為了提高衛(wèi)星星上資源利用率及集成度,實現(xiàn)對衛(wèi)星星上資源的充分利用,綜合考慮體積、質(zhì)量及功耗等多方面限制及要求,提出一套基于可重構(gòu)系統(tǒng)的微納衛(wèi)星綜合電子系統(tǒng)方案。該方案提出利用分布式專用模塊及通用中心處理器提高衛(wèi)星系統(tǒng)功能集成度,在不降低整星系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)上減少電路設(shè)計冗余。首先,通過選用雙高性能CPU冷備份,配合外部電路設(shè)計,實現(xiàn)了高可靠性高性能計算功能;其次,通過標準化系統(tǒng)總線,將電源及熱控,姿態(tài)軌道控制,載荷管理等功能模塊中的專用電路與計算處理控制功能解耦,將其中的計算控制功能通過綜合電子CPU軟件重構(gòu)的方式實現(xiàn);最后設(shè)計并研制了一臺功能樣機,重量約為0.2 kg,功耗小于2 W,系統(tǒng)計算能力大于220 DMIPS,具備雙CPU冷備份功能,滿足微納衛(wèi)星低功耗較高可靠性的要求,同時該樣機可通過通用系統(tǒng)總線擴展不同功能,實現(xiàn)在各種微納衛(wèi)星中的應(yīng)用。 

【文章來源】：光學精密工程. 2020,28(09)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

高可靠可重構(gòu)衛(wèi)星綜合電子架構(gòu)

姿態(tài)軌道計算及控制通過計算機程序?qū)崿F(xiàn),接收GNSS,磁強計,陀螺等的數(shù)據(jù),經(jīng)計算得到衛(wèi)星當前姿態(tài)軌道信息,及用于姿態(tài)控制的控制參數(shù),并將參數(shù)發(fā)送至飛輪,磁力矩器等姿軌控單機。電源配電、熱控控制電路采用帶有保護功能的限流開關(guān)實現(xiàn),限流開關(guān)具備電流檢測接口,可連接至計算機ADC接口,通過計算機內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器將輸入的電壓換算成流過對應(yīng)單機的電流,綜合單機遙測判斷單機狀態(tài)。在單機出現(xiàn)問題時可通過限流開關(guān)斷電,保護單機安全。

在微納衛(wèi)星中,受限于體積質(zhì)量,很難實現(xiàn)由三套電路構(gòu)成的三取二容錯方式,且采用熱備份方式受功耗和散熱條件限制難以實現(xiàn)。同時,熱備份和冷備份相比,可靠性無明顯提高。對于整星而言,微納衛(wèi)星很難做到對整個系統(tǒng)所有部件進行冗余備份,通常僅對系統(tǒng)中關(guān)鍵模塊進行備份,其他部分采用降額設(shè)計,多重保護設(shè)計,采用較高等級元器件等方法提高可靠性。圖 5為全系統(tǒng)可重構(gòu)綜合電子中的關(guān)鍵部件,計算機的主備機關(guān)系。正常情況下主機工作,發(fā)生故障時切換至備機,備機若發(fā)生故障則切換至主機,以此類推。姿態(tài)與軌道控制通過計算機軟件實現(xiàn),通過以上設(shè)計也具有了冗余備份能力。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號：3100012