一种航天器综合电子系统业务及协议体系架构设计

对航天器综合电子系统的通用功能需求进行分析,设计了基于空间数据系统咨询委员会(CCSDS)标准和欧洲空间标准化合作组织(ECSS)标准的综合电子系统业务及协议体系架构。体系架构包含应用层、应用支持层、传送层和亚网层,可通过各层的业务及协议组合实现系统功能。从标准业务及协议的选择过程、业务及协议体系架构设计、解决的关键技术问题等方面进行详细阐述。该体系架构可为航天器的智能化和网络化提供技术支撑,实现器载接口及协议的标准化,促进航天器设备和软件的通用化,并为航天器提供更为灵活、强大的功能。     

一种分布式航天器综合电子系统设计

以综合电子系统层次模型为基础,提出并实现了一种分布式航天器综合电子系统设计方案。该方案以标准通用硬件模块、ASIC芯片、分层总线体系结构和空间通信协议体系作为基本的技术支撑,采用分布式的协同和并行处理,既可以提升信息网络服务能力和信息计算处理能力,也可以实现硬件模块和资源的共享及任务迁移和系统重构。在航天器上的应用表明:此方案可有效提升综合电子系统的运行效率及任务处理能力,增强综合电子系统对故障的容忍和处理能力,也能够显著提高综合电子系统的研制效率和产品化程度,使综合电子系统为构建高可靠、智能化的航天器提供所需的技术保障。     

北斗三号卫星综合电子系统设计

作为在轨网络化与智能化信息处理的中心,北斗三号卫星综合电子系统采用分级分布式网络体系结构,以网络化、扩展性、高可靠为原则,实现星座复杂业务信息统一处理和共享。基于标准空间链路协议、空间子网与星内子网分级网络拓扑实现通信网络化,基于接口标准化实现软硬件模块灵活扩展,基于分级故障检测与处置、功能与信道容错、可靠重构与维护及自主健康与任务管理技术保证卫星服务连续性。工程实践表明,北斗三号卫星综合电子系统有力支持分组分批研制及长期可靠智能自主运行,为未来大型复杂航天器电子信息系统的设计提供参考。     

以综合电子技术构筑航天器智能化的坦途

未来航天任务要求航天器具备在轨智能处理的能力,而综合电子系统是航天器智能化的中心。一种为未来智能化应用开发的航天器综合电子系统,将传统的遥控、遥测和数据管理功能集成为一个简便易用的标准服务功能包,同时在具有统一信息网络服务的通信能力,以及支持分布并行计算、模块化扩展升级、系统重构的计算能力和存储能力等,为在轨智能处理建立了所需的硬件和软件支持。利用这些基础结构,应用过程可以专注于航天器智能处理的实现,从而完成各种复杂任务。     

一种开放式模块化星载综合电子系统的设计与实现

为了提升卫星综合电子系统的标准化、通用化设计能力以及智能化、网络化应用水平,本文提出并设计了一种开放式模块化星载综合电子系统,通过了工程型号的实际应用验证。该综合电子系统以层次化的总线体系结构以及通用化的硬件模块、软件构件为基础构建形成一套标准服务功能包,能够根据不同的任务场景按需选装所需的功能单元,显著提升综合电子系统的货架式集成组装研制能力,同时借助统一的信息通信服务网络和软硬件基础组件,为综合电子系统的模块化升级扩展、设备级的功能重构与重组、系统级的故障容忍和恢复能力奠定了坚实的基础,为实现航天器整体的高质量、高效率、效益研制与运行提供了有力的技术支撑。     

基于IPv6 和空间包协议的空间路由策略设计与分析

针对卫星星内和星间一体化组网问题,结合已有的智能化航天器综合电子系统协议体系架构,提出了基于IPv6和空间包协议的空间路由策略。该策略借鉴IPv4和IPv6的隧道机制,利用空间包局部信息与IPv6全局信息的映射完成协议封装。以星载路由器为核心搭建演示验证系统,通过典型实例验证该策略具有一体化组网的可行性。在分析策略存在的灵活性问题基础上,提出了定制空间包格式、修改协议信息表的优化措施。该策略的设计与其在星载路由器中的实现,可为我国天地一体化信息网络的构建提供参考。     

