基于反熔丝型FPGA的有效载荷可重构技术

针对在轨卫星功能维护、扩展和更新的需求，设计一种星载FPGA可重构方法。通过硬件三模冗余、软件三模比对，提高星载信号处理FPGA配置的可靠性；通过地面向卫星配置FPGA发送擦除、写、读指令，实现星载配置数据存储FLASH芯片的擦除、写、读操作，从而实现星载信号处理FPGA的重构，进而可以实现有效载荷功能的在轨更新或升级，减少硬件重复开发，降低成本。     

星载辐射计动平衡概述及在轨动平衡技术研究

作为卫星在轨对地探测的有效载荷,星载辐射计在轨扫描转动时的动平衡特性直接影响卫星在轨探测精度和姿态稳定度。文章介绍星载辐射计动平衡技术研究现状和发展趋势,并基于现有地面动平衡技术的局限和型号发展需求提出在轨动平衡技术的初步设想,阐述了在轨动平衡配平技术、测量技术和实时调整反馈控制技术,可为今后类似旋转式星载辐射计的动平衡设计和动平衡控制方法提供参考依据。     

"软件星"在快速响应空间中的应用

天基信息系统在战场感知、指挥控制与决策等方面作用日益显著。空间快速响应是天基信息系统发展的重要需求。文章介绍了“软件星”有效载荷的设计技术原理和系统基本组成,分析了其可重构多功能综合一体化设计特点,阐述了采用统一软硬件体系结构形成标准化模块化的多功能集成载荷系统是满足应急作战快速反应的基本要求,提供了一种基于“软件星”多功能任务载荷平台来实现快速响应卫星的通用设计途径,对发展快速响应空间技术具有重要参考价值。     

星载合成孔径雷达的几个发展方向

针对军事领域的应用,介绍了未来星载合成孔径雷达(Spaceborne SAR)的几个重要的发展方向,包括能三维成象的星载干涉合成孔径雷达(InSAR)、星载SAR的动目标检测、星载超宽带SAR、多频多极化星载SAR和分布式星载SAR。对从事星载合成孔径雷达及卫星系统分析和设计的工程技术人员具有一定的参考价值。     

小卫星星载容错计算机控制系统软硬件设计

创新一号低轨存储转发通信小卫星是中国第一颗重量在100公斤以下的小卫星，介绍了其星载计算机系统的设计方案。由于卫星采用了计算机集中管理方式，为保证星载计算机的可靠性，设计中对硬件使用了双计算机热备份冗余设计，星载计算机的可靠性同时通过软件和硬件协同容错设计来实现。卫星的星务管理、遥测、遥控、姿态控制、电源管理、通信控制、轨道控制等都需要通过计算机软件完成，介绍了这些软件的主要功能和容错设计。创新一号星载计算机采用了多项新技术，并经过了一年多的飞行测试验证，达到了预定的运行目标，星载计算机圆满完成了各项设计功能，证明了卫星计算机系统的安全可靠。     

基于固态硬盘的星载海量存储阵列研究与设计

针对当前星载设备对低成本、标准化及快速组装、快速测试的需求,提出采用基于SATA接口的固态硬盘(SSD)作为存储模块研制星载存储设备。文章首先分析了星载存储技术发展特点、对存储设备的技术需求,以及固态硬盘自身的特点,然后分别从固态硬盘在星载应用中的必要性、可行性及其在应用中的优缺点进行探讨,并重点说明了在星载应用中需要攻克的关键技术及与数传/载荷分系统的融合方法,最后从硬件原理设计、软件层次设计等给出一种可行的设计方案,可为星载固存设备研制提供设计思路。     

基于TLK2711的遥感卫星高速串行载荷数据接口设计

高分辨率遥感卫星星上载荷原始数据率不断提高,如何将高速载荷数据传输至后端数据处理设备已成为遥感卫星载荷接口设计的关键。在研究高速串行/解串(SerDes)收发器件TLK2711工作原理的基础上,提出了高速串行载荷数据传输接口的设计方案。通过在某卫星星载数据传输系统中的首次应用,实现了星上2Gbit/s的高速串行数据传输,工程试验和在轨验证表明了接口设计的正确性和可靠性,可为其它星载高速数据传输接口设计提供借鉴。     

