微纳卫星高性能综合电子系统设计

发布时间：2021-03-25 17:10

　　为了提高卫星星上资源利用率及集成度,实现对卫星星上资源的充分利用,综合考虑体积、质量及功耗等多方面限制及要求,提出一套基于可重构系统的微纳卫星综合电子系统方案。该方案提出利用分布式专用模块及通用中心处理器提高卫星系统功能集成度,在不降低整星系统可靠性的基础上减少电路设计冗余。首先,通过选用双高性能CPU冷备份,配合外部电路设计,实现了高可靠性高性能计算功能;其次,通过标准化系统总线,将电源及热控,姿态轨道控制,载荷管理等功能模块中的专用电路与计算处理控制功能解耦,将其中的计算控制功能通过综合电子CPU软件重构的方式实现;最后设计并研制了一台功能样机,重量约为0.2 kg,功耗小于2 W,系统计算能力大于220 DMIPS,具备双CPU冷备份功能,满足微纳卫星低功耗较高可靠性的要求,同时该样机可通过通用系统总线扩展不同功能,实现在各种微纳卫星中的应用。 

【文章来源】：光学精密工程. 2020,28(09)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

高可靠可重构卫星综合电子架构

姿态轨道计算及控制通过计算机程序实现,接收GNSS,磁强计,陀螺等的数据,经计算得到卫星当前姿态轨道信息,及用于姿态控制的控制参数,并将参数发送至飞轮,磁力矩器等姿轨控单机。电源配电、热控控制电路采用带有保护功能的限流开关实现,限流开关具备电流检测接口,可连接至计算机ADC接口,通过计算机内部模数转换器将输入的电压换算成流过对应单机的电流,综合单机遥测判断单机状态。在单机出现问题时可通过限流开关断电,保护单机安全。

在微纳卫星中,受限于体积质量,很难实现由三套电路构成的三取二容错方式,且采用热备份方式受功耗和散热条件限制难以实现。同时,热备份和冷备份相比,可靠性无明显提高。对于整星而言,微纳卫星很难做到对整个系统所有部件进行冗余备份,通常仅对系统中关键模块进行备份,其他部分采用降额设计,多重保护设计,采用较高等级元器件等方法提高可靠性。图 5为全系统可重构综合电子中的关键部件,计算机的主备机关系。正常情况下主机工作,发生故障时切换至备机,备机若发生故障则切换至主机,以此类推。姿态与轨道控制通过计算机软件实现,通过以上设计也具有了冗余备份能力。

【参考文献】：
期刊论文
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[3]基于COTS器件的高费效比商业卫星计算机研究[J]. 刘凯俊,彭攀,王新元.  计算机测量与控制. 2018(11)
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[8]研发微纳电子侦察卫星面临的挑战与思考[J]. 石荣,张伟.  航天电子对抗. 2015(04)
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[10]容错设计在微纳卫星上的应用[J]. 宋丹,杜刚,田贺祥.  中国航天. 2007(12)

博士论文
[1]高性能一体化空间综合电子技术研究[D]. 王连国.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2019



本文编号：3100012