种基于vpx架构的机载双频段多功能卫星通信装置，由母板模块、主控和业务处理模块、电源模块、ku信道模块 1、ku信道模块2、s信道模块、中频及时钟模块和一个标准1atr 机箱组成。
66.其中，中频模块的1脚通过母板模块与外部中频收接口a连接， a为tnc型同轴线缆接口，连接器型号为tnc(zs)/sma
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kfkg；
67.中频模块的2脚通过母板模块与外部中频发接口b连接，b为 tnc型同轴线缆接口，连接器型号为n(zs)/sma
‑
kfkg；
68.中频模块的3脚通过母板模块与外部中频测试接口c连接，c 为sma型同轴线缆接口，连接器型号为sma(zs)/sma
‑
kfkg；
69.主控及业务模块的1脚通过母板模块与外部舱外监控接口d连接，d为rs422接口，连接器型号为j599/20jd35sn；
70.主控及业务模块的2脚通过母板模块与外部站控接口e连接， e为千兆网口，连接器型号为j599/20jc98sn；
71.主控及业务模块的3脚通过母板模块与外部ku业务接口f连接，f为多模光纤接口，连接器型号为jysk22n02z；
72.主控及业务模块的4脚通过母板模块与外部s业务接口g连接， g为多模光纤接口，连接器型号为jysk22n02z；
73.主控及业务模块的5脚通过母板模块与外部惯导接口h连接， h为rs422接口，连接器型号为j599/20jc35sn；
74.主控及业务模块的6脚通过母板模块与外部调试i连接，i接口包含千兆网口、rs232、rs422等多种接口类型，连接器型号为j599/20je35sn；
75.s信道模块的1脚通过母板模块与外部模拟话音接口j连接，j 电话接口为两线话音接口，连接器型号为j599/20ja35sn；
76.电源模块的1脚输出+12v，2脚输出+5v，3脚输出+3.3v，分别与各槽位的电源端连接；电源模块的5脚与外部电源接口k连接， k接口连接器为j599/20jb02pn；
77.该例中，主控及业务模块、电源模块、ku信道模块1、ku信道模块2、s信道模块、中频及时钟模块均为6u标准尺寸vpx板卡，插头(插座)连接器型号依次为vpx
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a(vpx
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61z8eij8dddd8
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a)。
78.本装置的安装结构如下：整机采用标准1atr机箱，257mm(宽度)*200mm(高度)*370mm(深度)(不含面板及把手、电连接器、减震架)，机箱采用全封闭的铝板拼装结构形式，由前面板、后面板、盖板、底板、机箱托架等组成，机箱前面板安装有中频收接口a、中频发接口b、中频测试接口c、舱外监控接口航插d、站控接口航插e、ku业务多模光纤接口航插f、s业务多模光纤接口航插g、惯导数据接口航插h、调试接口航插i、s话音接口航插j、外部电源接口航插k、接地柱、保险丝接口、电源指示灯等装置组装而成。
79.上述实施例中，中频及时钟模块的1脚通过母板模块与外部中频收接口a连接，2脚
通过母板模块与外部中频发接口b连接，用于发送和接收l波段中频信号和s波段信号以及为天线射频提供时钟源，5脚通过母板模块与外部中频收接口c连接，用于传输终端发送和接收到的中频信号，可接频谱监测设备进行观测；主控及业务模块的1脚通过母板模块与外部舱外监控接口d连接，舱外天线和功放设备的监控数据传输，2脚通过母板模块与站控ip接口e连接，用于连接站控计算机，传输站监控信息，3脚通过母板模块与 ku业务光纤接口f连接，用于传输ku频段业务ip数据，4脚通过母板模块与ku业务光纤接口g连接，用于传输s频段ip业务信息， 5脚通过母板模块与惯导信息接口h连接，用于传输惯导和授时信息，6脚通过母板模块与调试接口i连接，用于传输调试网口、串口等调试信息；s信道模块的1脚通过母板模块与外部s话音接口j 连接，用于传输二线制话音数据。
