一種面向空間太陽能電站的1553b無線通信系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種面向空間太陽能電站的1553B無線通信系統(tǒng)，屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】。該系統(tǒng)包括中央主控計算機、測控分系統(tǒng)、數(shù)傳分系統(tǒng)、電力管理與分配分系統(tǒng)、微波無線能量傳輸分系統(tǒng)、姿態(tài)與軌道控制分系統(tǒng)和熱控分系統(tǒng)，其中中央主控計算機以及各分系統(tǒng)均配備無線服務(wù)節(jié)點單元；無線服務(wù)節(jié)點單元包括射頻信號收發(fā)模塊、調(diào)理模塊、基帶信號處理模塊、處理器模塊和存儲器模塊；則在遙控遙測過程中，使用線服務(wù)節(jié)點單元實現(xiàn)1553B報文與無線報文的相互轉(zhuǎn)換，其中遙控遙測信息通過無線總線在各分系統(tǒng)之間傳輸。該系統(tǒng)適用于空間太陽能電站。
【專利說明】—種面向空間太陽能電站的1553B無線通信系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種一種面向空間太陽能電站的無線總線通信系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]空間太陽能電站Space Solar Power System (SPSS)是在空間將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，再通過其它方式傳輸?shù)降孛婀┑孛媸褂玫碾娏ο到y(tǒng)?？臻g太陽能電站的建立旨在利用空間的太陽能為地面提供GW級電力，其中空間太陽能電站的建造、運行、管理都是非常宏大的工程。
[0003]與大多數(shù)的航天器一樣，空間太陽能電站也具備了根據(jù)功能劃分的各類分系統(tǒng)，其中根據(jù)分系統(tǒng)的功能可能分為太陽能收集與轉(zhuǎn)換分系統(tǒng)、電力傳輸與分配分系統(tǒng)、微波無線能量傳輸分系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)、姿態(tài)與軌道控制分系統(tǒng)、熱控分系統(tǒng)、信息與系統(tǒng)運行管理分系統(tǒng)等。其中信息與系統(tǒng)運行管理分系統(tǒng)作為各分系統(tǒng)相互間的信息交換和管理的核心部分，其主要采用總線結(jié)構(gòu)實現(xiàn)通訊。
[0004]基于總線結(jié)構(gòu)進行通訊的空間太陽能電站，其各分系統(tǒng)之間是利用數(shù)據(jù)總線或是計算機網(wǎng)絡(luò)連接起來以實現(xiàn)相互間的信息交換的。顯然，數(shù)據(jù)總線或網(wǎng)絡(luò)是數(shù)管系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的接口。
[0005]國內(nèi)外所研制的信息與系統(tǒng)運行管理分系統(tǒng)目前主要采用的數(shù)據(jù)總線有:MIL-STD-1553B總線、OBDH總線、CAN總線、RS422總線等。其中，1553B總線以其極高的可靠性和實時可確認(rèn)性等優(yōu)點，在航空、航天、軍事等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。
[0006]在現(xiàn)有的技術(shù)中，1553B總線的數(shù)據(jù)傳輸媒介主要是以雙絞線為主的線纜，其實現(xiàn)方式即為將各個分系統(tǒng)通過專用的總線接口控制器和線纜接在1553B總線上，信息與數(shù)據(jù)的交換即可通過總線接口經(jīng)由線纜接入總線。
