一种可重构的微纳卫星系统架构及卫星系统重构方法专利检索-软件组件软件包软件固件电脑零配件专利检索查询-专利查询网

一种可重构的微纳卫 星系统架构及卫星系统重构方法

阅读：1023发布：2020-06-27

专利汇可以提供一种可重构的微纳卫星系统架构及卫星系统重构方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明实施例公开了一种可重构的微纳卫星系统架构及卫星系统重构方法；该可重构的微纳卫星系统包括：通用模组，包括多个实现所述卫星系统所有功能需求均需要使用的共用模块；专用模组，包括多个与所述卫星系统单一功能需求对应的且仅实现对应的单一功能需求所需要使用的专用模块；标准化总线，用于连接所述通用模组中的共用模块以及所述专用模组中的专用模块。，下面是一种可重构的微纳卫星系统架构及卫星系统重构方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种可重构的微纳卫星系统，其特征在于，所述卫星系统包括：
通用模组，包括多个实现所述卫星系统所有功能需求均需要使用的共用模块；
专用模组，包括多个与所述卫星系统单一功能需求对应的且仅实现对应的单一功能需求所需要使用的专用模块；
标准化总线，用于连接所述通用模组中的共用模块以及所述专用模组中的专用模块。
2.根据权利要求1所述的卫星系统，其特征在于，所述通用模组的种类包括：计算处理模块以及接口扩展模块；其中，
所述计算处理模块，配置为针对所述卫星系统的各种功能需求进行数据计算、信号处理以及控制指令的生成；
所述接口扩展模块，配置为将所述通用模组以及所述专用模组中的非标准接口转换为标准化接口；
所述标准化总线，包括标准化模块通信总线和标准化配电总线。
3.根据权利要求2所述的卫星系统，其特征在于，所述计算处理模块包括通用CPU以及CPU接口电路；其中，
所述通用CPU，配置用于整星遥测数据的采集与转发、地面遥控命令的接收与执行、和姿态与飞行轨道计算；
以及，接收载荷信号并对载荷信号进行处理，包括卫星的星务管理、姿轨控制、测控、导航以及数传；
以及射频信号的调制与解调处理；
以及供配电状态的采集与检测、帆板分流控制、蓄电池充电控制、电压转化、和配电控制；
所述CPU接口电路，配置用于通过所述标准化模块通信总线接收所述专用模组发送的数据及信号；
以及通过所述标准化模块通信总线向所述专用模组发送对应的控制指令。
4.根据权利要求3所述的卫星系统，其特征在于，每个所述通用CPU均能够访问所有的专用模块；每个通用CPU通过软件在轨上注入不同的功能需求，以使每个通用CPU能够控制与自身所注入的功能需求所对应的专用模块；每个通用CPU均能够被关闭。
5.根据权利要求4所述的卫星系统，其特征在于，所述计算处理模块和所述专用模块均通过总线隔离器连接到所述标准化总线，以使得所述计算处理模块或专用模块由于故障被关闭时，被关闭的计算处理模块或专用模块不影响所述标准化总线的正常通信。
6.根据权利要求2所述的卫星系统，其特征在于，在所述标准化总线中，所述标准化模块通信总线具有备份通信总线，所述通用模组中的共用模块内以及所述专用模组中的专用模块内均通过独立的接口电路分别与所述标准化模块通信总线和所述备份通信总线相连接；
当所述标准化模块通信总线出现故障时，所述通用模组中的共用模块以及所述专用模组中的专用模块均切换至所述备份通信总线进行通信；或者，所述专用模组中的专用模块接收所述计算处理模块传输的选择指令，并基于所述选择指令的指示选择所述标准化模块通信总线或所述备份通信总线进行通信。
7.根据权利要求2所述的卫星系统，其特征在于，所述专用模组的种类，包括测控功能模块、供配电模块、姿轨控模块和载荷功能模块；
其中，所述测控功能模块，配置为在通过天线接收遥控信号后，对接收到的遥控信号通过基带解码得到遥控命令，并将所述遥控命令通过所述标准化模块通信总线发送至所述计算处理模块；
以及，通过所述标准化模块通信总线接收由所述计算处理模块传输的遥测数据，对所述遥测数据通过基带合成为遥测信号，并将所述遥测信号通过天线向外部发射；
所述供配电模块，配置用于将电源组件的工作状态通过所述标准化模块通信总线传输至所述计算处理模块；
以及，通过所述标准化模块通信总线接收由所述计算处理模块传输的控制命令，并执行所述控制命令的指示；
以及，通过所述标准化配电总线向所述共用模块以及专用模块提供电能；
所述姿轨控模块，配置为采集所述卫星系统的姿态与飞行轨道参数，并将所述参数通过所述标准化模块通信总线传输至所述计算处理模块；
所述载荷功能模块，配置为通过所述计算处理模块传输的控制命令实现对应的卫星载荷功能。
8.根据权利要求7所述的卫星系统，其特征在于，
所述测控功能模块，包括天线、测控射频器、测控基带以及测控接口电路；
所述供配电模块，包括分流器、充电控制器和标准化电压调节及配电单元；
所述姿轨控模块，包括飞轮、星敏器、陀螺仪和磁力矩器；
所述载荷功能模块，包括数传模块、相机模块、存储模块中的至少一个，其中，所述数传模块，包括宽带射频通道、数传射频基带和接口电路；所述相机模块，包括镜头组件、图像传感器和接口电路；所述存储模块，包括闪存阵列和接口电路。
9.根据权利要求8所述的卫星系统，其特征在于，所述标准化总线，还包括标准化高速通信总线，配置为传输所述载荷功能模块之间的载荷数据；
相应地，所述数传模块、相机模块以及存储模块中的接口电路包括高速通信接口电路和低速通信接口电路；其中，所述高速通信接口电路与所述标准化高速通信总线相连接，所述低速通信接口电路与所述标准化模块通信总线相连。
10.根据权利要求7所述的卫星系统，其特征在于，在每种专用模块中均对应的包括一个备份专用模块。
11.一种卫星系统重构方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1至10任一项所述的卫星系统，所述方法包括：
通用模组中的每个计算处理模块通过软件在轨上注入不同的功能需求，以使每个计算处理模块控制与自身所注入的功能需求所对应的专用模块；
当第一计算处理模块发生故障时，关闭所述第一计算处理模块，并从除所述第一计算处理模块之外的其他计算处理模块中确定第二计算处理模块；
通过软件上注的方式修改第二计算处理模块对应的专用模块；其中，修改后的第二计算处理模块对应的专用模块包括修改之前所述第二计算处理模块对应的专用模块和所述第一计算处理模块在故障前对应的专用模块。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在专用模组中，当一种专用模块中的一个专用模块出现故障时，将故障的专用模块关闭，并将该种类专用模块中的备份专用模块接替所述故障的专用模块。

