一種基于脈沖超寬帶的星載高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域，特別涉及一種基于脈沖超寬帶的星載高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]航天器內(nèi)通過星載數(shù)據(jù)總線將分布式的航天器各分系統(tǒng)和有效載荷的數(shù)據(jù)統(tǒng)一集成管理，MIL-STD-1553B總線以其高可靠性、實時性的優(yōu)異性能廣泛應(yīng)用于航天器上。但1553B總線的傳輸速率僅為1Mbps，不適用于高速率的大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)。目前航天器內(nèi)高速數(shù)據(jù)傳輸常采用三線制的LVDS線纜實現(xiàn)。LVDS是利用非常低的電壓擺幅(約350mV)在兩條PCB走線或一對平衡電纜上通過差分進行數(shù)據(jù)的傳輸，即低壓差分信號傳輸。三線制的LVDS信號為數(shù)據(jù)信號、時鐘信號和控制信號三大類，無論傳輸數(shù)據(jù)還是傳輸時鐘，都采用差分信號對的形式進行傳輸。因此一路LVDS就包括6根線纜，而LVDS是點對點的單工通信，所以要實現(xiàn)兩個節(jié)點的雙向通信就需要12根平衡電纜。隨著航天器探測任務(wù)的增多和探測功能的擴展，圖像和視頻的高速傳輸需求急劇增加，航天器內(nèi)的高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)木€纜問題是一個亟待解決的問題。這些信號線纜在航天器內(nèi)部錯綜復(fù)雜、交織成網(wǎng)，是每個航天器的“噩夢”，不僅增加了發(fā)射重量體積和成本，而且給地面調(diào)試和裝配等增加了大量的工作。
[0003]日臻成熟的地面無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為星載數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)提供了技術(shù)儲備。WiFi和UWB技術(shù)是兩種常用的地面無線局域網(wǎng)技術(shù)。WiFi技術(shù)目前發(fā)展的較成熟，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于家庭和商業(yè)領(lǐng)域中，但其相對于UWB功耗較高、抗多徑差，易對星上的其它無線設(shè)備產(chǎn)生干擾。此外WiFi主要是面向互聯(lián)網(wǎng)和用戶，硬件實現(xiàn)和協(xié)議復(fù)雜，不適易應(yīng)用于星載數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。而IR-UWB具有帶寬寬，脈沖窄，抗多徑能力強，對其他設(shè)備的干擾小的優(yōu)點，且系統(tǒng)實現(xiàn)簡單。但是目前沒有可以應(yīng)用于航天的基于UWB的通信協(xié)議和協(xié)議芯片，限制了 UWB技術(shù)在航天器內(nèi)高速通信上的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中尚缺乏可靠的星載數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的缺陷，從而提供一種星載高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于脈沖超寬帶的星載高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括:星載數(shù)據(jù)子系統(tǒng)1、有效載荷子系統(tǒng)2、衛(wèi)星數(shù)據(jù)總線3 ;所述星載數(shù)據(jù)子系統(tǒng)I連接到衛(wèi)星數(shù)據(jù)總線3上；所述有效載荷子系統(tǒng)2包括有效載荷管理器21與有效載荷22，其中的有效載荷管理器21也與衛(wèi)星數(shù)據(jù)總線3連接；
[0006]所述有效載荷管理器21與有效載荷22通過無線網(wǎng)絡(luò)23進行數(shù)據(jù)傳輸；所述有效載荷管理器21在所述星載數(shù)據(jù)子系統(tǒng)I的命令下，控制和管理衛(wèi)星上進行科學實驗和空間探測的所述有效載荷22，負責所述有效載荷22的數(shù)據(jù)采集、處理、存儲、綜合傳輸和數(shù)據(jù)管理；
[0007]所述有效載荷管理器21與有效載荷22之間通過無線網(wǎng)絡(luò)23所實現(xiàn)的通信能夠采用的通信模式包括:WBC-to-WRT模式、廣播模式、WRT-to-WBC模式以及WRT-to_WRT模式；
[0008]在WBC-to-WRT模式中，有效載荷管理器21向有效載荷22發(fā)出包括一命令字和一定數(shù)目的數(shù)據(jù)字的消息，對應(yīng)WRT號的無線終端設(shè)備2接收到該消息后，在要求的響應(yīng)時間內(nèi)回復(fù)一僅包含狀態(tài)字的消息，有效載荷管理器21接收到有效載荷22回復(fù)的僅包含狀態(tài)字的消息后，判斷本次通信是否成功，若失敗，有效載荷管理器21能選擇重新發(fā)送本條消息；
[0009]在廣播模式中，有效載荷管理器21向各個有效載荷22發(fā)送包括一命令字和一定數(shù)目的數(shù)據(jù)字的消息，各個有效載荷22接收到消息后，不做響應(yīng)；
[0010]在WRT-to-WBC模式下，有效載荷管理器21向有效載荷22發(fā)送包含一命令字的消息，該命令字要求對應(yīng)的有效載荷22發(fā)送數(shù)據(jù)給有效載荷管理器21，有效載荷22據(jù)此向有效載荷管理器21發(fā)送包含一狀態(tài)字和若干個數(shù)據(jù)字的消息，有效載荷管理器21接收到有效載荷22回復(fù)的消息后，判斷本次通信是否成功，若失敗，有效載荷管理器21能夠選擇重新發(fā)送本條消息；