[0007]對于空間太陽能電站這樣的巨型航天器系統(tǒng)來說，其要在太空空間運行，則面臨了如下幾個難題:
[0008]首先，由于現(xiàn)有的空間太陽能電站是基于1553B總線結(jié)構(gòu)建立拓?fù)?，則其內(nèi)部各分系統(tǒng)節(jié)點之間均通過接口硬件和線纜進行連接，因接口硬件以及線纜數(shù)量眾多，大大增加了空間太陽能電站的設(shè)計重量，直接導(dǎo)致空間太陽能電站的發(fā)射成本高昂；
[0009]其次，空間太陽能電站的結(jié)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計和在軌組裝過程中需要考慮眾多線纜的布設(shè)和連接問題，增加了結(jié)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計和在軌組裝復(fù)雜度；
[0010]再次，對于龐大的總線結(jié)構(gòu)，線纜和接口設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計給地面工作人員帶來了額外的負(fù)擔(dān)。
[0011]基于上述難題，若在巨型的空間太陽能電站的建立過程中依舊繼承現(xiàn)有的航天器有線總線技術(shù)，則其構(gòu)建以及投入使用面臨巨大阻力，因此對總線技術(shù)進行全新的設(shè)計和突破是目前空間太陽能電站的研究方向。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種面向空間太陽能電站的1553B無線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用無線總線取代有線總線，滿足了空間太陽能電站對發(fā)射質(zhì)量、總線線纜布設(shè)等特殊需求，減少電站分系統(tǒng)設(shè)備互聯(lián)復(fù)雜性，簡化電站在軌組裝流程，大大的減少了電站整體的質(zhì)量和體積。
[0013]為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0014]一種面向空間太陽能電站的1553B無線通信系統(tǒng)，包括中央主控計算機、測控分系統(tǒng)、數(shù)傳分系統(tǒng)、電力管理與分配分系統(tǒng)、微波無線能量傳輸分系統(tǒng)、姿態(tài)與軌道控制分系統(tǒng)和熱控分系統(tǒng)；
[0015]其中中央主控計算機以及各分系統(tǒng)均配備無線服務(wù)節(jié)點單元；無線服務(wù)節(jié)點單元包括射頻信號收發(fā)模塊、調(diào)理模塊、基帶信號處理模塊、處理器模塊和存儲器模塊。
[0016]無線通信系統(tǒng)具有如下兩個工作流程:
[0017]①當(dāng)測控分系統(tǒng)接收到地面測控站的遙控指令時，測控分系統(tǒng)將遙控指令打包形成1553B報文，所述1553B報文進入無線服務(wù)節(jié)點單元，無線服務(wù)節(jié)點單元對1553B報文進行處理生成無線報文，并將其發(fā)送至無線總線；每個分系統(tǒng)均通過天線接收攜帶有遙控指令的無線報文，并將該無線報文輸入至無線服務(wù)節(jié)點單元，無線服務(wù)節(jié)點單元對于接收到的無線報文進行處理獲取無線報文所攜帶的遙控指令，分系統(tǒng)執(zhí)行該遙控指令；
[0018]②當(dāng)每個分系統(tǒng)同時采集遙測信息時，各分系統(tǒng)將遙測信息打包形成1553B報文，無線服務(wù)節(jié)點單元對1553B報文進行處理生成無線報文，并將其經(jīng)無線總線傳輸至中央主控計算機；中央主控計算機使用無線服務(wù)節(jié)點單元對于接收到的無線報文進行處理獲取無線報文所攜帶的遙測信息；中央主控計算機對于各分系統(tǒng)發(fā)來的遙測信息進行匯集并進行組幀和壓縮處理，將處理后的遙測信息通過星地鏈路發(fā)回地面測控站；