支持多核处理器的星载分区操作系统设计

针对星载处理器由单核向多核发展的趋势和当前没有针对航天应用的星载多核操作系统、卫星无法发挥多核处理器性能优势的问题,文章研究了适用于航天任务的星载多核分区操作系统。设计了一种支持多核处理器的星载操作系统结构,采用多核处理器动态调度和静态调度相结合的方法,实现了星载多核处理器高效实时调度与确定性调度。通过分区管理设计,实现分区间隔离与保护,避免软件问题扩散影响其他功能。该系统还具有支持星载应用(APP)动态加载、通过软件构件技术实现星载应用快速组装与集成的特点,可为航天任务应用多核处理器提供安全可靠的软件运行平台,满足未来航天新型任务和多核处理器的需求。     

一种模块组装6U立方星的总体设计与在轨验证方法

从立方星实用化角度出发，提出了一种模块组装6U立方星的总体设计方法。首先，通过立方星结构布局的优化设计，将立方星平台部分和载荷部分分别布局于6U立方星的左右侧，实现了卫星平台和有效载荷的松耦合设计。其次，针对立方星星上和地面站资源有限的约束，提出了利用UHF/VHF+X频段的测控数传一体化方法，实现了立方星测控数传的模块化设计，解决了能源和体积约束条件下立方星大容量数据传输难题。再次，针对6U立方星模块组装的要求，分别提出了电源分系统、姿控分系统、离轨帆分系统的模块化设计方法。最后，以中国青少年科普卫星BY-03星为例，将紫外相机、计算光谱相机通过标准化接口设计，从而实现了卫星平台与载荷的模块化快速组装与集成测试。在轨试验结果验证了所提出的模块组装6U立方星设计方法能够适应多种有效载荷任务需求，并满足立方星快速研制与测试的需求。     

小卫星新一代CAN FD总线应用技术研究

针对现有小卫星CAN总线通信能力无法满足大规模星载软件在轨重构需求,文章在剖析高传输速率灵活可变数据率控制局域网络(CAN FD)总线技术特点后,提出了适用于小卫星软件在轨重构的新一代CAN FD总线技术应用方法,设计了卫星数据模型(SDM)、总线动态数据实时管理协议,进行了小卫星CAN FD总线架构设计,以及基于小卫星即插即用技术、静动态信息融合的CAN FD总线时序设计,解决了传统CAN总线协议无法适用于小卫星即插即用、高传输速率下总线通信时间占用率过高的瓶颈问题;通过设计CAN FD总线节点,对星载星务主机与下位机之间CAN FD总线通信进行了测试验证,结果表明:CAN FD总线通信协议很好地支持节点的即插即用,通信速率可以达到5 Mbit/s,满足小卫星星载软件的重构需求,可为后续小卫星工程应用提供参考。     

国际空间站信息系统方案

为了支持在轨系统和有效载荷的操作 ,由硬件和软件组成的空间站信息系统为处理器、工作站、大容量存储单元以及设备接口提供了一个高速、宽带网络。这种结构的关键点是 :1开放式的并且是非专用的 ,避免传统设计方法的浪费。 2结构化和标准化 ,支持组装、增长性和技术性插入。 3采用标准的与用户隔离的硬件和软件接口组成 ,使用户避免了系统的复杂性 ,并且简化了集成 ,缩短了设计周期 ,压缩了研制和维护费用。文中对国际空间站信息管理系统的结构、初期设计、接口和向用户提供的服务做了概要性叙述     

新型星载信息处理与控制微系统设计

研究星载信息处理与控制系统利用微系统技术解决空间装备小型化、高可靠、高性能与高效热管理的问题。首先介绍基于新型星载器件的数据处理与控制系统架构,然后通过以晶圆级处理、芯片堆叠、微凸点制备与微组装等为核心的三维微纳集成技术,将系统核心硬件部分缩小为原尺寸的20%,从而大幅减少体积、尺寸和重量。利用高导热封装材料,解决空间电子系统高效热管理问题,提出一种新型星载信息处理与控制微系统设计和实现的通用解决方案,并通过半实物仿真验证了在小型化、高可靠、高性能与高效热管理方面的优势。     