[0011]在WRT-to-WRT模式下，有效載荷管理器21向一有效載荷22發(fā)出接收的命令字，再向另一有效載荷22發(fā)出發(fā)送的命令字，對應(yīng)接收地址的有效載荷22接收到接收命令字后做好接收數(shù)據(jù)的準備，對應(yīng)發(fā)送地址的有效載荷22接收到發(fā)送命令字后，發(fā)出包含有自身狀態(tài)字和數(shù)據(jù)的消息，接收有效載荷22從該消息接收完數(shù)據(jù)后，發(fā)出包含有接收有效載荷22的狀態(tài)字的消息；
[0012]其中，所述數(shù)據(jù)字用于保存所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；所述命令字至少包括:終端設(shè)備號、接收/發(fā)送位、子地址位、消息長度位，其中的子地址位與接收/發(fā)送位相結(jié)合，用于將子地址進一步分為發(fā)送子地址和接收子地址，并將有效載荷22中的數(shù)據(jù)存儲空間進一步分為發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)與接收數(shù)據(jù)區(qū)；所述狀態(tài)字包括WRT地址位、消息錯誤位、測試位、服務(wù)請求位、廣播命令接收位、忙位、分系統(tǒng)特征位、動態(tài)總線控制位、終端特征位和保留位。
[0013]上述技術(shù)方案中，所述有效載荷管理器21與所述有效載荷22之間還通過有效載荷數(shù)據(jù)總線24連接。
[0014]上述技術(shù)方案中，所述星載數(shù)據(jù)子系統(tǒng)I包括星載計算機11、遙測遙控應(yīng)答機12、發(fā)射機13、電源分系統(tǒng)14、姿軌控分系統(tǒng)15、熱控分系統(tǒng)16、結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)17 ;其中，所述星載計算機11用于負責整個衛(wèi)星系統(tǒng)的控制和管理；所述遙測遙控應(yīng)答機12用于向地面發(fā)送遙測參數(shù)和接收地面發(fā)送上來的遙控指令；所述發(fā)射機13用于向地面發(fā)送包括衛(wèi)星的有效載荷數(shù)據(jù)在內(nèi)的數(shù)據(jù)；所述電源分系統(tǒng)14用于為整個衛(wèi)星提供電能；所述姿軌控分系統(tǒng)15用于控制衛(wèi)星的包括軌道、姿態(tài)、速度在內(nèi)的參數(shù)；所述熱控分系統(tǒng)16用于控制衛(wèi)星內(nèi)、外的熱交換過程，采用各種熱控措施使星上的儀器設(shè)備工作在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)；所述結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)17用于安排衛(wèi)星合理布局、提供各種承力結(jié)構(gòu)、控制某些結(jié)構(gòu)的動作。
[0015]上述技術(shù)方案中，所述有效載荷管理器21在由星載數(shù)據(jù)子系統(tǒng)1、有效載荷子系統(tǒng)2、衛(wèi)星數(shù)據(jù)總線3所組成的網(wǎng)絡(luò)中作為終端設(shè)備，其功能包括:接收衛(wèi)星的時間同步碼，并維護有效載荷子系統(tǒng)2的時間同步碼；接收所述星載計算機11發(fā)送的指令和數(shù)據(jù)，分析和處理接收到的指令和數(shù)據(jù)，按照事先約定將要轉(zhuǎn)發(fā)給有效載荷22的指令和數(shù)據(jù)填入到有效載荷管理器21作為網(wǎng)絡(luò)控制器或者無線網(wǎng)絡(luò)控制器時的發(fā)送緩沖區(qū)；向星載計算機11發(fā)送執(zhí)行結(jié)果、工程參數(shù)。
[0016]上述技術(shù)方案中，所述有效載荷管理器21在與有效載荷22共同組成的局部有線網(wǎng)絡(luò)中作為網(wǎng)絡(luò)控制器，其功能包括:定期地將所述星載計算機11發(fā)送的時間同步碼廣播給有效載荷數(shù)據(jù)總線24上所連接的有效載荷22 ;將接收到的衛(wèi)星的指令和數(shù)據(jù)分發(fā)給有效載荷數(shù)據(jù)總線24上所連接的有效載荷22 ;收集所述有效載荷22的數(shù)據(jù)、執(zhí)行結(jié)果和工程參數(shù)；管理控制有效載荷數(shù)據(jù)總線24上的其他數(shù)據(jù)傳輸；
[0017]所述有效載荷管理器21在與有效載荷22共同組成的局部無線網(wǎng)絡(luò)中作為無線網(wǎng)絡(luò)控制器，其功能包括:采集所述有效載荷22的大數(shù)據(jù)塊；無線總線的維護；管理控制有線總線上的數(shù)據(jù)傳輸。
[0018]上述技術(shù)方案中，所述有效載荷管理器21有一個或多個，其個數(shù)由衛(wèi)星中包括有效載荷的數(shù)量以及衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)在內(nèi)的因素決定。
[0019]上述技術(shù)方案中，所述有效載荷管理器21的硬件實現(xiàn)包括:計算機最小系統(tǒng)、衛(wèi)星總線接口電路、有效載荷總線接口電路、高速無線網(wǎng)絡(luò)接口及其他的外圍電路。
[0020]上述技術(shù)方案中，所述的載荷管理器21通過FPGA實現(xiàn)衛(wèi)星總線協(xié)議、有效載荷總線協(xié)議和高速無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，這些協(xié)議IP核在FPGA內(nèi)部由內(nèi)部總線連接在一起，采用標準總線接口與計算機相連；所述FPGA內(nèi)還包括地址譯碼、總線緩沖在內(nèi)的粘合邏輯。
[0021 ] 上述技術(shù)方案中，該系統(tǒng)中的模塊在硬件實現(xiàn)時所采用的元器件