微纳卫星导航通信一体化系统设计与实现

时间：2020-12-10 08:00:25　来源：雅意学习网本文已影响人

　　關键词：微纳卫星; 卫星导航; 卫星通信; 数据传输; 遥测; 一体化设计
　　中图分类号： TN402?34; TN406 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2019）01?0005?04
　　Abstract： An implementation scheme of navigation and communication integrated system suitable for micro/nano satellite is proposed to improve the resource utilization of micro/nano satellite， in which the functions of telemetry， telecontrol， data transmission， navigation and positioning of the satellite are integrated， and the limits and requirements in volume， weight and power consumption of micro/nano satellite are considered. The design method of the system is given. The implementation methods of hardware platform， software architecture and data protocol are elaborated in detail. The technical realization approaches of products as adopting FPGA， ASIC and other integration circuit technologies are proposed to realize the high integration， miniaturization， light weight and low power consumption. The designed system has been used in multiple types of micro/nano?satellites， its longest working time in orbit is more than two years， and the satellite is still in good condition. The system can be expanded to other micro/nano?satellites.
　　Keywords： micro/nano?satellite; satellite navigation; satellite communication; data transmission; telemetry; integrated design
　　随着航天技术的发展，微纳卫星以其高功能密度、微型化、低成本、高性能、高灵活性、可组网应用等多方面优势，逐渐成为卫星领域的主流趋势，对军用民用都具有重要的战略意义[1]。微纳卫星体积质量小、研制成本低、生产周期短，必将是微电子和微机械的高度集成体。卫星平台将不再只是具有独立功能的设备集合体，而是任务、功能、资源统一调度管理的集成系统[2]，如传统卫星设计中测控与数传功能独立、设备分散，测控分系统的主要功能为遥测、遥控与测量，数传分系统的主要功能为载荷数据存储下发。随着微纳卫星应用的不断发展，对微纳卫星体积质量要求不断提高，传统设计方式已不能满足发展需求[3]。
　　本文以智能化、低功耗、小体积、高功能密度为目标开展多任务导航通信一体化系统设计与研究。一方面从硬件资源、软件算法、数据协议等方面将卫星遥测、遥控、数传、导航模块进行融合设计;另一方面运用FPGA、ASIC等大规模集成电路技术实现高集成、小型化、轻量化和低功耗[4]。

1 系统总体方案设计

　　微纳卫星导航通信一体化系统基于Space VPX标准进行设计，满足通用性、可靠性、可复用性的要求。Space VPX是嵌入式计算行业标准OpenVPX的升级[5]，主要用于航天、航空及其他高可靠的容错协作式和模块装配式电子系统，并考虑了太空环境的特殊应用需求。Space VPX标准将背板总线划分为数据层、扩展层、控制层、用户层等[6]，分别用来满足不同层次的应用需求，本系统主要采用数据层进行模块间通信。
　　微纳卫星导航通信一体化系统由控制模块、通信模块、导航模块、电源模块及天线组成，系统内各模块的统一调度、协同管理由运行在核心控制模块内的星务软件实现[7]，主要包括模式确定、模式切换、数据传输、遥控接收等。
　　1）卫星在发射初期，通信模块配置为常规USB测控模式，与地面测控网配合，完成对卫星的遥测、遥控、测量等功能，导航模块辅助测量;
　　2）卫星在轨工作期，通信模块配置为数传模式，载荷数据与遥测数据融合传输，卫星导航测量功能以导航模块为主;
　　3）在应急模式下，通信模块配置为常规USB测控模式，简化系统，提高可靠性。系统中部分模块还充当卫星平台中其他功能，此处不赘述，系统组成如图1所示。

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微纳卫星导航通信一体化系统设计与实现

1 系统总体方案设计

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