[0019]無線服務(wù)節(jié)點單元對1553B報文進行處理為:調(diào)理模塊對該1553B報文進行濾波處理，經(jīng)濾波后的1553B報文被發(fā)送到基帶信號處理模塊，所述基帶信號處理模塊獲取濾波后的1553B報文的有效載荷和目的地址，將有效載荷進行壓縮打包，然后進行添加前導(dǎo)碼、信號編碼以及數(shù)字-模擬調(diào)制操作最終獲得無線報文，將該無線報文傳輸給射頻信號收發(fā)模塊，射頻信號收發(fā)模塊以無線射頻形式將無線報文發(fā)射至無線總線；
[0020]無線服務(wù)節(jié)點單元對于接收到的無線報文進行處理為:射頻信號收發(fā)模塊獲取無線報文的有效數(shù)據(jù)并將該有效數(shù)據(jù)存于存儲器模塊中，基帶信號處理模塊對無線報文進行模擬-數(shù)字解調(diào)操作、信號解碼、去包頭以及解壓操作，獲得1553B報文，將該1553B報文輸入至調(diào)理模塊，調(diào)理模塊對1553B報文進行濾波處理后獲得無線報文中的有效信息，所述有效信息為遙控指令或遙測信息。
[0021]進一步地，各分系統(tǒng)的無線服務(wù)節(jié)點單元之間采用無線協(xié)議進行通信，對所使用的無線協(xié)議物理層進行如下修改:提高射頻信號的發(fā)射功率、降低天線接收閾值。
[0022]進一步地，各分系統(tǒng)的無線服務(wù)節(jié)點單元之間采用無線協(xié)議進行通信，并使用無線路由多跳擴展傳輸半徑。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:
[0024](I)空間太陽能電站各分系統(tǒng)的接口硬件和線纜的重量約占其整體重量的8%左右。本發(fā)明采用了無線連接的方式，無需對通信線路進行冗余備份，減少電站分系統(tǒng)設(shè)備互聯(lián)復(fù)雜性，簡化電站在軌組裝流程。更為突出的是，大大減少了電站整體的質(zhì)量和體積，相應(yīng)的減少了發(fā)射成本。
[0025](2)本發(fā)明無線服務(wù)節(jié)點單元采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計，其接口電路采用標(biāo)準(zhǔn)的1553B總線通用硬件接口，它實現(xiàn)所述分系統(tǒng)單元與無線傳輸模塊的連接，因而無需專門設(shè)計分系統(tǒng)硬件電路與無線服務(wù)節(jié)點單元的兼容性接口，實現(xiàn)了通信系統(tǒng)的O成本升級。
[0026](3)本發(fā)明對1553B無線總線協(xié)議在物理層進行改型，對發(fā)射功率、天線增益等參數(shù)的改進，增加了傳輸距離，保證了傳輸帶寬，降低了網(wǎng)絡(luò)時延。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明面向空間太陽能電站內(nèi)1553B無線總線體系結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明的無線傳輸模塊內(nèi)部信息流圖；
[0029]圖3為本發(fā)明的無線傳輸模塊的硬件組成框圖。
【具體實施方式】
[0030]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。
[0031]本發(fā)明所提供的一種面向空間太陽能電站的1553B無線通信系統(tǒng)，其組成與傳統(tǒng)的空間太陽能電站相同，如圖1所示，主要包括中央主控計算機、測控分系統(tǒng)、電力管理與分配分系統(tǒng)、微波無線能量傳輸分系統(tǒng)、姿態(tài)與軌道控制分系統(tǒng)和熱控分系統(tǒng)。
