專利名稱：一種空間光學(xué)遙感器的交叉雙主備光纖數(shù)據(jù)上傳裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及空間光學(xué)遙感器，特別涉及空間光學(xué)遙感器的圖像數(shù)據(jù)高速上傳系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
空間光學(xué)遙感器未來的發(fā)展方向?qū)⑹歉叩目臻g分辨率、寬的地景幅面、多的光譜信號。那么在空間光學(xué)遙感器中，由信號處理器處理(圖像采集的模擬信號轉(zhuǎn)數(shù)字信號處理&圖像數(shù)字合成處理)后，再上傳衛(wèi)星數(shù)傳分系統(tǒng)的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)也將呈幾倍的數(shù)量級增長。光纖通信采用了半導(dǎo)體光源的終端和光纖的傳輸介質(zhì)，相比于其他通信方式有明顯的優(yōu)越性傳輸容量大，傳輸損耗小，抗干擾能力強，質(zhì)量輕，耐腐蝕等。將光纖傳輸技術(shù)應(yīng)用于空間光學(xué)遙感器的數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸將有很大的提升。光纖數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)由以下四大部分組成光學(xué)遙感信號處理器，光發(fā)送模塊，光纖連接器，光纖，如圖I和圖2所示。盡管采用宇航級高可靠性器件，但是，由于發(fā)射振動、瞬間沖擊及空間高輻射等空間航天惡劣應(yīng)用環(huán)境下，將光纖數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用于空間光學(xué)遙感器，仍存在一定的風險性?？臻g光學(xué)遙感器的數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)為最為關(guān)鍵的部分，光纖數(shù)據(jù)傳輸通道包含四大部分，其中若某個組件出現(xiàn)問題，空間光學(xué)遙感器的圖像數(shù)據(jù)將無法上傳衛(wèi)星平臺數(shù)傳分系統(tǒng)，光學(xué)遙感器將處于無效工作狀態(tài)。因此，有必要對光纖數(shù)據(jù)上傳裝置進行設(shè)計，以減少任務(wù)故障，提高任務(wù)可靠性。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出在空間光學(xué)遙感器上采用交叉雙主備光纖數(shù)據(jù)上傳裝置，此硬件冗余設(shè)計實現(xiàn)了數(shù)字圖像可靠上傳衛(wèi)星平臺數(shù)傳分系統(tǒng)。本實用新型的技術(shù)解決方案是一種空間光學(xué)遙感器的交叉雙主備光纖數(shù)據(jù)上傳裝置，包括主份光纖數(shù)據(jù)通道和備份光纖數(shù)據(jù)通道，主份光纖數(shù)據(jù)通道包括主份信號處理器和由主通道和備通道組成的主份數(shù)傳接ロ ；備份光纖數(shù)據(jù)通道包括備份信號處理器和由主通道和備通道組成的備份數(shù)傳接ロ ；主份、備份數(shù)傳接ロ的每個通道由光發(fā)送模塊、光纖連接器和光纖組成，光發(fā)送模塊與光纖之間通過光纖連接器連接；主份信號處理器分成兩路，一路連接主份數(shù)傳接ロ中的主通道，另一路連接備份數(shù)傳接ロ中的備通道；備份信號處理器分成兩路，一路連接主份數(shù)傳接ロ中的備通道，另一路連接備份數(shù)傳接ロ中的主通道。還包括兩個驅(qū)動器，分別連接主份信號處理器、備份信號處理器的輸出。所述的主份信號處理器和備份信號處理器采用內(nèi)嵌SerDes硬核模塊FPGA實現(xiàn)，F(xiàn)PGA采用雙通道輸出。