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。     

星载嵌入式文件系统技术研究及实现

介绍了一种面向空间应用的嵌入式文件系统的设计要点,着重说明了采用B 树组织文件、锁链方式组织元数据以及低资源占用的空间分配回收机制三个方面问题。自主开发的文件系统较好地解决了NAND型Flash存储芯片作为星载存储设备所遇到的磨损均衡、存储空间使用效率的问题,能够更好地支持星载数据的文件化存储管理和可靠传输。     

基于1553B和SpaceWire组合网络的星载数据管理软件设计

为同时满足对于星务管理数据和高速载荷数据的传输要求,国内外的飞行器趋于使用1553B和SpaceWire组合网络来进行星上数据传输.复杂而灵活的数据传输要求使得卫星数据流设计中引入了大量标准协议,同时大大增加了星载数据管理软件的复杂度.对一种基于1553B和SpaceWire组合网络的星载数据管理软件的协议体系进行了介...     

星载LVDS电路匹配性设计研究

LVDS电路具备抗共模干扰的能力,以及适应高速信号传输等优点,近年来广泛地应用于卫星有效载荷数据传输;而LVDS器件对线缆的匹配性要求较高.文章在介绍LVDS接口电路的基础上,通过LVDS电路在卫星有效载荷中的工程应用,总结了星载LVDS电路匹配性设计的一些经验.     

国产化信息处理平台设计与实现

针对当前密码设备国产器件应用率低、性能差等缺点,设计一种基于龙芯3A+2H及高性能FPGA的自主可控全国产化高速信息处理平台。平台支持高达千兆的数据传输速率,支持多路数据流并发处理,单流加解密处理码速率高于10Mb/s。为保证系统安全可靠,平台还引入了三重防护设计。详细阐述信息设备的软硬件设计及关键技术,并给出试验验证结果,为国产自主可控信息处理平台的实现和国产操作系统的应用提供参考。     

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。     

一种航天用Linux系统工程化方法

随着航天器功能的越发复杂和软件规模的提高，航天领域常用操作系统存在驱动、第三方库资源不够丰富等问题。Linux系统具有稳定、开源、支持丰富等特点，被广泛应用于高可靠领域，因此有望满足航天领域复杂应用下操作系统的需求。但Linux系统代码量庞大，在航天领域软件工程化和可靠性保证工作方面开展困难。结合航天工程应用实际，提出并实践了按商用和自研，分别对Linux系统软件进行质量保证的工程化方法，为航天用操作系统相关产品的研制提供工程化思路。     

巨型星座高效管理及智能应用关键技术研究

针对未来万颗规模巨型星座资源管理、互联互通、即时协同、自主运控和安全可信等共性基础功能需求,提出一种基于操作系统实现上述功能需求和构建巨型星座信息基座的技术方法,满足天基系统前向兼容和持续扩展需求。通过研究体系架构、高效内核、融合组网、安全可信、生态体系等巨型星座高效管理及智能应用关键技术,为构建面向巨型星座复杂应用场景的统一基础软件平台巨型星座操作系统提供解决思路以及发展建议,将支撑我国卫星互联网等大规模星座高效建设及能力快速形成。     

基于CAN总线的星载软件测试系统设计

对基于CAN总线的星载软件测试系统设计进行了研究。系统硬件包括PXI工控机和CAN高速板卡,应用LabVIEW编程模拟各下位机,实现了与星载软件的通信,具有下位机的状态检测、遥测数据分析、注数数据监测和计算机内存下卸等功能。实际应用表明:该基于CAN总线的星载软件测试系统满足第三方测试要求,运行稳定可靠。     

智能化航天器综合电子系统需求分析及其体系架构探讨

针对航天器在自主任务规划、自主健康管理、信息实时处理、天地一体化网络等智能化和网络化方面的需求,对现有综合电子系统的处理能力、信息传输能力、网络通信能力等存在的差距进行分析,提出了一种智能化航天器综合电子系统的体系架构,并从硬件模块化设计、业务和协议标准化设计、软件分层及构件化设计3个方面给出了具体的方案。文章提出的体系架构能提供高性能的计算和处理平台,支持高速数据传输,支持器内、器间一体化联网,支持载荷信息融合等智能化处理,可提升航天器的智能化、网络化能力,提升航天器的好用性和易用性。     

一种星载计算机操作系统容错引导算法研究

将软件冗余备份与SPARC V8构架芯片EDAC相结合,提出了一种新型星载计算机操作系统容错引导算法。该算法首先在EEPROM中备份三份操作系统文件,星载机上电或复位后,利用硬件EDAC功能对引导的操作系统文件进行错误检测及纠错,当检测主操作系统文件错误并且无法纠错时,则屏蔽错误操作系统文件自动引导备份操作系统文件,星载机仍可正常启动。与目前采用的硬件编码容错技术及软件冗余容错算法相比,该算法在有效降低硬件成本和软件消耗的同时,实现了对操作系统文件的检错纠错及错误屏蔽功能,提高了操作系统数据的可靠性。该算法可以为星载机容错设计提供参考。     

