[發明專利]一種星載微波輻射計的控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 200910083303.3
• 申請日: 2009-04-30
• 公開（公告）號: CN101876699A
• 公開（公告）日: 2010-11-03
• 發明（設計）人: 黃瑩珠;張升偉;李靖;孫茂華
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間科學與應用研究中心
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉

技術領域

本發明涉及一種基于FPGA軟核處理器技術的終端系統控制裝置，尤其涉及一種用于星載微波輻射計的基于FPGA軟核處理器技術的終端控制系統及其控制方法。

背景技術

國內在以往的星載微波遙感器的設計中，數字處理部分的設計主要分為總線通訊模塊和測控模塊兩大模塊，而兩個模塊由兩個獨立的80C31芯片和分立的數字電路芯片構成。例如，圖13是現有的星載微波輻射計的控制系統的結構圖。如圖13所示，該控制系統由三塊電路板和母板相連接來實現微波輻射計的系統控制功能。這三個電路板分別是天線驅動接口電路板、輻射計測控電路板和總線通訊電路板，該天線驅動接口電路板包括一個CPLD芯片和LVDS接收發送等芯片，由CPLD芯片實現串并變換和并串變換，天線控制信號的譯碼等功能，LVDS接收發送芯片實現跟天線的信號連接；該輻射計測控電路板由一個80C31微處理器芯片、一個SRAM、一個PROM和一些38譯碼器芯片、邏輯與門芯片、邏輯非門芯片及邏輯或門芯片等組成，實現輻射計的測量和控制等功能；該總線通訊電路板由一個80C31微處理器芯片、一個SRAM、一個PROM、兩個FIFO芯片、通訊芯片和一些38譯碼器芯片、邏輯與門芯片、邏輯非門芯片及邏輯或門芯片等組成，實現輻射計控制系統與衛星總線控制器的通訊功能。這三個電路板需要通過母板的接口連接其數據總線、地址總線和控制線等，結構冗余復雜。體積大，而且功耗較高，連接復雜，可靠性不易控制。80C31的速度也有限，不適用于數據傳輸速率要求較高的系統。

可移植性好是軟IP核的一大優點，而MC8051軟核處理器將此優點進一步發揚。由以其為第三方設計、純VHDL描述、不涉及任何廠商的專用IP，故可以例化到各不同廠商的不同系列FPGA中。傳統的80C31芯片執行一條指令的時間是2微秒，而MC8051軟核處理器執行一條指令只需要83納秒的時間，如果時鐘頻率高的話還可以更快。所以軟核處理器能夠適應更高的采集速率，處理數據的速度也更快。跟硬核處理器相比，軟核處理器只由硬件編程語言的程序組成，跟芯片的工藝無關，可以移植到任何工藝的芯片里，而且接口由用戶按需求自己定義，硬核處理器的通用接口則太多，增加了系統的功耗。所以軟核處理器的可移植性和功耗方面都優于硬核處理器，越來越多地被應用于各種控制系統中。

當今航天遙感儀器的設計越來越趨于高功能密度及小型化。作為空間遙感平臺，航天器自身具有其特殊性及局限性，因而小型化的優點是顯而易見的。體積小、重量輕的遙感器可以降低航天器發射的難度，所以星載設備的輕小型化是非常重要的一個課題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于FPGA軟核處理器技術的星載微波輻射計控制系統及其控制方法。本發明采用FPGA芯片來實現星載微波輻射計的控制電路部分，增加控制電路的集成性，組成的系統體積較小，功耗低，能適用于更高速率要求的數據處理而且可靠性高。解決了傳統控制系統體積大，功耗高，可靠性低的缺陷，達到小型化的目的。該系統實現后比傳統的方案節省了1/2的電路面積，同時使星載微波輻射計的數控單元的體積和重量都減小了一半。而且由于FPGA的可編程性好，只需改動FPGA內部的程序，就可以適用于不同需求的微波輻射計控制系統。

為實現上述目的，本發明的基于FPGA軟核處理器技術的星載微波輻射計的控制系統，包括：通訊芯片、電平轉換電路、數據采集板接口以及天線驅動接口插槽，其特征在于，還包括FPGA芯片，通過該FPGA芯片來實現星載微波輻射計的控制電路部分，完成包括數據采集、遙測、RAD控制、天線控制和總線通訊的微波輻射計的系統控制。

另外，所述FPGA芯片包括：總線通訊模塊、數據傳輸模塊、測控軟核處理器、天線驅動接口模塊、工作狀態控制模塊以及數據采集和AGC控制模塊(AutomaticGain?Control：自動增益控制)，

所述總線通訊模塊，包括通訊軟核處理器和總線通訊接口，用于實現輻射計控制系統跟地面的通訊功能，解讀地面發出的各種指令，將指令傳給其他各模塊，把測控軟核處理器組織的遙感數據包等數據下傳給地面；

所述數據傳輸模塊，用于所述通訊軟核處理器和測控軟核處理器之間的數據包傳輸，包括兩個先進先出存儲器，其中FIFO1供測控軟核處理器采用循環寫入的方式寫入數據源包，以備總線通訊模塊讀取；總線通訊模塊將衛星控制指令和狀態信息采用刷新的方式寫入FIFO2，以備測控軟核處理器讀取；