先进制程芯片在轨飞行验证通用系统设计

中国空间站的建立为国产先进制程芯片提供了真实的在轨飞行验证条件。为实现不同种类、不同型号国产先进制程电子元器件在空间辐射环境中的验证,设计了一种通用的在轨飞行验证系统。系统采用“主控单元+试验单元”的平台架构,运用在轨可更换模块和可重构的系统设计,支持航天员定期在轨更换试验模块以完成验证任务的在轨升级。文中给出系统的硬件设计、软件数据管理机制以及在轨飞行验证结果。结果表明,该系统设计有效,成功完成了16 nm FinFET、28 nm亿门级FPGA、高速DAC等10类20余款国产先进制程芯片的在轨工作监测,可为国产先进制程芯片空间适用性研究提供参考。     

一种基于历史遥测数据的在轨卫星故障预警系统

对在轨卫星遥测数据的变化规律进行了分类,研究了数种主流的数据预测理论并分析了其适应性,由此提出了一种基于历史遥测数据的在轨卫星故障预警系统构架,并定义了其中各模块的功能以及接口关系,给出了实际应用的效果。这个系统对及早发现故障、维持在轨卫星的安全稳定运行具有重要价值。     

空间站在轨组装的微纳卫星模块化设计与集成方法

针对空间站在轨组装微纳卫星的特点,提出了一种面向空间站站内人员在轨组装的微纳卫星模块化设计与集成方法,此方法提供了基于标准结构板与模块定位销的空间站内微纳卫星装配方案,与现有模块化集成设计技术相比,得益于良好的上行力学环境,卫星结构、功能模块无需高强度结构设计,组装的卫星更轻巧;具有在空间站失重环境、工具有限条件下宇航员快速便捷完成模块装配、连接、去除、增加、更换等各种操作的优点;采用开放式组装架构,扩展性强,可根据任务需求,实现不同功能微纳卫星的更快组装、部署.可为我国空间站在轨组装及部署微纳卫星提供设计参考,有效降低空间站在轨组装难度和工作量.     

国外卫星在轨操作系统发展分析

卫星在轨操作任务主要包括：在轨燃料加注、在轨模块更换、在轨发射、在轨空间碎片清除等。值得指出的是,在轨操作可以针对己方航天器进行,也可以针对敌方航天器进行。     

基于SOIS的星载平台软件架构设计探索

为适应星上信息处理发展需要,文章探索新的星载平台软件架构设计。新架构设计参考了空间数据系统咨询委员会(CCSDS)的航天器在轨接口业务(SOIS)建议书中的信息处理流程,汲取其把应用软件和信息处理软件分离的思想,并结合有线和无线总线在软件外部接口应用的选择。此架构接口统一,可适应多目标多变量的发展需求,信息处理软件可支持大容量数据存储和传输,使应用软件可获取更丰富的信息,有利于提升卫星自主管理能力和在轨操作能力。     

基于TMS320F2812的CAN总线接口通用电模拟器研制

基于TMS320F2812及其内置CAN总线控制器,开发了一套适合多种CAN总线接口配置要求 的通用电模拟器硬件系统,用于某型卫星地面电联试系统中敏感器电模拟器的研制,取得了 良好效果。该电模拟器硬件系统具有CAN总线接口配置灵活、数据处理能力强、应用程序开 发方便、通用性强等特点,可用于卫星地面电联试系统中的多种电模拟器开发研制。
     

模块化弹载测控设备内总线交互技术研究与应用

长期以来,模块化设计一直是弹载测控设备主流的实现方法。然而,模块间的信息交互方式没有统一的标准,研制单位根据自身的技术特点、信号特征进行定义,其定义的方式直接影响或决定了弹载测控设备实现的难易程度。为研发一种高效的弹载测控设备内部互联技术,使得在弹载测控设备性能要求越来越复杂的当下,让模块的连接更简单更高效,通用化程度更高,本文从功能上及硬件上对弹载测控设备进行精细化架构划分,分成三大核心模块及功能扩展模块,并定义一种高效的模块级内总线接口形式及协议。总线包含一次供电、二次供电及内部交联信号的输入输出,信号的交互采用半双工总线形式,各模块均可在线访问总线,在线编辑总线。经设计与实验验证,采用该总线的设计方法使得弹载测控设备对外接口交互简单,在线生成遥测PCM (Pulse Code Modulation,脉冲编码调制)码流便捷高效,功能扩展模块可自由地叠加或减少,不增加总线接口的硬件负担,使得弹载测控设备通用化程度很高。     

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.     

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。     

一种面向卫星应用的新型存储器和FPGA设计与实现

可靠性对在轨卫星的安全意义重大。由于空间环境辐射和单粒子效应,卫星系统多次发生在轨异常,对在轨卫星系统工作的连续性、稳定性和安全性造成了严重影响。文章针对卫星在轨空间环境和单粒子问题,提出一种基于铁电材料的高可靠、抗辐射的CPU和FPGA解决方案。一方面,设计了和通用接口兼容的新型铁电存储器,其抗辐射总剂量大于10000Krads（Si）,对单粒子效应几乎具有完全的免疫能力;另一方面,设计了基于铁电编程单元的新型FPGA,该FPGA不需要外部PROM,具有很好的经济性和应用前景。     

他山之石 可以攻玉——国外卫星在轨操作系统发展分析

卫星在轨操作任务主要包括在轨燃料加注、在轨模块更换、在轨发射、在轨空间碎片清除等。值得指出的是,在轨操作可以针对己方航天器进行,也可以针对敌方航天器进行。能够通过在轨加注延长航天器寿命,也可以利用交会对接和空间机械手技术将敌方航天器拖离目标轨道,具有巨大的商业和军用潜力。     

在轨模块更换任务动力学与控制仿真系统

航天器在轨模块更换任务的总体仿真是对总体方案进行系统性分析和论证的重要手段。文章基于天基平台在轨模块更换技术的研究,搭建了在轨模块更换仿真演示验证系统,介绍了仿真系统总体架构,建立了包括空间环境、轨道、动力学、控制、电源、测控等各分系统在内的仿真系统。重点对交会对接、在轨模块更换过程涉及的航天器平台及机械臂的动力学特性...     

