一种高可靠模块化的航天器通用接口单元设计

以综合电子系统的层次化设计模型为基础,提出并实现了一种基于模块化可伸缩的高可靠航天器通用接口单元设计.该设计以标准通用硬件模块、ASIC芯片、层次化总线体结构作为技术支撑,既可实现面向多种平台与载荷航天器的多任务接口适应性,也可实现数据接口单元内部模块资源的交叉重组与系统重构.该航天器通用接口单元已在多个航天器综合电子系统中成功应用,应用情况表明此方案能显著提升航天器通用接口单元的通用性与可靠性,增强系统故障容忍及自主处理能力,利于提升航天器的产品化批产能力与研制效率.     

一种高传输带宽海量数据高性能固态存储技术

基于高分辨率对地观测卫星高数据带宽及海量存储的需求,介绍了一种高性能固态存储技术。以多路高速串行数据总线作为对外接口,以非易失性存储器阵列作为数据存储介质,实现了高速海量载荷数据的传输、存储和文件管理。经高分七号卫星验证,结果表明:采用该技术的存储系统具有传输速率高、存储容量大及数据多维检索等能力,可为今后卫星载荷数据存储提供新的设计思路和方法。     

硬X射线调制望远镜卫星载荷数据存储系统设计与验证

针对X射线科学数据全天时、种类多、数据率变化大、更高准确性和可靠性的要求,研制了硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星数据存储系统(DSS),用于实现对有效载荷和卫星平台数据的接收、处理、记录、存储以及回放。文章在给出了数据存储系统功能需求分析的基础上,对工作模式灵活多样和在轨长期工作下的高可靠性存储这两个最主要特点的设计和验证情况进行了说明。通过软件注错、辐照试验,以及在轨长期连续运行结果表明:HXMT卫星的数据存储系统灵活性高、可靠性好、运行稳定,完全满足用户需求,对HXMT卫星科学目标的实现奠定了基础,可为后续航天器数据存储系统的设计和验证提供参考。     

航天器百千瓦级分布式可重构电源系统设计

随着大功率通信卫星、高分辨率SAR卫星、大功率电推进航天器、核动力航天器、大型在轨服务站等对超大功率能源系统需求不断增强,100 kW超大功率电源系统成为未来大功率航天器电源系统的发展趋势。文章结合航天器电源系统研究基础,对100 kW电源系统的高压、大功率、分布式的任务特点进行分析,设计一种分布式可重构电源系统,提出了系统拓扑架构和相应的控制策略,并对高压大功率变换控制技术、多通道能源管理技术、高压大功率元器件技术和系统可靠性、安全性技术进行研究。对文章提出的电源系统进行软件建模和仿真,结果表明:100 kW电源系统拓扑架构和管理控制策略合理可行,系统稳定性较好,鲁棒性强,可为后续大功率航天器电源系统研究和设计提供参考。     

基于软件定义的航天器分布式电源系统设计

针对电源系统架构灵活性的需求,提出了一种基于软件定义智能功率单元的可重构航天器分布式电源系统设计。给出了系统的分布式架构,采用了一种可软件定义的标准功率单元实现所有发电单元、储能单元的分布式接入。智能功率单元可以通过星载计算机软件定义工作模式,满足不同单元的接入需求。通过搭建分布式电源系统仿真模型,对不同故障情况进行了验证,结果表明:分布式电源系统的可重构控制策略,实现了电源系统高可靠运行。最后,对提出电源系统设计的优势进行了总结。     

开放式超高速空间智能数传系统研究

开放式超高速空间智能数传系统具有针对超高速载荷数据输入、基于开放式架构设计实现在轨智能信息处理的特点。文章中研究超高速复杂数据流控制与路由交互技术,采用具备空间环境适应性的高可靠光电模块等高速传输接口,先进的星型路由处理拓扑架构,制定统一数据标准协议,构建开放式超高速星载处理系统平台的方法。通过平台集成共用、架构在轨重构、软件上注更新方式实现各种先进智能处理算法应用。研究多源数据分类存储和管理技术,解决了海量多组高速数据存储和检索问题,满足高达数百Tb的超大数据存储检索能力。通过设计仿真和试验验证了系统功能性能。实现了具有数百Gbps高实时性载荷数据信息处理能力、灵活空间智能处理功能和开放式架构的新型空间智能数传系统。     

基于1553B和SpaceWire组合网络的星载数据管理软件设计

为同时满足对于星务管理数据和高速载荷数据的传输要求,国内外的飞行器趋于使用1553B和SpaceWire组合网络来进行星上数据传输。复杂而灵活的数据传输要求使得卫星数据流设计中引入了大量标准协议,同时大大增加了星载数据管理软件的复杂度。对一种基于1553B和SpaceWire组合网络的星载数据管理软件的协议体系进行了介绍,通过对协议进行分析,改进了已有的软件框架,形成了一种基于标准协议的分层的软件架构,以空间包为单位实现星内数据交互,实现了软件应用层与数据链路协议的分离。软件实现结果表明,合理的协议分层和有效的接口封装提高了软件的可拓展性和可移植性,有利于软件产品化。     

航天器综合电子系统在轨重构容错技术研究

重构容错技术是指利用可重用的软硬件资源,根据不同的任务需求或故障情况进行重新配置,从而可以实现在轨升级或故障修复。文章在介绍重构容错技术的基础上,以NASA的SpaceCube处理器和BittWare公司的重构处理器为典型案例,阐述了其系统构架、重构容错设计和应用情况,总结分析了航天器综合电子系统重构容错技术的优势,如减少系统的冗余和备份,降低制造和修复成本,实现系统内部局部故障的自修复等。借鉴国外重构容错技术的发展和应用,总结出国内航天器综合电子系统重构容错技术应用存在的问题,如缺乏标准化的功能模块设计、在轨故障诊断精度较低等,并提出应开展在轨重构需求分析,以及功能模块化和可重构性的方案设计等建议,可为国内航天器综合电子系统的在轨重构容错设计及相关研究工作提供参考。     

基于HLA的载人航天器飞行任务仿真平台研究与实现

面向载人航天器飞行任务仿真需求,根据载人航天器的特点以及高层体系结构(HLA)技术,提出了基于高层体系结构的载人航天器飞行任务仿真平台方案,设计实现了由运行管理、飞行指令、数据记录、数据可视化等功能,以及涵盖轨道、姿态、能源、动力学等多个专业仿真模型组成的仿真平台,给出了应用实例,并就仿真平台开发中的联邦开发过程、仿真模型接口软件、飞行场景三维可视化等关键部分进行了探讨。与单一的飞行任务仿真软件相比,该分布式仿真平台覆盖的专业面更全,验证内容更丰富,可扩展性更强。随着载人航天器系统飞行任务复杂程度的提高,通过对仿真平台的扩展和重用,可适应新的任务验证需求。该仿真平台可为复杂载人航天器的飞行任务设计验证提供依据,并对基于HLA的其他航天器仿真系统的联邦设计与开发具有一定的参考价值。     

基于国产抗辐照器件的数据复接存储技术研究

载荷数据的有效传输、处理、存储等是航天器的重要空间任务。针对某航天器多路数据复接下行和大容量固态存储的需求,设计基于NAND Flash芯片的大容量星载数据复接存储方案,利用FPGA芯片的高速数据处理能力和控制灵活性,控制NAND Flash芯片进行数据读、写、擦除操作,进而提高存储器的吞吐率,实现对多个数据源按要求进行数据记录、数据管理以及数据回放等功能。同时增加抗辐加固设计,满足航天飞行可靠性的要求。