[0032]本發(fā)明所針對的空間太陽能電站采用1553B總線系統(tǒng)對于1553B總線采用一步數(shù)據(jù)傳輸方式，碼速率為1Mbps，數(shù)據(jù)編碼采用曼徹斯特II型碼，差分傳輸。1553B總線上連接有三種類型的分系統(tǒng)，一個總線控制器BC，不超過31個遠(yuǎn)置終端RT和監(jiān)視器BM。其中在本系統(tǒng)中以中央主控計算機作為總線控制器BC，負(fù)責(zé)總線調(diào)度、管理，時總線通訊的發(fā)起者和組織者，除中央主控計算機之外所有分系統(tǒng)的均為遠(yuǎn)置終端RT。
[0033]1553B總線系統(tǒng)的消息傳輸包括BC到RT、RT到BC、RT到RT以及BC廣播等。當(dāng)BC或RT分系統(tǒng)產(chǎn)生1553B報文，則該1553B報文通過1553B輸出接口電路輸出至所在系統(tǒng)具有的無線服務(wù)節(jié)點單元中。
[0034]本發(fā)明在傳統(tǒng)的空間太陽能電站的基礎(chǔ)上，為每個分系統(tǒng)均配備了嵌入式無線服務(wù)節(jié)點單元，用于各分系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互。
[0035]當(dāng)BC或RT分系統(tǒng)產(chǎn)生1553B報文，則該1553B報文通過1553B輸出接口電路輸出至所在系統(tǒng)具有的無線服務(wù)節(jié)點單元中。
[0036]本實施例中無線服務(wù)節(jié)點單元WSNU如圖2所示包含射頻信號收發(fā)模塊、調(diào)理模塊、基帶信號處理模塊、處理器模塊和存儲器模塊。
[0037]射頻信號收發(fā)模塊的功能包括發(fā)送無線數(shù)據(jù)包，以及接收符合該系統(tǒng)所用無線協(xié)議要求的無線數(shù)據(jù)包，并將無線數(shù)據(jù)包中的有效數(shù)據(jù)存儲在存儲器模塊中，等待下一步處理。
[0038]存儲器模塊保存有效數(shù)據(jù)，同時存放部分程序控制代碼。
[0039]調(diào)理模塊用以對輸入信號進行濾波、降噪和除雜等信號預(yù)處理操作，便于后續(xù)的準(zhǔn)確報文轉(zhuǎn)換操作。[0040]基帶信號處理模塊用以實現(xiàn)對1553B報文與無線協(xié)議報文的轉(zhuǎn)換，包括壓縮與解壓縮、編碼與解碼、調(diào)制與解調(diào)。
[0041 ] 處理器模塊用以對無線服務(wù)節(jié)點單元各模塊進行上電初始化設(shè)置，協(xié)調(diào)各模塊按照規(guī)定的操作流程正常工作，以及設(shè)定射頻信號收發(fā)模塊的物理參數(shù)，例如發(fā)包功率、發(fā)包速率以及發(fā)包長度。
[0042]本發(fā)明的空間太陽能電站1553B無線通信系統(tǒng)中，中央主控機通過控制無線空間太陽能電站網(wǎng)絡(luò)，對其他各分系統(tǒng)進行統(tǒng)一調(diào)度管理。測控分系統(tǒng)、電力管理與分配分系統(tǒng)、微波無線能量傳輸分系統(tǒng)、姿態(tài)與軌道控制分系統(tǒng)、熱控分系統(tǒng)以及中央主控計算機通過無線服務(wù)節(jié)點單元WSNU與無線總線相連，構(gòu)成空間太陽能電站無線總線的物理結(jié)構(gòu)。
[0043]該面向空間太陽能電站的1553B無線通信系統(tǒng)在實際的運行中包括遙控過程以及遙測過程。
[0044]遙控過程
[0045]地面測控站發(fā)送遙控指令至測控分系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對于空間太陽能電站中各分系統(tǒng)的控制，其中該遙控過程分為遙控指令的發(fā)射和遙控指令的接收兩個分流程。
[0046]遙控指令的發(fā)射:當(dāng)測控分系統(tǒng)接收到地面測控站的遙控指令時，測控分系統(tǒng)將遙控指令打包形成1553B報文，所述1553B報文進入無線服務(wù)節(jié)點單元，無線服務(wù)節(jié)點單元對1553B報文進行處理生成無線報文，并將其發(fā)送至無線總線；無線報文攜帶有遙控指令，無線總線根據(jù)遙控指令的目的地址將該指令發(fā)至指定分系統(tǒng)。
