星载子网1553B总线数据传输与管理

卫星正常运行要求星载子网的数据传输管理需具备可靠性、安全性与实时性,能够在规定的时间内完成传输任务,因此需要设计一种合理的数据传输管理方案来满足要求。考虑到1553B总线的数据传输具备速率高、可靠性好和实时性强等优点,选取1553B总线作为星载子网的数据总线,并提出了一种适用的数据传输管理方案。方案合理设计了星载子网的消息结构、消息种类、组网方式、消息传输机制、消息传输流程、消息传输时隙等。最后通过搭建测试平台对传输管理方案进行测试,测试结果表明此方案传输速率高、误码率低、实时性强,可以满足要求。     

星载子网1553B总线数据传输与管理CSCD

卫星正常运行要求星载子网的数据传输管理需具备可靠性、安全性与实时性,能够在规定的时间内完成传输任务,因此需要设计一种合理的数据传输管理方案来满足要求。考虑到1553B总线的数据传输具备速率高、可靠性好和实时性强等优点,选取1553B总线作为星载子网的数据总线,并提出了一种适用的数据传输管理方案。方案合理设计了星载子网的消息结构、消息种类、组网方式、消息传输机制、消息传输流程、消息传输时隙等。最后通过搭建测试平台对传输管理方案进行测试,测试结果表明此方案传输速率高、误码率低、实时性强,可以满足要求。     

卫星载荷1553B总线数据接口的设计与实现CSCD

卫星载荷总线数据流接口的实现对于卫星载荷数据流的传输体制能否正常工作起着关键性的作用,设计合理的数据流管理方案对于卫星载荷之间的正常通信至关重要。MIL-STD-1553B总线数据传输速率高,实时性好,具有合理的差错控制措施和特有的方式命令,适合星上大数据量的传输任务和特定环境的需求。本文使用龙芯配置卫星载荷1553B总线的工作模式,合理设计载荷数据流的传输形式,实现卫星载荷1553B总线的数据流接口。测试结果表明,数据接口可靠性高,实际应用效果好,满足卫星上的通信设计要求。     

面向星载应用的地面测试系统设计CSCD

星间数据传输体制要求星载设备数据传输具备实时性、高精确性,在数据传输过程中必须保持节拍同步。相关星载设备在上天前要进行严格的数据流测试以保证满足要求,因此在地面搭建数据流测试系统有重大的意义。本文通过对1553B总线仿真卡进行二次开发,完成了地面测试系统的设计。对相关星载设备的测试结果表明,该系统实现了1553B总线中的BC-RT(总线-远程终端)、RT-BC(远程终端-总线控制器)、RT-RT、MT(监视终端)传输模式,完成了限定时间内规定数据量的正确传输,保证了数据传输节拍的同步,确保了对相关星载设备的数据流测试。该系统不仅能够满足相关星载设备的测试需求,而且可以作为一种通用的数据流测试平台,较好地提供了1553B总线数据级的测试手段。     

1553B总线控制器编解码设计

1553B总线以其可靠性高、实时性好的优点被广泛应用于航天领域.针对目前中国采用进口芯片实现1553B通信存在的弊端，这里采用FPGA来实现1553B通信.当前1553B解码器只支持正负信号同时输入.本文对解码器进行改进，实现支持只正端信号输入、只负端信号输入和正负端信号同时输入三种模式.根据1553B编码器和解码器的设计过程和工作原理对所提方案进行测试.结果表明，本文设计方案与采用进口芯片的方案相比，测试结果一致性良好.经过大量测试，这里设计的具有自主知识产权的1553B IP核运行稳定，能够满足航天工程化的要求.      

基于脉冲超宽带的星载高速无线数据网络设计

针对卫星内高速数据通信现有的点对点LVDS线缆通信带来的线缆束缚、布局困难、成本增加的难题，提出一种基于脉冲超宽带的星载高速无线数据网络设计方案，介绍了脉冲超宽带收发机、高速无线网络协议和无线网络节点软硬件设计的关键技术.发射机采用阶跃恢复二级管（SRD）产生皮秒级脉冲信号；超宽带脉冲接收采用幅度检测方法；无线高速网络协议设计参考美国军用数据总线标准MIL-STD-1553B协议，采用时分制指令响应机制，对1553B标准的许多指标进行扩展以适应UWB无线信道和高速传输特点，并通过FPGA成功实现.测试显示，地面演示系统应用层数据传输误码率小于10-9，表明了基于脉冲超宽带的星载高速数据网络设计的可行性和可靠性.      

基于时间触发的1553B总线实时调度设计

为了优化1553B总线传输性能,降低总线消息传输的等待时间,提高总线带宽利用率和紧急消息响应的实时性,对1553B总线调度方法进行了研究,将周期性调度和抢占式调度策略相结合,设计了一种基于时间触发的1553B总线实时调度方法。在时间触发的基准下按优先级对总线消息进行集中调度,总线帧在总线上传输的时间内,处理器无需等待,可以继续处理其他任务。利用总线数据区分区的特性,设计了紧急消息打断普通总线消息传输的抢占式调度策略,避免了非重要数据较长时间占用总线通信信道,使得紧急消息能够快速响应。试验结果表明,该调度方法实现了总线消息尽最大能力传输,不仅能够较大幅度地提高1553B总线传输效率和带宽利用率,而且紧急消息的响应时间稳定在2ms以内,为紧急消息的实时响应提供了保证。     