面向在轨服务的可重构细胞卫星关键技术与展望

为解决传统航天器设计模式所面临挑战,本文分析了当前航天器设计的技术现状和体系结构不能满足在轨服务要求等突出问题。以“凤凰重生”的设想为代表,提出了面向在轨装配任务的可重构细胞卫星技术,分析了细胞卫星的内涵和结构及接口设计理念。针对面向空间装配的在轨服务所面临的挑战,提出了可重构细胞星的关键技术,包括构型优化、信息融合、多细胞结构的控制和针对精细装配的空间遥操作等。最后针对我国的技术现状,提出了我国开展细胞卫星研究所需解决的问题和未来发展建议。     

北京三号A/B卫星数传智能处理器在轨处理关键技术及应用

针对北京三号A/B卫星高速数据处理和传输需求,采用全路由总线互联架构,全新设计了第五代数传基带处理设备智能处理器,给出了相关功能、指标和特点;重点介绍了智能处理器中软件定义功能的高性能异构计算单元、高性能遥感影像在轨处理技术、数传任务自主管理技术等在轨处理关键技术;最后,给出了智能处理器试验验证和应用情况,其具备硬件平台通用、软件定义功能,大幅提升了常规数传能力,创新实践了多种智能数传功能,通过北京三号A/B卫星成功在轨验证及应用,智能处理器可作为成熟产品应用于后续空间高速数传任务。     

卫星并行测试中测控前端通用化设计

为了提高卫星测试效率、降低卫星测试成本,提出了一种并行测试的卫星测控前端通用化设计方案。卫星测控前端采用通用化数据结构,可满足多颗不同卫星并行建立独立数据流的需求;采用通用数据处理流程和通用的模块化接口封装方法,同类功能模块采用统一接口,数据处理流程通过动态选择相应的功能模块完成不同测试状态下的卫星测试工作。实际应用结果表明,卫星测控前端通用化设计在多颗不同卫星并行测试过程中,能有效降低设备成本,减少人员数量需求。     

高分多模卫星自主健康管理系统设计与验证

在分析现有遥感卫星自主健康管理系统不足的基础上,提出了高分多模卫星(GFDM-1)自主健康管理系统设计架构,给出了关键设计内容,提出了故障判决条件优化设计及操控接口与事件报告规范化的设计思路。卫星在轨运行结果表明:高分多模卫星能自主对整星健康状态进行实时监测;并在故障发生时,实施自主诊断、隔离和恢复,最大限度地保证卫星安全;能有效监测并报告,短期可自恢复异常;提高了卫星在轨自主运行的可靠性及地面运行管理的效率。     

多源卫星信息在轨融合处理分析与展望

针对自然灾害监测、海洋目标监视等多星协同探测应用场合,首先分析了多源卫星信息在轨融合处理的必要性,其次总结了国内外卫星数据在轨处理的研究现状和存在的问题,然后在此基础上从星上探测、通信和计算资源出发,分析了适应在轨处理的在轨自主任务规划、目标信息表征、多源卫星信息目标在轨关联、多源卫星信息在轨特征融合、星地协同数据处理...     

卫星在轨故障定位的系统分析方法

近年发射的卫星数量与日俱增,在轨卫星故障案例也随之增多,造成许多重大损失。在此背景下,文章提出了一种卫星在轨故障定位的系统分析方法,给出了系统分析流程和方法,通过三系统关联故障分析、通路故障分析和总线故障分析将系统级故障逐步分解,转化为设备级故障,最终通过试验验证将故障定位,同时给出了计算机辅助分析方法。该方法系统性强,快速易用,定位准确,已经在多次卫星在轨重大故障定位中得到了应用,效果良好。     

模块化自适应热控技术体系研究

针对现有的两种热控技术体系尚不满足未来航天器要求的在轨服务能力,文章结合热控单项技术在可维修、自适应方向的发展现状,从系统层面和热量的收集、传输、排散各环节对潜在的可维修热控技术进行了分析,提出了未来的发展方向,构建出新的"模块化自适应热控技术体系"。该技术体系基于热总线,主动热控装置、设备的适应性和鲁棒性更强。在此基础上,提出了可更换、可修复、可重构和可补充4种热控系统在轨维护类型,并初步研究了各类型的实施方案和可行性。     

硬X射线调制望远镜卫星1553B总线芯片RAM故障容错设计

针对硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星总线控制器(BC)端和远程终端(RT)1553B总线芯片的使用特点,提出了一种针对性的容错设计。通过上注指令,触发计算机检测总线芯片随机存取存储器(RAM)区故障范围,并根据故障情况,使用RAM备份区域替换故障区域,从而使故障芯片恢复正常。在HXMT卫星及后续遥感卫星中,对此方法进行了软件实现和验证,结果表明:该方法可灵活便捷地处理多种总线芯片RAM区故障,避免了采用传统在轨维护方法给整星安全带来的风险。