所述的主份信號處理器和備份信號處理器采用非內(nèi)嵌SerDes硬核模塊FPGA和SerDes收發(fā)器實現(xiàn)，SerDes收發(fā)器連接在驅(qū)動器與主份數(shù)傳接ロ、備份數(shù)傳接ロ之間。所述的上傳裝置中的所有部件采用宇航等級器件。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為(I)增強光纖連接器、光纖、光發(fā)送模塊正常工作的可靠性。數(shù)據(jù)傳輸通道分出主份數(shù)傳接口和備份數(shù)傳接ロ，這種一分ニ的傳輸方法實現(xiàn)了兩路接ロ(主份&備份數(shù)傳接ロ)傳輸數(shù)據(jù)。這樣使光纖連接器、光纖、光發(fā)送模塊的 整體可靠性系數(shù)増加了一倍，即2倍于無主備份的光纖數(shù)傳系統(tǒng)。同時由于在信號處理器又采用了主備份設(shè)計，數(shù)據(jù)通道形成雙主備份形式，并互相交叉分別輸出到主份&備份數(shù)傳接ロ。這樣使光纖連接器、光纖、光發(fā)送模塊的整體可靠性系數(shù)在上述主備份的基礎(chǔ)上又増加了一倍，即4倍于無主備份的光纖數(shù)傳系統(tǒng)。(2)增強信號處理器正常工作的可靠性。信號處理器采用了主備份設(shè)計，同時存在相同的兩套電路。這樣使信號處理部分的電路整體可靠性增加了一倍。(3)主備份冗余設(shè)計并沒有額外增加空間光學(xué)遙感器的電源消耗由于遙感衛(wèi)星的能源限制，該雙主備份設(shè)計采用冷備份，通過控制信號EN啟動主備份和交叉雙備份指令更換工作；同時通過控制指令，使不需要工作的光發(fā)送模塊處于待機狀態(tài)。因此，在某時刻，只有一路通道處于開啟狀態(tài)。這樣，和沒有主備份光纖數(shù)傳系統(tǒng)的電能功耗幾乎一致。

圖I和圖2是現(xiàn)有技術(shù)示意圖； 圖3和圖4是本實用新型兩種裝置原理示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖詳細介紹本發(fā)明的實現(xiàn)過程。一種空間光學(xué)遙感器的交叉雙主備光纖數(shù)據(jù)上傳裝置，裝置采用主備份形式首先，數(shù)據(jù)傳輸通道分出主份數(shù)傳接ロ和備份數(shù)傳接ロ，這種一分ニ的傳輸方法實現(xiàn)了雙接ロ(主份&備份數(shù)傳接ロ)傳輸數(shù)據(jù)。其次，在信號處理器采用了主備份設(shè)計，即在空間光學(xué)遙感器中同時存在主份信號處理器和備份信號處理器，兩套電路設(shè)計完全相同。兩套信號處理器各自同樣進行了上述的數(shù)據(jù)傳輸通道的主備份設(shè)計，數(shù)據(jù)通道形成了雙主備份形式。具體裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括主份光纖數(shù)據(jù)通道和備份光纖數(shù)據(jù)通道，主份光纖數(shù)據(jù)通道包括主份信號處理器和由主通道和備通道組成的主份數(shù)傳接ロ ；備份光纖數(shù)據(jù)通道包括備份信號處理器和由主通道和備通道組成的備份數(shù)傳接ロ ；主份、備份數(shù)傳接ロ的每個通道由光發(fā)送模塊、光纖連接器和光纖組成，光發(fā)送模塊與光纖之間通過光纖連接器連接；主份信號處理器連接驅(qū)動器，驅(qū)動器的一路連接主份數(shù)傳接ロ中的主通道，另一路連接備份數(shù)傳接口中的備通道；備份信號處理器連接驅(qū)動器ニ，驅(qū)動器ニ的一路連接主份數(shù)傳接ロ中的備通道，另一路連接備份數(shù)傳接ロ中的主通道。本實用新型采用交叉雙主備光纖數(shù)據(jù)傳輸裝置，實現(xiàn)將光學(xué)遙感器的CCD高速數(shù)字信號高速大容量上傳衛(wèi)星平臺的數(shù)傳分系統(tǒng)。針對信號處理器內(nèi)FPGA有無內(nèi)嵌(SerDes)硬核模塊的情況，本實用新型設(shè)計為相應(yīng)的兩種裝置，實現(xiàn)原理方式如圖3和圖4所示。