基于ASIC技术的1553B IP核的设计

针对卫星轻小型化的应用需求和现有1553B总线接口设计存在缺陷的问题,提出一种面向航天器综合电子的1553B总线协议ASIC芯片设计方案,并介绍了自主研发的1553B协议IP核设计. 1553B IP核采用自顶向下的设计方法,使用Verilog硬件设计语言进行编程,实现了1553B总线中的总线控制器BC和远程终端RT功能. 分别从1553B IP核总体框架、BC/RT共享模块、BC功能模块和RT功能模块详细介绍了IP核的设计.1553B IP核设计完成模块仿真验证、ASIC芯片系统仿真验证和FPGA验证,通过DDC的1553B板卡对设计进行验证,误码率小于10-9. 实验结果表明,本IP核设计具有可靠性高、可移植性强、资源占用少、实时性好的特点.      

基于FPGA&1553B的星载数据采集系统设计

卫星在轨工作时因尘埃撞击、作动机构动作引起的颤振的高精度准确测量,对实现振动补偿、图像修正,进而提升遥感卫星的对地分辨率具有重要意义。本文基于FPGA和1553B总线的架构,设计了用于在轨卫星颤振测量的数据采集系统,对系统的多路同步采集、存储、传送以及抗辐射可靠性等关键问题进行了详细分析和设计,并通过硬件设计实现及试验验证了系统的功能。测试结果表明所涉及的数据采集系统样机满足星载测试要求。     

基于遗传算法的运载火箭总线消息调度优化设计

运载火箭控制系统采用1553B总线、按照预先设计的调度表传输周期性消息。针对当前总线消息调度表的设计方法对负载均衡考虑较少的缺陷,在构建1553B总线消息周期调度表数学模型的基础上,引入遗传算法进行最优化设计。该算法将负载率参数的多目标优化问题转换为遗传个体适应度的单目标优化问题,采用“精英保留”遗传策略,有效避免了个体退化,算法稳定高效。数学仿真计算结果表明,总线消息周期调度表求解高效,负载均衡大幅提高,验证了优化设计方法的有效性。     

FC-AE-1553网络传输性能评价

为了提高航天航空网络传输性能,提出一种通用的FC-AE-1553网络传输效率计算方法并研制高性能FC-AE-1553节点卡.首先,对FC-AE-1553网络的消息传输过程进行详细分析,分析信息类型,给出传输帧的格式建议,通过分析FC-AE-1553协议中各类消息传输的时间参数,结合FC标准中对通信时间的要求,提出FC-AE-1553网络交换中各种消息类型的通信时间计算公式.然后, 针对无差错传输和有差错传输两种情况,给出了网络传输效率的计算方法.最后,通过仿真分析数据帧净荷长度、节点处理时间、交换中序列数量、传输误码率、丢包率等参数对FC-AE-1553网络传输效率的影响,给出了网络优化设计的建议.依托某航天工程任务,研制了基于XC5VFX100T和MPC8536E的FC-AE-1553节点卡.实验结果表明:丢包对传输效率的影响可忽略;数据帧净荷为2 048 B,数据帧数量为16时,传输效率可达到77.2%.      

FC-AE-1553网络的“并发交换式”动态带宽调度机制

为提高航天航空网络传输性能,针对低轨空间舱内有效载荷系统的特点及有效载荷系统数据传输的要求,将空间有效载荷系统的数据分为周期性业务、突发性业务及强时效性业务3种业务类型,并综合分析3种业务特征,提出了一种可应用于FC-AE-1553网络的“并发交换式”动态带宽调度（DBA）机制,即突发性业务传输采用“并发交换式”的动态带宽分配,周期性业务采用静态固定带宽分配,强时效性业务采用抢占式带宽分配的方案。采用理论分析和仿真验证的方式分析了该调度机制的可行性,并通过OPNET仿真软件建立了FC-AE-1553网络仿真平台。结果表明,相比FC-AE-1553网络传统的“总线式”调度机制,所提机制可将FC-AE-1553网络的吞吐量提高10倍以上,且当网络节点数为32时,FC-AE-1553网络的吞吐量可从2.8 Gb/s提高到46 Gb/s,突发性业务的平均时延可降低1个数量级。      

高速数据总线研究

通过对美国军用标准MIL-STD-1553 B总线协议在高速数据通讯中受到限制的分析,提出了现实解决办法。利用同步信号检出电路的改进和微程序控制器工作模式变化,使码速率提高一倍。上述两种技术的应用较好地解决了计算机高速处理能力和高速信息传输介质之间的瓶颈问题。     

基于BM3803的1553B总线通信软件设计

在某卫星地面检测设备中使用BM3803处理器来模拟卫星中的总线控制端对远程终端进行检测,构建了比传统的Windows+1553B_PCI板卡方案实时性更强的卫星数据仿真平台。首先向BM3803移植了实时操作系统μC/OS II,设计了适用于BM3803的板级支持包,保证了软件的可在轨更新和任务的实时性,确定了用户任务与硬件高度分离的软件结构。在设计μC/OS II的用户任务时,充分利用BM3803和B61580的校验功能,提高了软件的可靠性。最后令本设计和Windows+1553B_PCI板卡方案完成相同的用户任务,对比可得本设计有更好的实时性,可满足卫星高层通信协议对实时性的要求。