[0047]遙控指令的接收:每個分系統(tǒng)均通過天線接收攜帶有遙控指令的無線報文，并將該無線報文輸入至無線服務(wù)節(jié)點單元，無線服務(wù)節(jié)點單元對于接收到的無線報文進行處理獲取無線報文所攜帶的遙控指令，分系統(tǒng)執(zhí)行該遙控指令；該數(shù)據(jù)報文攜帶有遙控指令，該分系統(tǒng)執(zhí)行數(shù)據(jù)報文中所攜帶的遙控指令。
[0048]遙測過程
[0049]該遙測過程分為遙測信息的采集和遙測信息的下傳兩個分流程:
[0050]遙測信息的采集:每個分系統(tǒng)同時采集遙測信息，將遙測信息打包形成1553B報文，該1553B報文由無線服務(wù)節(jié)點單元處理生成無線報文，該無線報文經(jīng)由無線總線傳輸至中央主控計算機。
[0051]遙測信息的下傳:中央主控計算機使用無線服務(wù)節(jié)點單元對于接收到的無線報文進行處理生成數(shù)據(jù)報文，中央主控計算機對于各分系統(tǒng)發(fā)來的遙測信息進行匯集并進行組幀和壓縮處理，將處理后的遙測信息通過星地鏈路發(fā)回地面測控站。
[0052]其中無線服務(wù)節(jié)點單元對1553B報文進行處理為:調(diào)理模塊對該1553B報文進行濾波處理，經(jīng)濾波后的1553B報文被發(fā)送到基帶信號處理模塊，所述基帶信號處理模塊獲取濾波后的1553B報文的有效載荷和目的地址，將有效載荷進行壓縮打包，然后進行添加前導(dǎo)碼、信號編碼以及數(shù)字-模擬調(diào)制操作最終獲得無線報文，將該無線報文傳輸給射頻信號收發(fā)模塊，射頻信號收發(fā)模塊以無線射頻形式將無線報文發(fā)射至無線總線；
[0053]無線服務(wù)節(jié)點單元對于接收到的無線報文進行處理為:射頻信號收發(fā)模塊獲取所述無線報文的有效數(shù)據(jù)并將該有效數(shù)據(jù)存于存儲器模塊中，基帶信號處理模塊對無線報文進行模擬-數(shù)字解調(diào)操作、信號解碼、去包頭以及解壓操作，獲得1553B報文，將該1553B報文輸入至調(diào)理模塊，調(diào)理模塊對1553B報文進行濾波處理后獲得無線報文中的有效信息，所述有效信息為遙控指令或遙測信息。
[0054]本發(fā)明所設(shè)計的1553B無線通信系統(tǒng)基于現(xiàn)有的1553B總線系統(tǒng)，通過添加無線服務(wù)節(jié)點單元，以無線射頻傳輸取代雙絞線傳輸，形成無線總線，同時通過選取適合于太空空間環(huán)境的無線總線實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)傳輸，使得空間太陽能電站的分系統(tǒng)之間均可以直接經(jīng)無線信道接收或發(fā)送數(shù)據(jù)，且各分系統(tǒng)之間在進行信息交互時沒有復(fù)雜的物理連接。
[0055]無線服務(wù)節(jié)點單元采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計，其接口電路采用標(biāo)準(zhǔn)的1553B總線通用硬件接口，它實現(xiàn)所述分系統(tǒng)單元與無線傳輸模塊的連接，因而無需專門設(shè)計分系統(tǒng)硬件電路與無線服務(wù)節(jié)點單元的兼容性接口，實現(xiàn)了通信系統(tǒng)的O成本升級。
[0056]本發(fā)明無線協(xié)議可靈活選取，不局限于某一種無線通信技術(shù)。其中，由于距離較遠(yuǎn)無線信號難以覆蓋，可以采用無線路由多跳擴展傳輸半徑。此外還對無線協(xié)議物理層進行了修改:提高射頻信號的發(fā)射功率、降低天線接收閾值以提高天線靈敏度。這樣極大地擴展了傳輸范圍，滿足了空間太陽能電站的遠(yuǎn)距離無線傳輸需求。
