CN103064392A - 星载综合电子系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星载综合电子系统，包括星上计算机，分别与卫星的遥控数传设备、姿控设备和载荷相连，并与地面站建立通讯链路，以接收来自地面站的指令，将数据传输给地面站；遥测下位机，用于采集各星载设备的温度、电压和电流的信息，并在星上计算机的控制下与星上计算机交换数据；上电控制电路和二次电源，二次电源用于控制星上计算机及遥测下位机的电源，且星上计算机通过上电控制电路分别控制遥控数传设备、姿控设备和载荷的电源；且星上计算机、遥测下位机、上电控制电路和二次电源均集成于母板上，能减少卫星中的连接线缆、减轻卫星重量、提高可靠性。

Description

星载综合电子系统

技术领域

本发明涉及卫星的星载设备领域，特别地，涉及一种星载综合电子系统。

背景技术

卫星综合电子系统是星上将星载电子设备互连，并实现卫星内部信息共享和综合利用、功能集成、资源重组优化的信息处理和传输系统，它是航天器中与姿轨控、热控、能源、结构与机构系统并列的五大平台系统之一。作为一个能具有一定功能的、由软硬件资源组成的完整系统，是以多种不同的功能模块组成的集成系统，在统一的任务调度和管理下，完成整星的所有管理功能(数据管理、姿轨控管理、星地上下行数据链路管理、热控管理、时间管理及有效载荷管理)，其功能本质是信息产生、变换处理、信息交换和传输分发的信息流。

微小卫星平台及其关键部件的微型化、系列化、通用化和标准化是整个卫星技术领域的一个主要发展趋势，是卫星商业化、产业化的必然需求。NASA于1995年提出“新盛世”计划，目标是按照多功能一体化的设计思想，将卫星有效载荷质量比提高到70％，可重复使用的软件通用模块提高到80％~90％，以此研制出满足21世纪需求的微小卫星。

传统卫星的结构质量占卫星净质量的25％左右，电缆系统质量(电缆、导线和接插件)一般占卫星总质量的6％~10％，其中30％为焊接和接插等互连件所占的质量比例。由此可见，要实现70％以上的有效载荷重量比，必须采用新的设计方法来降低结构和电缆质量，采用星载电子器件高密度集成设计，开发微小卫星综合电子系统则能够有效解决这一问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种集成度高、线缆少的星载综合电子系统，以解决卫星中连接线缆过多导致卫星过重的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种星载综合电子系统，包括：

星上计算机，分别与所述卫星的遥控数传设备、姿控设备和载荷相连，并与地面站建立通讯链路，以接收来自所述地面站的指令，将数据传输给所述地面站；

遥测下位机，用于采集各星载设备的温度、电压和电流的信息，并在所述星上计算机的控制下与所述星上计算机交换数据；

上电控制电路和二次电源，所述二次电源用于控制所述星上计算机及所述遥测下位机的电源，且所述星上计算机通过所述上电控制电路分别控制所述遥控数传设备、姿控设备和载荷的电源；

且所述星上计算机、所述遥测下位机、所述上电控制电路和二次电源均集成于母板上。

作为本发明的进一步改进：

所述星载综合电子系统还包括：

驱动电路，用于为驱动至少部分的所述姿控设备和载荷，接收来自被驱动的所述姿控设备和载荷的信息并传输给所述星上计算机；所述驱动电路的电源由所述二次电源提供；

所述驱动电路集成于所述母板上，所述至少部分的所述姿控设备和载荷通过设置于所述母板上的对应的接插件与所述驱动电路电连接。

所述卫星的姿控设备至少包括：

磁强计，用于测量所述卫星运行环境的磁场强度信息，并将所述磁场强度信息通过所述驱动电路传输给所述星上计算机；

磁力矩器线圈，用于接收来自所述星载计算机的控制信号，并通过所述驱动电路产生磁场信息，并根据所述磁场信息与偏置动量轮配合完成卫星的对地三轴稳定控制。

所述卫星的载荷至少包括：

相机，用于拍摄卫星分离时刻以及星下点的图像，并将所述影像信息通过所述驱动电路发送给所述星上计算机；

AIS接收机，用于接收船只的AIS信号并进行解调后，通过所述驱动电路发送给所述星上计算机。

所述相机和所述AIS接收机均通过串口与所述驱动电路连接。

所述AIS接收机的天线通过天线展开及检测电路与所述遥测下位机相连，且所述天线展开及检测电路集成于所述母板上，所述天线展开及检测电路通过设置于所述母板上的对应的接插件与所述AIS接收机电连接。

