[發明專利]一種可重構單板皮衛星系統

有效

• 申請號: 201711280404.0
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN108100308B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 高武;姜東蛟;葛興;彭馳葳;費彬;趙晨
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B64G1/10
• 分類號: B64G1/10;B64G1/66
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 金鳳

本發明提供了一種可重構單板皮衛星系統，涉及航天器設計和研制領域，本發明基于印制板電路衛星結構，在單板上集成皮衛星空間任務所需的功能模塊，所有的邏輯、控制全部使用FPGA實現，同時基于FPGA的單板衛星，使用處理器的IP內核開發，也可通過軟件二次開發的方式提高處理器的容錯能力；本發明通過調度總線控制器與各模塊相連，實現計算機系統對各分系統的控制，具有結構簡單、高集成、體積小、功耗低、成本低的特點，用FPGA實現不同廠家提供不同架構的處理器IP核，實現處理器的可重構，采用抗輻射技術對處理器IP核進行二次開發提高處理器的容錯能力；根據皮衛星傳感器和測量功能，采用FPGA完成不同類型算法的硬件實現。

技術領域

本發明涉及航天器設計和研制領域，尤其是一種皮衛星系統。

背景技術

皮衛星通常指質量小于1千克，具有特殊功能任務的微小衛星。目前，皮衛星設計的主流技術是立方星技術。立方星技術用于為不同開發者提供最基本的、必要的設計大綱和指導，明確定義了皮衛星的大小尺寸。單板衛星也是皮衛星中的一種，為進一步提高集成度，降低功耗和成本，Barnhart D J,Vladimirova T,Baker A M,et al.A low-costfemtosatellite to enable distributed space missions[J].Acta Astronautica,2009,64(11–12):1123-1143.中描述一種印制板電路衛星的設計，將衛星所需基本功能模塊集成在一塊10cm×10cm的PCB板上，用于實現衛星的低成本和大量生產。該印制板電路具有充電調節和峰值功率跟蹤的電源系統，集成ZigBee模塊的通信系統和iTraX-03S單模GPS接收機、Sarantel天線、單軸磁鐵的姿態控制系統，采用Atmel公司的Mega128L RISC微控制器作為數據處理中心，搭載CMOS圖像傳感器有效載荷。

但該印制板電路衛星是基于MCU的綜合電子系統，不可重構且不利于抗輻射加固設計，一般采用的多模冗余系統結構，增加原件成本，也增加系統功耗和面積。此外，該設計不能很好針對其他處理器的移植，如若更換處理模塊，需要重新設計整體電路，增加設計成本。

發明內容

為了克服現有技術的不足，針對皮衛星體積、質量和集成度等方面的特點，本發明提供一種可重構單板皮衛星系統，基于印制板電路衛星結構，在單板上使用商用現貨集成皮衛星空間任務所需最基本的獨立功能模塊，所有的邏輯、控制全部使用FPGA實現，使系統具有一定可靠性，提高單板衛星集成度，實現衛星的快速發射，同時基于FPGA的單板衛星，使用處理器的IP內核開發，易于實現不同處理器的移植，也可通過軟件二次開發的方式提高處理器的容錯能力。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明所述的一種可重構單板皮衛星系統包括數字數據處理模塊、數據存儲模塊、通信模塊、電壓生成模塊、GNC模塊和相機模塊，其中數字數據處理模塊包含電源管理控制器、計算處理單元、相機預處理單元和總線控制器，計算機處理單元監測當前衛星電量狀態信息，當檢測到當前電量低于設定低閾值時，表明當前衛星電量不足，電源管理控制器通過控制電壓生成模塊對當前不工作模塊進行斷電處理，等待太陽能電池充電；當檢測到當前電量高于設定高閾值時，表明當前天陽能電池對衛星充電已滿，根據當前衛星電量來實現對系統供電的控制；采用IP核的計算處理單元是數字數據處理模塊的核心，是任務管理和算法執行單元；相機預處理單元用以完成相機模塊中照片原始數據到解碼芯片間數據的處理，使照片的數據格式滿足JPEG2000標準，總線控制器用以提供數字數據處理模塊與其他模塊的接口；