80.电源模块的1脚提供+12v电压，2脚提供+5v电压，3脚提供+3.3v 电压，各脚分别与各槽位模块的电源端连接；此外，电源模块的5 脚通过母板模块与外部供电接口k连接，接收+28v dc供电。
81.主控及业务模块的7脚分别与ku信道模块1的3脚、ku信道模块2的3脚、s信道模块的4脚、中频及时钟模块的10脚、电源模块的4脚连接，连接采用i2c总线接口，用于传输各个槽位模块的健康状态信息；
82.主控及业务模块的9脚分别与ku信道模块1的2脚、ku信道模块2的2脚、s信道模块的3脚连接，连接采用rs485总线接口，用于传输三路信道模块的控制与回报数据；
83.主控及业务模块的8脚与s信道模块的2脚连接，连接采用千兆以太网接口，用于传输s频段ip业务数据；
84.主控及业务模块的11脚与ku信道模块2的1脚连接，连接采用lvds接口，用于传输ku频段同步业务数据；
85.主控及业务模块的12脚与ku信道模块1的1脚连接，连接采用lvds接口，用于传输ku频段同步业务数据；
86.主控及业务模块的10脚与中频及时钟模块的9脚连接，连接采用spi接口，用于传输时钟频偏控制数据；
87.中频及时钟模块的3脚与ku信道模块1的5脚连接，8脚与ku 信道模块2的4脚连接，7脚与s信道模块的5脚连接，传输模拟基带信号，用于模拟基带信号的发送与接收；
88.中频及时钟模块的4脚与ku信道模块1的4脚连接，6脚与ku 信道模块2的5脚连接，传输100m参考时钟信号；
89.如图2所示，主控及业务模块由监控信息解析模块、时间b码解析模块、舱外监控模块、信道监控模块、光电转换模块和健康管理模块。
90.监控信息解析模块接收外部发送的站监控信息，通过对控制信息进行解析。解析出舱外监控数据，舱外监控模块通过rs422接口发送给舱外设备；解析出信道监控数据，信道监控模块通过rs485 发送给三路信道模块；解析出时钟管理数据，时钟管理模块通过spi 发送给时钟及中频模块。同时，监控信息模块定时查询舱外设备和终端内三路信道的状态信息，将状态信息进行组帧上报给站监控。时间b码解析模块通过rs422接口接收外部发送的b码时间信息，通过解析将正确的时间信息发送给站监控；
91.两路光电转换模块分别接收终端外部的ku光纤业务数据和s光纤业务数据，将多模光纤信号转变为1000base
‑
x网口电数据，ku 业务数据进一步转化为同步数据，通过lvds
接口发送给两路ku信道模块；s业务网口数据通过底板传输给s信道模块。
92.健康管理模块通过i2c总线接口定时收集机箱内各模块的健康状态，打包组帧后发送给监控信息解析模块，再上报给站监控。
93.以上功能模块通过一片fpga芯片xc7z045、两个光电转换模块 hta8543、一片stm32系列单片机、多路phy芯片88e1111和多种接口芯片实现，具有较高的集成度。
94.如图3所示，时钟及中频模块由时钟源模块、功分器模块、分路器模块、合路器模块和健康管理模块组成。
95.时钟源模块采用oxk719d
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s
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gt
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v@100m，可以输出六路稳定可靠的100m时钟；功分器模块采用dmj01b20，该模块同时集成了分路和合路的功能，可将外部接收来的中频信号分为四路输出，同时将四路信道的发送信号合为一路信号发送出去。另外，该模块将由时钟源来的两路100m馈钟分别馈给中频收和中频发端口；分路器和合路器模块各采用一个xtpas
‑
13双端口模块，该模块端口间具有较高的隔离度，可以有效的防止串扰。
96.总之，本实用新型采用基于vpx架构互联的rs485接口、高速同步数据接口、i2c总线和ip数据总线等接口，支持两路ku信道、一路s信道卫星通信体制。整套装置集成于一个标准1atr机箱内，适用于地球站、机载、舰载、车载等各种复杂环境下的综合业务通信，具有标准化、通用化、集成化程度高、稳定可靠、成本低、操作便捷、可扩展能力强等优点，是对现有技术的一种重要改进。