圖3和圖4分別為信號處理器內(nèi)FPGA無內(nèi)嵌SerDes硬核和信號處理器內(nèi)FPGA內(nèi)嵌SerDes硬核的兩種雙主備光纖數(shù)據(jù)單向傳輸方式，實現(xiàn)空間光學(xué)遙感器CCD數(shù)字信號高速上傳至衛(wèi)星平臺的功能。圖中，主-主表示主份的主通道；主-備表示主份的備通道；備-主表示備份的主通道；備-備表示備份的備通道。(一 )信號處理器內(nèi)FPGA無內(nèi)嵌SerDes硬核含非內(nèi)嵌SerDes硬核模塊FPGA的信號處理器，需要SerDes收發(fā)器進行并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，SerDes收發(fā)器連接在驅(qū)動器與主份數(shù)傳接口、備份數(shù)傳接口之間。圖3中SerDes收發(fā)器1、2(主份)和SerDes收發(fā)器1、2(備份)為高速數(shù)據(jù)收發(fā)器件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行/解串即SerDes (Serializer/Deserializer)功能,即在發(fā)送端多路低速并行信號被轉(zhuǎn)換成高速串行信號，在接收端高速串行信號被轉(zhuǎn)換成低速的并行信號。圖3主份數(shù)據(jù)主傳輸通道包括信號處理器I (主份)、驅(qū)動器I、SerDes收發(fā)器
1(主份)、光發(fā)送模塊I、光纖連接器I、光纖I。實現(xiàn)的功能是信號處理器I (主份)將信號處理和數(shù)據(jù)合成的CXD數(shù)字圖像信號，由驅(qū)動器I并行上傳至SerDes收發(fā)器I (主份)，SerDes收發(fā)器I (主份)完成并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)形式，交由光發(fā)送模塊I完成電信號轉(zhuǎn)換成光信號，經(jīng)光纖連接器I和光纖I將主份數(shù)據(jù)單向發(fā)送至主份數(shù)傳接口。圖3主份數(shù)據(jù)備傳輸通道包括信號處理器I (主份)、驅(qū)動器I、SerDes收發(fā)器
2(主份)、光發(fā)送模塊3、光纖連接器3、光纖3。實現(xiàn)的功能是信號處理器I (主份)將信號處理和數(shù)據(jù)合成的CXD數(shù)字圖像信號，由驅(qū)動器I并行上傳至SerDes收發(fā)器2 (主份)，SerDes收發(fā)器2 (主份)完成并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)形式，交由光發(fā)送模塊3完成電信號轉(zhuǎn)換成光信號，經(jīng)光纖連接器3和光纖3將主份數(shù)據(jù)單向發(fā)送至備份數(shù)傳接口。圖3備份數(shù)據(jù)備傳輸通道包括信號處理器2 (備份)、驅(qū)動器2、SerDes收發(fā)器
1(備份)、光發(fā)送模塊2、光纖連接器2、光纖2。實現(xiàn)的功能是信號處理器2 (備份)將信號處理和數(shù)據(jù)合成的CXD數(shù)字圖像信號，由驅(qū)動器2并行上傳至SerDes收發(fā)器I (備份)，SerDes收發(fā)器I (備份)完成并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)形式，交由光發(fā)送模塊2完成電信號轉(zhuǎn)換成光信號，經(jīng)光纖連接器2和光纖2將備份數(shù)據(jù)單向發(fā)送至主份數(shù)傳接口。圖3備份數(shù)據(jù)主傳輸通道包括信號處理器2 (備份)、驅(qū)動器2、SerDes收發(fā)器
