[發明專利]一種時間確定性分布式航天器電子系統設計方法

在審

• 申請號: 202011311119.2
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112395720A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 張鵬;藺玥;范松濤;馮燁;于丹;丁書卷
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/20
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張麗娜

本發明公開了一種時間確定性分布式航天器電子系統設計方法，解決現有航天器電子系統擴展性不足、數據傳輸時間確定性差的問題。該方法中采用分層分析的方法，確定航天器電子系統的功能分布；選取時間觸發以太網作為電子系統骨干網絡，網絡拓撲結構上采用分布式架構，將系統計算功能分布于多個設備；對電子系統所要執行的任務進行規劃，并對系統資源使用情況進行提前預估，通過預先分配的方式，實現計算資源的靜態配置；根據優先級規劃消息傳輸方式，確保在滿足所需的帶寬情況下，高優先級消息具有更高的時間確定性及傳輸可靠性。

技術領域

本發明提出一種時間確定性分布式航天器電子系統設計方法，設計時間確定性網絡技術及航天器電子系統設計技術，屬于航天器電子系統設計領域。

背景技術

隨著航天器功能復雜度日益增加，通信信息量及綜合化程度不斷提升，航天器上電子系統正朝著模塊化、綜合化和標準化的方向發展。航天器電子系統的設計不僅決定了系統物理架構和信息交互方式，而且直接影響系統的開發和驗證、可測性及可操作性。

我國傳統的航天器電子系統通常采用點對點連接(RS422、自定義同步串口的星型結構)或者以低速控制總線(MIL-STD-1553B、CAN)為橋梁的集中式體系架構。這類系統的特點是系統內部各單機接口及互聯電纜多，體積、重量和功耗較大；系統擴展性，特別是在軌可擴展性差。同時這類系統采用基于事件觸發通信機制，這種機制采用基于優先級調度的總線搶占模式，事件觸發和優先級搶占雖然增強了總線訪問的靈活性，但是存在信息傳遞延遲的不確定性問題。隨著未來我國航天器在軌操作、交會對接、空間攻防、在軌模塊更換等任務的相繼開展，系統擴展性以及消息傳輸確定性、可靠性和安全性需求尤為突出，傳統的航天器電子系統架構難以滿足應用需求。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提出一種時間確定性分布式航天器電子系統設計方法。

本發明的技術解決方案是：

一種時間確定性分布式航天器電子系統設計方法，包括：分層模型描述系統功能、搭建分布式時間觸發以太網架構、分區配置系統資源和基于消息優先級規劃傳輸方式。通過系統層次架構對航天器電子系統功能進行分層表征，系統層次架構自頂向下分為輸入層、信息處理層、決策層、輸出層、驅動層。

一種時間確定性分布式航天器電子系統設計方法，該方法的步驟包括：

(1)分層模型描述系統功能，該模型包括輸入層、信息處理層、決策層、輸出層和驅動層；

所述的輸入層用于接收航天器電子系統外部信息，并將接收到的外部信息輸出給信息處理層；

所述的信息處理層用于接收輸入層輸出的外部信息，并對接收到的外部信息進行處理后輸出給決策層；

所述的決策層用于接收信息處理層輸出的處理后的外部信息，并根據接收到的處理后的外部信息進行計算，輸出計算結果給輸出層；

所述的輸出層用于接收決策層輸出的計算結果，并將接收到的計算結果輸出給驅動層；

所述的驅動層用于接收輸出層輸出的計算結果，并根據接收到的計算結果完成執行終端的驅動；

按照航天器的需求設計能夠實現航天器功能的電子設備，并根據分層模型各層功能將設計的各個電子設備歸入各層；

歸入輸入層的電子設備(如用于姿態軌道測量、遙控指令接收和人控操作)接收到航天器電子系統外部信息，并將接收到的外部信息輸出給歸入信息處理層的電子設備；

歸入信息處理層(如用于敏感器信息處理、遙控指令處理和人控操作處理)的電子設備接收到歸入輸入層的電子設備輸出的外部信息，并對接收到的外部信息進行處理后輸出給歸入決策層的電子設備；