ARINC659总线在航天器综合电子系统中的应用研究

ARINC659总线是一种标准的多点串行通信总线,具有完备的数据通信确定性和容错性特点,非常适合在对可靠性和冗余容错性要求较高的航天器综合电子系统中作为标准背板总线。文章在对ARINC659总线架构以及通信机制研究的基础上,结合综合电子系统的标准总线体系结构,重点对基于ARINC659总线的综合电子硬件模块、软件驱动程序和表程序设计等内容进行了详细描述。应用ARINC659总线,不仅能提升航天器综合电子通信的确定性和容错性,也能使综合电子系统的设计由事件触发向时间触发模式转变,由集中式控制管理向分布式并行处理转变,从而显著提升航天器综合电子系统的故障定位、并行数据处理、快速组装与测试能力,以及提高航天器综合电子系统资源的利用率。     

软件定义航天器系统架构设计

软件定义技术的高速发展有望引发航天产业新一轮的技术革新。文章分析了未来航天器发展的总体趋势和软件定义航天器的发展现状;针对未来航天器灵活、自主和快速的发展需求,提出了一种软件定义航天器系统架构,其具有设计分层化、接口规范化、硬件通用化、功能软件化和资源虚拟化等技术特征。相比以往的航天器系统架构,它将软件定义扩展至整个航天器,并充分考虑了航天器的固有特征。文章分析了该架构对未来航天器发展需求的满足情况,梳理了开放架构与规范、器载操作系统、器载超算平台和安全机制4项关键技术,并提出进一步细化系统架构、形成标准规范的发展建议。     

下一代卫星导航系统运行控制系统网电安全构想

基于下一代卫星导航系统卫星智能化、链路网络化、天地一体化、对抗实战化等发展趋势,文章构想和设计了下一代卫星导航系统运行控制系统网电安全体系。首先,论证了下一代导航系统运行控制系统的天地一体化特征及其网电安全的内涵;然后,从链路、网络、信息等方面进行运行控制系统网电安全威胁分析,论证了集检测、防护、评估和升级于一体的网电安全分层防护需求;最后,基于安全防护需求,构建了由技术层、基础层、流程层和目标层组成的网电安全体系架构,重点明确了网电安全技术措施及其防护作用。此外,对干扰自动探测防护微波空间链路、空间网络安全协议、卫星在轨自主安全运行等重点技术进行了分析和展望。     

多航天器在轨管理模式建立与实践

针对航天器在轨管理工作评价颗粒度粗、技术监视手段不足,以及服务质量和管理效率不能满足用户需求等瓶颈问题,提出了以提炼管理要素为手段、全流程精细化管理为核心的多航天器在轨管理模式,并提出了智能化、多元化、集约化等支持与保障方式。实践结果表明:多航天器在轨管理模式有效提升了在轨管理效能,确保了170余个航天器的在轨稳定运行,提升了航天器运行管理能力及用户满意度。     

航天器综合测试技术发展与展望

航天器综合测试技术将面临从传统的基于"实物航天器"的测试技术到基于"实物航天器+数字航天器"的测试技术的转变。文章从航天器综合测试自动化、智能化、数字化需求出发,以测试技术发展为主线,以测试基本原理方法为重点,从航天器综合测试技术体系架构、测试设计与实施要点、测试技术发展等方面,全面介绍了航天器综合测试技术基本内容与发展趋势。     

应用国产芯片的星载高可靠综合电子系统设计

星载综合电子系统是面向空间复杂不确定环境,通过高性能计算单元实现信息获取、资源调度及任务规划的信息系统。针对目前综合电子系统的高可靠性和国产自主可控性的不足,文章设计了一种应用国产高性能CPU和SRAM型FPGA的星载高可靠综合电子系统,具备多模冗余和故障自主检测恢复能力。同时,提出了具备防误触发设计的短时断电恢复方法以及具有容错模块的双机备用系统设计方法,解决了星载常加电单机的单粒子闩锁恢复问题,建立马尔可夫容错模型计算综合电子系统的可靠性指标,提高了可靠度计算的准确性。     