[0057]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種面向空間太陽能電站的1553B無線通信系統(tǒng)，包括中央主控計算機、測控分系統(tǒng)、數(shù)傳分系統(tǒng)、電力管理與分配分系統(tǒng)、微波無線能量傳輸分系統(tǒng)、姿態(tài)與軌道控制分系統(tǒng)和熱控分系統(tǒng)，其特征在于，所述中央主控計算機以及各分系統(tǒng)均配備無線服務(wù)節(jié)點單元；所述無線服務(wù)節(jié)點單元包括射頻信號收發(fā)模塊、調(diào)理模塊、基帶信號處理模塊、處理器模塊和存儲器模塊； 無線通信系統(tǒng)具有如下兩個工作流程: ①當(dāng)測控分系統(tǒng)接收到地面測控站的遙控指令時，測控分系統(tǒng)將遙控指令打包形成1553B報文，所述1553B報文進入無線服務(wù)節(jié)點單元，無線服務(wù)節(jié)點單元對1553B報文進行處理生成無線報文，并將其發(fā)送至無線總線；每個分系統(tǒng)均通過天線接收攜帶有遙控指令的無線報文，并將該無線報文輸入至無線服務(wù)節(jié)點單元，無線服務(wù)節(jié)點單元對于接收到的無線報文進行處理獲取無線報文所攜帶的遙控指令，分系統(tǒng)執(zhí)行該遙控指令； ②當(dāng)每個分系統(tǒng)同時采集遙測信息時，各分系統(tǒng)將遙測信息打包形成1553B報文，無線服務(wù)節(jié)點單元對1553B報文進行處理生成無線報文，并將其經(jīng)無線總線傳輸至中央主控計算機；中央主控計算機使用無線服務(wù)節(jié)點單元對于接收到的無線報文進行處理獲取無線報文所攜帶的遙測信息；中央主控計算機對于各分系統(tǒng)發(fā)來的遙測信息進行匯集并進行組幀和壓縮處理，將處理后的遙測信息通過星地鏈路發(fā)回地面測控站； 所述無線服務(wù)節(jié)點單元對1553B報文進行處理為:調(diào)理模塊對該1553B報文進行濾波處理，經(jīng)濾波后的1553B報文被發(fā)送到基帶信號處理模塊，所述基帶信號處理模塊獲取濾波后的1553B報文的有效載荷和目的地址，將有效載荷進行壓縮打包，然后進行添加前導(dǎo)碼、信號編碼以及數(shù)字-模擬調(diào)制操作最終獲得無線報文，將該無線報文傳輸給射頻信號收發(fā)模塊，射頻信號收發(fā)模塊以無線射頻形式將無線報文發(fā)射至無線總線； 所述無線服務(wù)節(jié)點單元對于接收到的無線報文進行處理為:射頻信號收發(fā)模塊獲取所述無線報文的有效數(shù)據(jù)并將該有效數(shù)據(jù)存于存儲器模塊中，基帶信號處理模塊對無線報文進行模擬-數(shù)字解調(diào)操作、信號解碼、去包頭以及解壓操作，獲得1553B報文，將該1553B報文輸入至調(diào)理模塊，調(diào)理模塊對1553B報文進行濾波處理后獲得無線報文中的有效信息，所述有效信息為遙控指令或遙測信息。
2.如權(quán)利要求1所述的一種面向空間太陽能電站的1553B通信系統(tǒng)，其特征在于，各分系統(tǒng)的無線服務(wù)節(jié)點單元之間采用無線協(xié)議進行通信，對所使用的無線協(xié)議物理層進行如下修改:提高射頻信號的發(fā)射功率、降低天線接收閾值。
3.如權(quán)利要求1所述的一種面向空間太陽能電站的1553B通信通訊系統(tǒng)，其特征在于，各分系統(tǒng)的無線服務(wù)節(jié)點單元之間采用無線協(xié)議進行通信，并使用無線路由多跳擴展傳輸半徑。
【文檔編號】H04L12/40GK103475553SQ201310394632
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】賈海鵬, 陳穎, 侯欣賓, 王立, 劉海濤 申請人:中國空間技術(shù)研究院