宽频段一体化硬件处理平台设计

为解决传统通讯卫星面临的问题,针对微纳卫星发展趋势和方向,将具备核心功能的载荷微小型化,提出了一种宽频段多功能一体化硬件平台设计方案,搭建的硬件平台具有体积小、重量轻、功耗低、集成度高、可重构的特点。为解决传统硬件平台功能固化,不能满足功能多、快速响应的问题,提出了一种基于软件无线电设计思想,构建宽频带可重构通用信号处理平台,最大限度使功能软件化,通过加载存储芯片中不同程序实现不同的算法功能,通过一体化设计有效实现高功能密度,大幅度地降低成本,缩短研制周期,通过部组件产品模块化、接口标准化,制定即插即用标准规范,从而构建面向不同应用场合和需求的硬件平台,为传统硬件平台提供了一种新思路,是未来硬件平台的发展趋势。     

基于TMS320C6701的程序冗余加载设计方法

为满足航天产品高可靠性、高安全性的要求,用户对软件存储和加载方式也提出了更多的需求,如程序三区冗余备份、在轨重构等。TMS320C6701是一款高精度浮点数字信号处理芯片,其运算速度快、实时性高,近年来广泛应用于电机控制、轨道运算等宇航软件产品中。TMS320C6701内部程序区和数据区独立,设计师需要编写二次引导程序实现代码和数据的先后加载。根据TMS320C6701的加载特性,将二次引导与重构功能结合,设计了一个引导系统。引导系统对应用软件进行三取二判决,将判决结果加载至RAM中运行,并通过总线实现应用软件的更新。实验证明,该系统可以通过总线通信对应用软件重构升级,大大提高了软件的可靠性和可维护性,且缩短了单机研制周期和维护成本。     

基于Kubernetes的航天地面应用软件架构设计与实现

为了满足航天地面应用软件功能组成日益复杂、资源动态重组、系统可用性要求越来越高等新需求，采用微服务架构思想并结合容器轻量级的特点，设计并实现了一套基于Kubernetes微服务管理的航天地面应用软件架构，详细介绍了微服务划分和部署、服务发现和负载均衡、服务动态更新以及服务高可用等关键功能并进行了关键性能测试。测试结果表明，架构有效提高了复杂化的航天地面应用软件的可用性、可复用性和资源利用率，极大地降低了软件开发和运维成本。     

基于TSV的星载微系统设计与可靠性实现

基于硅通孔TSV（Through Silicon Vias）的星载微系统，通过硬件框架设计、TSV关键工艺设计、CPS仿真设计、全流程测试及可靠性研究，最终在全国产化高温共烧陶瓷HTCC（High-Temperature Co-fired Ceramics）管壳内集成了抗辐照海量信息处理器、抗辐照大容量存储器、抗辐照微控制器、抗辐照38译码器等器件，形成43 mm×43 mm×5.65 mm的气密性封装星载微系统，具备高可靠、高性能的处理能力以及星上常用的控制和通讯接口，可用于星上载荷信息实时处理及星务平台控制管理，可以有效替代现有的板级产品，实现星载电子系统的小型化、集成化。     

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。     

某型号姿控动力系统气体减压阀性能测试系统设计

围绕某型号姿控动力系统减压阀性能测试需求,提出一种基于PC104总线测试架构的设计方案。详细阐述了减压阀性能测试原理、硬件设计方案和软件开发思路,着重介绍了软件开发需求、总体架构、用户程序开发思路和软件设计关键技术等。实际应用表明,该系统操作简单、携带方便,测试精度优于0.2%,控制定时精度优于1 ms,满足减压阀性能测试要求。     

多格式载荷数据处理与管理平台的设计和实现

为了解决现有航天器载荷数据处理软件灵活度差、处理效率低的问题,设计了一种基于多级解包预处理策略以及并行处理调度算法的多格式载荷数据处理与管理平台。通过在某卫星的载荷试验数据处理与存储管理任务中的应用,验证了该平台设计的可行性和有效性。研究结果可为航天器多种格式的载荷数据并行处理与统一管理提供参考。