2(備份)、光發(fā)送模塊4、光纖連接器4、光纖4。實現(xiàn)的功能是信號處理器2 (備份)將信號處理和數(shù)據(jù)合成的CCD數(shù)字圖像信號，由驅(qū)動器2并行上傳至SerDes收發(fā)器2 (備份)，SerDes收發(fā)器2 (備份)完成并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)形式，交由光發(fā)送模塊4完成電信號轉(zhuǎn)換成光信號，經(jīng)光纖連接器4和光纖4將備份數(shù)據(jù)單向發(fā)送至備份數(shù)傳接口。圖3原理示意圖的工作模式由主/備份信號處理器，SerDes收發(fā)器的EN使能信號，光發(fā)送模塊(表中簡稱光模塊)的發(fā)送使能信號等三部分決定，為節(jié)省遙感衛(wèi)星的電能，一般只啟動一路通道傳輸數(shù)據(jù)，其余通道處于低功耗待機模式。表I為各個工作模式的狀態(tài)列表。表I圖3原理不意圖工作模式狀態(tài)列表
權(quán)利要求1.一種空間光學(xué)遙感器的交叉雙主備光纖數(shù)據(jù)上傳裝置，其特征在于包括主份光纖數(shù)據(jù)通道和備份光纖數(shù)據(jù)通道，主份光纖數(shù)據(jù)通道包括主份信號處理器和由主通道和備通道組成的主份數(shù)傳接口 ；備份光纖數(shù)據(jù)通道包括備份信號處理器和由主通道和備通道組成的備份數(shù)傳接口 ；主份、備份數(shù)傳接口的每個通道由光發(fā)送模塊、光纖連接器和光纖組成， 光發(fā)送模塊與光纖之間通過光纖連接器連接；主份信號處理器分成兩路，一路連接主份數(shù)傳接口中的主通道，另一路連接備份數(shù)傳接口中的備通道；備份信號處理器分成兩路，一路連接主份數(shù)傳接口中的備通道，另一路連接備份數(shù)傳接口中的主通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種空間光學(xué)遙感器的交叉雙主備光纖數(shù)據(jù)上傳裝置，其特征在于還包括兩個驅(qū)動器，分別連接主份信號處理器、備份信號處理器的輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種空間光學(xué)遙感器的交叉雙主備光纖數(shù)據(jù)上傳裝置， 其特征在于所述的主份信號處理器和備份信號處理器米用內(nèi)嵌SerDes硬核模塊FPGA實現(xiàn)，F(xiàn)PGA采用雙通道輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種空間光學(xué)遙感器的交叉雙主備光纖數(shù)據(jù)上傳裝置， 其特征在于所述的主份信號處理器和備份信號處理器米用非內(nèi)嵌SerDes硬核模塊FPGA 和SerDes收發(fā)器實現(xiàn)，SerDes收發(fā)器連接在驅(qū)動器與主份數(shù)傳接口、備份數(shù)傳接口之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種空間光學(xué)遙感器的交叉雙主備光纖數(shù)據(jù)上傳裝置， 其特征在于所述的上傳裝置中的所有部件采用宇航等級器件。
專利摘要一種空間光學(xué)遙感器的交叉雙主備光纖數(shù)據(jù)上傳裝置，包括主份光纖數(shù)據(jù)通道和備份光纖數(shù)據(jù)通道，主份光纖數(shù)據(jù)通道包括主份信號處理器和由主通道和備通道組成的主份數(shù)傳接口；備份光纖數(shù)據(jù)通道包括備份信號處理器和由主通道和備通道組成的備份數(shù)傳接口；主份、備份數(shù)傳接口的每個通道由光發(fā)送模塊、光纖連接器和光纖組成，光發(fā)送模塊與光纖之間通過光纖連接器連接；主份信號處理器連接驅(qū)動器，驅(qū)動器的一路連接主份數(shù)傳接口中的主通道，另一路連接備份數(shù)傳接口中的備通道；備份信號處理器連接驅(qū)動器二，驅(qū)動器二的一路連接主份數(shù)傳接口中的備通道，另一路連接備份數(shù)傳接口中的主通道。
文檔編號G08C23/06GK202454072SQ20122004212
公開日2012年9月26日 申請日期2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者于生全, 呂秋峰, 張孝弘, 張榮輝, 鄭君, 馬建華 申請人:北京空間機電研究所