所述载荷还包括：

原子氧测量仪，所述原子氧测量仪由集成在所述母板上的原子氧测量电路以及设置于所述卫星外表面的银膜电阻，所述原子氧测量电路通过测量所述银膜电阻的阻值，计算卫星所在的轨道空间的原子氧浓度信息，并将所述原子氧浓度信息发送给所述遥测下位机，所述银膜电阻通过设置于所述母板上的对应的接插件与所述原子氧测量电路电连接。

所述卫星的姿控设备还包括：

GPS接收机，用于接收GPS信号以获取卫星的位置、速度以及时间信息，并将所述位置、速度以及时间信息通过设置于所述母板上的对应的接插件建立电连接后发送给所述星上计算机；

惯组，用于测量卫星的三轴角速度、三轴加速度、和所处位置的三轴磁场强度信息，并发送给所述星上计算机；

偏置动量轮，用于在所述星上计算机的控制下通过恒定转速的转子使卫星进行定轴；

模拟太阳敏，用于在所述星上计算机的控制下通过感知太阳光的入射角度，测量卫星本体相对太阳的二位角度信息；

所述偏置动量轮与所述模拟太阳敏通过设置于所述母板上的对应的接插件与所述星上计算机电连接。

所述遥测下位机还与用于测量卫星运行环境的温度、电压及电流的温度、电压及电流传感器相连，所述温度、电压及电流传感器通过设置于所述母板上的对应的接插件与所述遥测下位机电连接。

所述遥控数传设备包括：

ISM收发信机，用于所述星上计算机的控制下传输载荷任务数据，并作为USB应答机的备份；

所述USB应答机，用于在所述星上计算机的控制下完成测控数据的编码、调制解调、变频以及放大；

所述ISM收发信机和所述USB应答机通过设置于所述母板上的对应的接插件与星上计算机电连接。

本发明具有以下有益效果：

本发明星载综合电子系统，各组件之间通过共用母板的方式，能减少连接线缆、减轻卫星重量、提高可靠性。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的星载综合电子系统的硬件连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1，本发明的一种星载综合电子系统，包括星上计算机、遥测下位机、上电控制电路和二次电源，且星上计算机、遥测下位机以及上电控制电路和二次电源集成于母板上，三者共用母板，减少了三者之间连接的线缆，并可更好地实现资源共享、大大减少了星载综合电子系统的体积和重量，提高了卫星的载荷比。其中：星上计算机分别与卫星的遥控数传设备、姿控设备和载荷相连，并与地面站建立通讯链路，以接收来自地面站的指令，将数据传输给地面站。遥测下位机，用于采集各星载设备的温度、电压和电流的信息，并在星上计算机的控制下与星上计算机交换数据。上电控制电路和二次电源中，二次电源用于控制星上计算机及遥测下位机的电源，且星上计算机通过上电控制电路分别控制遥控数传设备、姿控设备和载荷的电源。

本实施例中，遥控数传设备包括ISM收发信机和USB应答机。其中，ISM（IndustrialScientific Medical,国际共用频段）收发信机用于星上计算机的控制下传输载荷任务数据，并作为USB应答机的备份。USB应答机用于在星上计算机的控制下完成测控数据的编码、调制解调、变频以及放大。ISM收发信机和USB应答机通过设置于母板上的对应的接插件与星上计算机电连接。