CCSDS存储器访问业务在航天器综合电子系统中的应用研究

针对未来航天器中多元化的用户业务对星载设备中数据的采集、存储、修改等处理以更灵活、高效的方式实现的需求,研究分析了CCSDS制定的存储器访问业务的特点、作用及基本的工作原理。通过分析可知,应用CCSDS存储器访问业务可以有效解决当前星载综合电子系统的局限,满足未来航天器数据处理的更高要求。文章提出了其在航天器综合电子系统中的应用场景、可行性、方法和工作模式,对存储器访问业务在未来综合电子系统中应用的优势进行了初步探索。     

大规模天基组网演化建模及效能评估方法

针对未来天基体系所呈现出的大规模、网云化和智能化等发展趋势,文章围绕大规模天基体系架构,对大规模天基组网演化建模开展研究,并对大规模天基体系综合效能评估方法进行分析,提出了一种天基体系效能评估总体思路架构,主要包含三个部分：大规模天基体系高动态演化特性分析,网络化指标体系构建方法设计以及天基体系效能评估方法设计。从模拟验证平台构建支撑演化以及效能评估分析的角度进行了探索,为我国大规模天基体系的设计和研究提供参考。     

国外航天器电子系统的几个重要发展趋势

首先,界定了所讨论的航天器电子系统的范畴,即限于航天器平台或公共服务模块部分的电子设备。然后,从分布式模块化结构电子系统发展、工业标准体系的应用、空间电子单机与元器件先进制造技术影响和数字化设备应用等方面,综述了国外航天器电子系统技术十余年的发展成果和趋势,其中重视系统体系结构研究、工业标准向空间技术领域推广等经验值得借鉴。     

航天器综合测试信息管理平台构建与应用

针对航天器研制中综合测试工作周期长,管理难度大,缺乏全过程信息协同管理系统的问题,提出了航天器综合测试信息管理平台设计架构及关键技术,实现了单航天器综合测试全生命周期的信息化管理和多航天器并行测试过程的集中监控,为提高综合测试的集成优化和效率提供了支持工具。     

航天器自主热控功率波动抑制方法

在现有智能化卫星综合电子系统的基础上,针对自主热控功率波动问题,文章提出了一种航天器自主热控功率波动抑制方法。该方法将自主热控划分为温度采集、占空比控制、功率波动控制、回路开关控制共4个步骤。通过智能功率驱动芯片实现了短时间内批量切换加热回路通断状态。在此基础上,以控温周期为单位实现了对各加热回路的矩阵式占空比控温。通过调整控温周期内加热器开关矩阵分布,抑制自主热控过程中的功率波动。经地面试验验证,本文设计的方法在满足热控需求的基础上,降低了自主热控过程中出现的峰值功率,并对各控温周期间和控温周期内的功率波动起到了良好的抑制作用,已在多颗智能卫星上得到应用并取得预期效果,可为后续航天器软件设计提供参考。     

卫星综合电子系统现状和发展建议

文章首先总结了国内外卫星综合电子系统现状和发展趋势,在充分分析我国航天器对综合电子系统的需求的基础上,提出了我国卫星综合电子系统的发展思路。     

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。     

信息集成在航天运输控制系统中的应用研究

文章从信息集成的角度提出四项一体化设计方法。制导与弹道的一体化设计,采用联立法实现用统一的架构解决复杂约束下飞行器自主动态轨迹规划问题。结果表明这种架构能够灵活处理各种约束条件并具有很高的控制精度,后续的重点是进一步提高计算效率。自检测BIT与地面测试的一体化设计,通过基于高速测量总线的窃听技术、基于模型和数据驱动的自动判读技术以及系统在回路的综合测试技术,实现快速发射和减少技术保障人员的目标,并已逐步开始应用。控制与测量系统的一体化设计,通过平台化的设计方案实现功能模块的集成、重用和重组,降低开发成本,避免重复投资。模型驱动的软硬件一体化设计,通过构建软硬件协同设计平台,实现算法、软件、硬件的并行设计和综合仿真,为系统方案的选择提供定量分析工具。上述信息集成技术为基础理论研究、系统实现和设计方法学等提供新的思路,提升控制系统的自主性和适应性,拓展控制系统的作用,增强快速反应能力,并能有效降低成本。