说明书全文

一种可重构的微纳卫星系统架构及卫星系统重构方法

技术领域

[0001] 本发明涉及航天技术领域，尤其涉及一种可重构的微纳卫星系统架构及卫星系统重构方法。

背景技术

[0002] 随着卫星功能多样化的发展，卫星所承载的功能越来越多。而在传统卫星设计领域，卫星中的某一特定的系统仅承担预先定义的功能，如果某一特定功能所对应的系统损坏，则卫星整体即失去此项功能。尽管可以通过在卫星中增加冗余备份以提高卫星的可靠性，但对于卫星中的每个功能系统，都需要相应增加对应的备份系统，从而增加了卫星系统的设计复杂程度，还增加了整星的体积质量，造成卫星制造成本的增加。而且通过功能备份方式提高卫星的可靠性，那么还需要地面配套设备的额外支持，由此就需对现有地面站设备进行升级改造，增加了系统复杂度。

[0003] 为了避免上述情况发生，目前已出现针对特定的功能范围内的部分功能进行重构的卫星系统，也就是说，针对若干个功能相近的系统，通过增加少量功能模块的方法，使得每个系统可以通过注入对应功能的软件，使其实现若干项功能其中的一种。该方案对于星务计算机，可通过上注软件方式在轨修改功能，实现在星务管理、姿轨控计算、载荷数据简单处理等功能之间切换；但由于硬件架构限制，该方案只能实现有限的功能备份，不能对不同载荷实现备份功能，例如无法实现测控系统信号处理器的功能备份，对于提高卫星系统的整体可靠性的帮助不大，仍然需要增加相应的功能备份。