一种高分辨率遥感卫星高速串行接口设计

从物理链路与互连协议两个方面进行研究,设计出一种应用串行编解码收发器与现场可编程门阵列(FPGA)器件编程配合,实现遥感卫星设备间数据传输的方案;通过伪随机码传输测试,实现了在速率2Gbit/s下数千亿位无误码的高速稳定串行传输。该设计传输速率快,可靠性高,为高分辨率遥感卫星设备间的数据传输提供了一种解决方案。     

北斗全球系统自主导航地面模拟测试系统设计与实现

针对北斗高精度自主导航性能指标的测试验证,设计了支持北斗全球系统星座的自主导航地面模拟测试系统。利用标准航天器链路通信终端接入星载自主导航计算机,实现以远程仿真测试服务器为核心的模拟测试系统架构,从通信机制、时间同步策略、结果评估方法等方面阐述系统设计原理。工程实践结果表明:文章设计的自主导航地面模拟测试系统,支持在模拟建链场景及误差源的条件下对卫星自主导航进行"跑合"验证,可应用于北斗全球组网卫星设计、测试及在轨运行阶段。其设计方法对其它卫星自主智能任务的测试系统构建亦具有借鉴意义。     

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。     

一种敏捷卫星高集成数传控制单元设计与验证

针对敏捷卫星高速数传分系统现状与需求,设计了一种新型高速数传控制单元。该数传控制单元功能密度比高,选用高可靠、长寿命、抗辐照宇航元器件,采用标准化结构设计,热设计和抗力学设计满足空间环境要求,支持CAN总线、RS422总线、RS485总线、秒脉冲等接口功能,具备时间管理、数传任务自主执行、系统重构、自主安全模式、批指令开关机和灵活支持在轨处理与传输业务等多项功能。可满足高可靠、集成化、小型化、抗辐照、长寿命等特点,支持多类型不等长带参数指令、目标单元开关机和数传分系统Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类遥测采集等功能,支持十六大类模式百余项分系统工作组合,完成了数传分系统任务执行由面向功能提升到面向应用,增强了数传系统易用性、自主性和可靠性,可广泛应用于后续高分辨率敏捷遥感卫星。     

星载高速SerDes电路的设计与实现

针对目前我国空间探测任务中海量数据传输的迫切需求,提出了一种星载高速数据传输技术的解决方案。论述了方案的总体设计结构和关键模块的实现,制定了一种可靠易实现的链路传输协议,并给出了收发方向上的后仿真波形。系统联试验证了4通道点对点之间的SerDes接口数据传输速率达到了2.4Gbps,并且具有很好的带宽扩展和抗干扰性能。在星上有效载荷数据传输系统中具有广阔的应用前景。     

基于Linux QT技术的空间环境模拟器控制系统组态软件的开发

文章主要介绍如何在Linux系统下建立一套空间环境模拟器控制系统组态软件。首先给出该软件设计的整体结构与基本原理,软件架构基于QT平台搭建;研发了一套针对Linux操作系统的OPC驱动,成功地实现了硬件设备和上位软件之间的多对多通信;针对该驱动提出了扫描优先级算法,这种算法相对于Windows下的顺序扫描逻辑方式更加优化而高效。该组态软件已通过现场实际应用,控制效果良好,达到预期的结果。     

一种基于RapidIO总线的高速图像数据传输设计

为解决传统图像处理系统带宽不足的问题,设计了一种基于高速串行RapidIO总线的图像处理系统,该系统通过Camera Link接口接收图像数据,经过FPGA预处理之后,通过RapidIO总线传输到DSP内存中,进行复杂的算法处理。本设计通过FPGA实现了RapidIO接口,采用了基于FIFO缓存的设计方法,来实现Camera Link接口与RapidIO接口间的匹配和转换。试验证明:该系统工作稳定可靠,数据传输速率高,满足应用需求。     

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。     

星载氮化镓固态功率放大器整机高可靠设计技术研究

为了满足星载应用对于固态功率放大器长寿命的应用需求，针对近年来研究较多的氮化镓（gallium nitride,GaN）固态功率放大器（solid state power amplifier,SSPA），阐述了器件存在的可靠性问题，提出了整机高可靠设计方法。首先，探讨了氮化镓器件的典型失效机理，给出了氮化镓器件在高场退化以及热退化方面的研究结果，分析了逆压电极化效应及热载流子效应引起器件退化的物理机制。其次，围绕降额设计、整机热设计以及电路稳定性设计，研究了如何针对氮化镓器件的特点实现星载固放的高可靠设计，并给出了典型的仿真及实验结果。最后，给出了典型的星载固态功率放大器空间环境模拟试验结果，产品在热真空试验、温循老炼以及高温老炼等试验过程中表现出了较高的稳定性和一致性，为氮化镓固态功率放大器的上星应用提供了有力的支撑。