本实施例中，星载综合电子系统还包括驱动电路，用于为驱动部分的姿控设备和载荷（详见下文），接收来自被驱动的姿控设备和载荷的信息并传输给星上计算机。驱动电路集成于母板上，被驱动的姿控设备和载荷通过设置于母板上的对应的接插件与驱动电路电连接。驱动电路的电源由二次电源提供。将外接设备的驱动电路集成于母板上，进一步减少了星载综合电子系统中的连接线缆，减少了卫星的重量。

本实施例中，卫星的姿控设备包括以下六种：

1、磁强计，用于测量卫星运行环境的磁场强度信息，并将磁场强度信息通过驱动电路传输给星上计算机。本实施例中，磁强计与驱动电路通过RS422接口连接。

2、磁力矩器线圈，用于接收来自星载计算机的控制信号，并通过驱动电路产生磁场信息，并根据磁场信息与偏置动量轮配合完成卫星的对地三轴稳定控制。

3、GPS接收机，用于接收GPS信号以获取卫星的位置、速度以及时间信息，并将位置、速度以及时间信息通过设置于母板上的对应的接插件建立电连接后发送给星上计算机。

4、惯组，用于测量卫星的三轴角速度、三轴加速度、和所处位置的三轴磁场强度信息，并发送给星上计算机。本实施例中，惯组通过SPI（Serial Peripheral Interface,串行外设接口）接口与星上计算机电连接。

5、偏置动量轮，用于在星上计算机的控制下通过恒定转速的转子使卫星进行定轴。实际应用中，是由星上计算机控制遥测下位机采集转子的转速信息，进而完成卫星定轴。

6、模拟太阳敏，用于在星上计算机的控制下通过感知太阳光的入射角度，测量卫星本体相对太阳的二位角度信息。实际应用中，是由星上计算机控制遥测下位机采集太阳敏依据光的入射位置产生的四路电流信号，进而计算得到卫星本体相对太阳的二位角度信息。

本实施例中，偏置动量轮与模拟太阳敏通过设置于母板上的对应的接插件与星上计算机电连接。

本实施例中，卫星的载荷包括以下三种：

1、相机，用于拍摄卫星分离时刻以及星下点的图像，并将影像信息通过驱动电路发送给星上计算机；

2、AIS（Automatic Identification System，船舶自动身份识别系统）接收机，用于接收船只的AIS信号并进行解调后，通过驱动电路发送给星上计算机。AIS接收机的天线通过天线展开及检测电路与遥测下位机相连，且天线展开及检测电路集成于母板上，天线展开及检测电路通过设置于母板上的对应的接插件与AIS接收机电连接。

本实施例中，相机和AIS接收机均通过串口与驱动电路连接。

3、原子氧测量仪，原子氧测量仪由集成在母板上的原子氧测量电路以及设置于卫星外表面的银膜电阻，原子氧测量电路通过测量银膜电阻的阻值，计算卫星所在的轨道空间的原子氧浓度信息，并将原子氧浓度信息发送给星上计算机，银膜电阻通过设置于母板上的对应的接插件与原子氧测量电路电连接。

本实施例中，如图1所示，星上计算机还通过I2C总线与电源控制器相连，电源控制器用于在光照期完成太阳能帆板输入电压到母线电压的转换，给星上设备供电，同时给蓄电池充电；在阴影期通过蓄电池放电，给星上设备供电。遥测下位机还与用于测量卫星运行环境的温度、电压及电流的温度、电压及电流传感器相连，温度、电压及电流传感器通过设置于母板上的对应的接插件与遥测下位机电连接。

综上所述，本发明星载综合电子系统，各组件之间通过共用母板的方式，且母板与外接设备之间采用直接的接插件方式，减少了线缆、减轻了卫星的重量、提高了卫星的可靠性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种星载综合电子系统，其特征在于，包括：

星上计算机，分别与所述卫星的遥控数传设备、姿控设备和载荷相连，并与地面站建立通讯链路，以接收来自所述地面站的指令，将数据传输给所述地面站；

遥测下位机，用于采集各星载设备的温度、电压和电流的信息，并在所述星上计算机的控制下与所述星上计算机交换数据；

上电控制电路和二次电源，所述二次电源用于控制所述星上计算机及所述遥测下位机的电源，且所述星上计算机通过所述上电控制电路分别控制所述遥控数传设备、姿控设备和载荷的电源；