[0004] 目前出现的一种同构星务系统冷备份切换方法，可以通过外部控制电路控制两套冷备份状态星务计算机切换，并通过外部控制电路保存当前状态。这种方法不仅需要两套计算机及外围配套电路，还需要增加外部控制电路，从而增加系统复杂程度和可能出现的故障点。

[0005] 对于微纳卫星来说，由于卫星体积小，并且能量、星内空间非常有限，因此通常并没有空间增加额外备份系统，从而致使卫星的可靠性大大降低；基于此，只能通过制造时的测试筛选来保证可靠性，从而导致卫星寿命通常较短，难以满足长寿命及高可靠性需求。

发明内容

[0006] 有鉴于此，本发明实施例期望提供一种可重构的微纳卫星系统架构及卫星系统重构方法，不仅能够提高卫星系统的可靠性，而且还减少了重构所需的备份电路和器件数量，节约了卫星空间，降低了卫星的能量需求。

[0007] 本发明的技术方案是这样实现的：

[0008] 第一方面，本发明实施例提供了一种可重构的微纳卫星系统，所述卫星系统包括：

[0009] 通用模组，包括多个实现所述卫星系统所有功能需求均需要使用的共用模块；

[0010] 专用模组，包括多个与所述卫星系统单一功能需求对应的且仅实现对应的单一功能需求所需要使用的专用模块；

[0011] 标准化总线，用于连接所述通用模组中的共用模块以及所述专用模组中的专用模块。

[0012] 第二方面，本发明实施例一种卫星系统重构方法，所述方法应用于第一方面所述的卫星系统，所述方法包括：

[0013] 通用模组中的每个计算处理模块通过软件在轨上注入不同的功能需求，以使每个计算处理模块控制与自身所注入的功能需求所对应的专用模块；

[0014] 当第一计算处理模块发生故障时，关闭所述第一计算处理模块，并从除所述第一计算处理模块之外的其他计算处理模块中确定第二计算处理模块；

[0015] 通过软件上注的方式修改第二计算处理模块对应的专用模块；其中，修改后的第二计算处理模块对应的专用模块包括修改之前所述第二计算处理模块对应的专用模块和所述第一计算处理模块在故障前对应的专用模块。

[0016] 本发明实施例提供了一种可重构的微纳卫星系统架构及卫星系统重构方法；将传统卫星系统中，针对所有功能需求都能够使用的共用模块形成通用模组，将仅针对某个单一功能需求使用的专用模块形成专用模组。与传统卫星系统相比，在实现卫星系统的功能需求时，降低了通用模组与专用模组之间的耦合度，并且在提高卫星系统可靠性的过程中，仅需要对通用模组或者专用模组中的组件进行备份，将可靠性备份的粒度由系统级下降至组件级，降低了实现卫星系统功能需求的系统复杂度，减少了卫星系统的资源浪费，降低功耗以及卫星系统的质量。附图说明

