基于ECSS标准的航天器姿轨控系统内1553B总线数据协议设计

摘要： 国内外航天器姿轨控系统广泛应用基于1553B内总线的体系结构.针对国内航天器姿轨控系统内部1553B总线数据协议不统一带来的可集成性、可扩展性和通用性差的问题，本文设计了基于ECSS标准的姿轨控系统内1553B数据总线协议，从姿轨控系统内部总线数据业务需求分析出发，提出了四层结构的数据协议体系结构，重点介绍了在应用支持层和链路服务层应用ECSS标准的总线协议设计，并说明了协议的应用情况.应用该国际通用的标准协议，有助于实现国内航天器姿轨控系统内1553B总线数据协议的标准化，进而提升姿轨控系统体系结构的可集成性、可扩展性、以及星载设备(含软件)的通用化.     

高轨卫星星载计算机优化设计与实现

首先对当前星载计算机系统在高轨卫星领域的应用现状进行了分析，主要涉及处理器最小系统的存储器设计、数据共享及总线协议设计等。针对上述3个方面存在的不足，提出了处理器最小系统存储器优化设计方案，解决了存储器应用与选型的困境；采用“存储器+FPGA电路”的设计方法，实现了主备机数据共享；提出了一种自适应总线协议设计方法，解决了1553B总线协议通用性较差等问题。提出的设计方法，在中国下一代大容量通信卫星平台的星务计算机系统中得以应用，并取得了较好的效果，为星载计算机系统后续优化设计工作提供了新的思路。     

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.      

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。     

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.      

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。     

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。     

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。     

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。     

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%.      

无人直升机系统CAN总线应用层协议设计

为了将CAN(Controller Area Network)总线应用于无人直升机系统,设计一种具有通用性的CAN应用层协议.针对CANaerospace V1.7版协议在无人直升机系统应用的数据定义、测控带宽等问题进行改进.重新设计定义了基本帧格式和数据标识号,提出一种适用无人直升机系统应用的CANauh协议.为了对CANauh协议进行验证,以一种基于CAN总线的无人直升机航空电子系统为对象进行CAN总线数据内容、调度表、总线负载的设计和CANoe数字仿真.CANauh协议在10 ms基本周期的总线负载为40.83%,数据可扩展定义空间为67.4%,测控系统带宽具有66.7%的占空比,满足无人直升机系统的指标要求.CANauh协议可以促进CAN总线在无人直升机系统中的应用,避免重复性设计,增加各个系统间的互操作性,降低开发维护成本.      

航空电子系统的光纤网络结构与技术

针对先进航空电子系统对数据网络的高速和混合通信的需求,基于分布式控制、实时存取和故障容忍的设计思想,进行了分布式光纤网络的结构设计和协议选择.重点分析了光纤链路、介质访问控制协议、拓扑、容错技术和网络管理软件.分析结果表明,基于1394b总线的分布式容错光纤网络能提供确定和可靠的通信,同时该吉比特光纤链路满足误码率要求且功率余量达13dB.因此它是具有高带宽、低延迟和易扩展优势的高综合网络结构.      

基于双CAN总线的数字伺服通信协议

分析了目前国外先进数控系统现场总线的通信特性,提出和定义了一种基于双CAN(Controller Area Network)总线的数控系统位置控制通信协议——CANsmc(CAN for Synchronous Motion Control).CANsmc采用主从式的双通道网络,由一个主站和最多61个从站组成,实现了带有广播同步电报的轮询式通信.协议以通用的CAN总线芯片为硬件基础,利用CAN芯片通信报文的描述符定义出CANsmc的通信报头.CANsmc共定义了3种电报类型:主站同步电报MST,主站数据电报MDT和伺服电报DT.主站通过主通道向从站发送MST和MDT,从站在收到MDT后通过从通道向主站反馈DT.最后,建立了一个CANsmc实验验证系统,用软件的方式实现了CANsmc协议,主站基于PC机ISA总线,从站是一个位控卡,可以实现位置、速度、回参考点等多种控制.实验证明,CANsmc总线可以满足先进工业机器人和数控机床控制系统的应用要求.      

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。     

基于微处理器的同步串行接口技术研究

设计了一款基于SPI接口的同步串行通信模数转换电路，通过使用MCU片内寄存器配置编程与I/O口模拟时序输出编程的不同方法实现了芯片间SPI同步串行通讯，适应了具有多路SPI通讯接口的复杂集成电路系统设计需求，该技术具有较高的工程应用价值。     

基于PC104的某型相机操纵器检测系统

针对新型航空相机操纵器的特点,提出基于PC104单板机的综合检测系统,介绍了检测系统的总体设计,描述了ARINC429、ARINC407及串口差分信号接口数据的模拟设计。通过模拟航空相机及机载总线数据的收发,实现对操纵系统机载总线数据接口状态的实时检测,并可利用串口实现系统状态信息收集,监控诊断操纵器状态。经实验证明,该检测设备仿真的总线数据准确,按维护规程要求实现对操纵器性能的全面检测,满足设计要求。     

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。