且所述星上计算机、所述遥测下位机、所述上电控制电路和二次电源均集成于母板上。

2.根据权利要求1所述的星载综合电子系统，其特征在于，所述星载综合电子系统还包括：

驱动电路，用于为驱动至少部分的所述姿控设备和载荷，接收来自被驱动的所述姿控设备和载荷的信息并传输给所述星上计算机；所述驱动电路的电源由所述二次电源提供；

所述驱动电路集成于所述母板上，所述至少部分的所述姿控设备和载荷通过设置于所述母板上的对应的接插件与所述驱动电路电连接。

3.根据权利要求2所述的星载综合电子系统，其特征在于，所述卫星的姿控设备至少包括：

磁强计，用于测量所述卫星运行环境的磁场强度信息，并将所述磁场强度信息通过所述驱动电路传输给所述星上计算机；

磁力矩器线圈，用于接收来自所述星载计算机的控制信号，并通过所述驱动电路产生磁场信息，并根据所述磁场信息与偏置动量轮配合完成卫星的对地三轴稳定控制。

4.根据权利要求3所述的星载综合电子系统，其特征在于，所述卫星的载荷至少包括：

相机，用于拍摄卫星分离时刻以及星下点的图像，并将所述影像信息通过所述驱动电路发送给所述星上计算机；

AIS接收机，用于接收船只的AIS信号并进行解调后，通过所述驱动电路发送给所述星上计算机。

5.根据权利要求4所述的星载综合电子系统，其特征在于，

所述相机和所述AIS接收机均通过串口与所述驱动电路连接。

6.根据权利要求4或5所述的星载综合电子系统，其特征在于，所述AIS接收机的天线通过天线展开及检测电路与所述遥测下位机相连，且所述天线展开及检测电路集成于所述母板上，所述天线展开及检测电路通过设置于所述母板上的对应的接插件与所述AIS接收机电连接。

7.根据权利要求4或5所述的星载综合电子系统，其特征在于，所述载荷还包括：

原子氧测量仪，所述原子氧测量仪由集成在所述母板上的原子氧测量电路以及设置于所述卫星外表面的银膜电阻，所述原子氧测量电路通过测量所述银膜电阻的阻值，计算卫星所在的轨道空间的原子氧浓度信息，并将所述原子氧浓度信息发送给所述遥测下位机，所述银膜电阻通过设置于所述母板上的对应的接插件与所述原子氧测量电路电连接。

8.根据权利要求3至5中任一项所述的星载综合电子系统，其特征在于，所述卫星的姿控设备还包括：

GPS接收机，用于接收GPS信号以获取卫星的位置、速度以及时间信息，并将所述位置、速度以及时间信息通过设置于所述母板上的对应的接插件建立电连接后发送给所述星上计算机；

惯组，用于测量卫星的三轴角速度、三轴加速度、和所处位置的三轴磁场强度信息，并发送给所述星上计算机；

偏置动量轮，用于在所述星上计算机的控制下通过恒定转速的转子使卫星进行定轴；

模拟太阳敏，用于在所述星上计算机的控制下通过感知太阳光的入射角度，测量卫星本体相对太阳的二位角度信息；

所述偏置动量轮与所述模拟太阳敏通过设置于所述母板上的对应的接插件与所述星上计算机电连接。

9.根据权利要求6所述的星载综合电子系统，其特征在于，所述遥测下位机还与用于测量卫星运行环境的温度、电压及电流的温度、电压及电流传感器相连，所述温度、电压及电流传感器通过设置于所述母板上的对应的接插件与所述遥测下位机电连接。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的星载综合电子系统，其特征在于，所述遥控数传设备包括：

ISM收发信机，用于所述星上计算机的控制下传输载荷任务数据，并作为USB应答机的备份；

所述USB应答机，用于在所述星上计算机的控制下完成测控数据的编码、调制解调、变频以及放大；

所述ISM收发信机和所述USB应答机通过设置于所述母板上的对应的接插件与星上计算机电连接。

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