[0017] 图1为现有的卫星系统中卫星平台的架构示意图；

[0018] 图2为本发明实施例提出的一种可重构的微纳卫星系统架构示意图；

[0019] 图3为本发明实施例提出的一种通用模组的组成示意图；

[0020] 图4为本发明实施例提出的一种标准化总线的组成示意图；

[0021] 图5为本发明实施例提出的一种计算处理模块的组成示意图；

[0022] 图6为本发明实施例提出的一种专用模组的组成示意图；

[0023] 图7为本发明实施例提出的一种星敏器的组成示意图；

[0024] 图8A为本发明实施例提出的一种数传分系统的组成示意图；

[0025] 图8B为本发明实施例提出的一种相机分系统的组成示意图；

[0026] 图8C为本发明实施例提出的一种存储分系统的组成示意图；

[0027] 图9为本发明实施例提出的一种卫星系统重构方法流程示意图；

[0028] 图10为本发明实施例提出的一种卫星系统架构示意图。

具体实施方式

[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

[0030] 对于一个完整的卫星系统来说，可以包括卫星平台以及卫星载荷，卫星载荷搭载在卫星平台上。参见图1，其示出了现有的卫星系统中卫星平台的架构示意，在当前现有的卫星系统中，包括多个分系统，以图1所示的架构为例，卫星系统1可以包括测控分系统11、综合电子分系统12、姿态及飞行轨道控制(以下简称姿轨控)分系统13及供配电分系统14。每个分系统都包括以下组件：CPU、通信接口电路以及供电接口电路。各分系统之间通过系统通信总线15实现卫星系统内部通信，供配电分系统14通过系统配电总线16向其余分系统的供电电路接口供电，从而为其余分系统的功能实现提供电能。从图1中可以看出，在卫星系统架构内，各分系统耦合紧密，并且各分系统的CPU相互独立，即各系统的CPU仅负责实现自身所在系统的功能。举例来说，综合电子分系统12中的综合电子CPU负责整星遥测采集转发，遥控接收执行，姿轨控计算等功能；测控分系统11中的测控CPU实现射频信号调制解调功能；供配电分系统14中的电源控制CPU实现状态采集及监测，帆板分流控制，蓄电池充电控制，电压转换及配电控制等功能。此外，每个分系统都需要独立CPU及配套的外围电路(如供电接口电路和通信接口电路)。如需提高可靠性，只能通过分系统级的备份来实现，也就是在对某个分系统进行备份的过程中，需要对该分系统中的所有组件均进行备份。通常每个分系统都会有一套备份分系统，这样整个卫星平台系统就需要5至6套CPU及对应的外围电路。此外，如果需要进一步地提高可靠性，那就只能通过增加分系统级备份实现，这进一步增加了资源浪费，不利于卫星系统重量、功耗及体积的优化。

[0031] 针对图1的架构，需要说明的是，通常CPU的计算能力会有较大的冗余，配套的外围电路的能力也存在较大的余量，但由于图1所示的架构限制了每个CPU仅能够实现自身所在系统的功能，过剩的计算能力以及外围电路能力无法用于其他分系统的功能实现，也无法作为备份用途。

[0032] 面对上述问题，基于CPU具有可软件编程实现功能重构的能力以及供电接口电路和通信接口电路的功能较为单一以能在不同系统间通用这两个特点，本发明实施例提出了一种可重构的微纳卫星系统架构，参见图2，其示出了该可重构的微纳卫星系统2架构可以包括：

[0033] 通用模组21，包括多个实现所述卫星系统2所有功能需求均需要使用的共用模块；

[0034] 专用模组22，包括多个用于与所述卫星系统2单一功能需求对应的且仅实现所述对应的单一功能需求所需要使用的专用模块；

[0035] 标准化总线23，用于连接所述通用模组21中的共用模块以及专用模组22中的专用模块。

[0036] 通过图2所提供的微纳卫星系统2，将传统卫星系统中，包括卫星平台以及卫星载荷，针对所有功能需求都能够使用的共用模块形成通用模组21，将仅针对某个单一功能需求使用的专用模块形成专用模组22。与传统卫星系统相比，在实现卫星系统的功能需求时，降低了通用模组21与专用模组22之间的耦合度，并且在提高卫星系统可靠性的过程中，仅需要对通用模组21或者专用模组22中的组件进行备份，将可靠性备份的粒度由系统级下降至组件级，降低了实现卫星系统功能需求的系统复杂度，减少了卫星系统的资源浪费，降低功耗以及卫星系统的质量。

[0037] 对于图2所示的卫星系统，在一种可能的实现方式中，参见图3，所述通用模组21的种类包括：计算处理模块211以及接口扩展模块212；其中，

[0038] 所述计算处理模块211，配置为针对所述卫星系统2的各种功能需求进行数据计算、信号处理以及控制指令的生成；也就是说，所述计算处理模块211具有星务管理、姿轨控制、测控、导航、数传以及电源管理等能力，并且还能够对获取的信号进行信号处理；

[0039] 所述接口扩展模块212，配置为将所述通用模组21以及所述专用模组22中的非标准接口转换为标准化接口；

[0040] 参见图4，所述标准化总线23，包括标准化模块通信总线231和标准化配电总线232。

[0041] 对于该实现方式，优选地，参见图5，所述计算处理模块211可以包括通用CPU 2111以及CPU接口电路2112；其中，

[0042] 所述通用CPU 2111，具体可以配置用于整星遥测数据的采集与转发、地面遥控命令的接收与执行、和姿态与飞行轨道计算；

[0043] 以及，接收载荷信号并对载荷信号进行处理，包括卫星的星务管理、姿轨控制、测控、导航以及数传；

[0044] 以及射频信号的调制与解调处理；

[0045] 以及供配电状态的采集与检测、帆板分流控制、蓄电池充电控制、电压转化、和配电控制；

[0046] 所述CPU接口电路2112，配置用于通过所述标准化模块通信总线接收所述专用模组22发送的数据及信号；

[0047] 以及通过所述标准化模块通信总线向所述专用模组22发送对应的控制指令。

[0048] 针对上述通用CPU 2111，在具体实施时，每个所述通用CPU 2111均能够访问所有的专用模块22；每个通用CPU 2111通过软件在轨上注入不同的功能需求，以使每个通用CPU 2111能够控制与自身所注入的功能需求所对应的专用模块；每个通用CPU 2111均能够被关闭。

[0049] 可以理解地，由于传统的卫星架构中，卫星内部的软件配置均由各分系统的CPU来进行实现，通常来说，一个CPU会伴随至少一项软件配置项。通过减少卫星系统中总CPU数量，可以减少重复的软件配置项，例如，传统卫星架构中，平台和载荷均具有温度、电压电流采集软件，用于实现温度控制、状态监控。而采用本发明实施例所提出的卫星系统，其内部的软件配置均由通用CPU来进行实现，也就是通过通用CPU来同时实现采集平台和载荷的温度、电压电流等遥测参数，从而减少卫星系统软件配置项，从而简化程序复杂度。

[0050] 需要说明的是，上述通用CPU为具有逻辑控制功能的器件的统称，可包括CPU(中央处理器)，DSP(数字信号处理器)，FPGA(现场可编程逻辑门阵列)，以及其他能够通过编程实现控制、运算、处理等功能的器件、模块或系统。

[0051] 需要说明的是，对于单个功能需求来说，每个通用CPU 2111的计算能力是冗余的，因此，可以使得每个通用CPU 2111对应控制多个专用模块，从而节省了通用CPU 2111的设置数量，也因此减少了通用CPU 2111所需的外围电路数量，从而降低了卫星系统的资源消耗，节约了卫星空间，减轻了卫星系统质量。在正常工作状态下，每个通用CPU 2111仅负责自身对应的专用模块，当某个通用CPU 2111出现故障时，关闭故障的通用CPU 2111，并通过软件上注修改的方式，使得一个非故障的通用CPU 2111在负责自身对应的专用模块的同时，还负责故障的通用CPU 2111所负责的对应的专用模块。具体选择非故障的通用CPU 2111的方法，可以获取所有非故障的通用CPU 2111在负责各自对应的专用模块时还剩余的计算能力，选取剩余计算能力最多的非故障的通用CPU 2111来额外负责故障的通用CPU
2111所负责的对应的专用模块。从而可以使得发生故障时，无需进行系统级备份，仅通过通用CPU这种组件之间的切换与备份来提高卫星系统的可靠性。

[0052] 进一步地，对于所述计算处理模块211和所述专用模块均通过总线隔离器连接到所述标准化总线，以使得所述计算处理模块211或专用模块由于故障被关闭时，被关闭的计算处理模块211或专用模块不影响所述标准化总线的正常通信。

[0053] 对于图2所示的卫星系统，在一种可能的实现方式中，在所述标准化总线中，所述标准化模块通信总线具有备份通信总线，所述通用模组中的共用模块内以及所述专用模组中的专用模块内均通过独立的接口电路分别与所述标准化模块通信总线和所述备份通信总线相连接；

[0054] 当所述标准化模块通信总线出现故障时，所述通用模组中的共用模块以及所述专用模组中的专用模块均切换至所述备份通信总线进行通信；或者，所述专用模组中的专用模块接收所述计算处理模块传输的选择指令，并基于所述选择指令的指示选择所述标准化模块通信总线或所述备份通信总线进行通信。

[0055] 可以理解地，为提高通信可靠性，可将标准化模块通信总线进行备份设计，此时，每个共用模块或专用模块均能够提供两个相互独立的通信总线接口，分别连接至两条互相备份的标准化模块通信总线，两条互相备份的通信总线功能相同，每条标准化模块通信总线均能够完整实现模块之间的通信功能。因此，在一条标准化模块通信总线出现问题时，共用模块或专用模块均能够自动切换至另一条标准化模块通信总线来实现通信工作，也可在接收由计算单元模块发送的选择指令后，基于所述选择指令的指示选择实现通信功能所使用的标准化模块通信总线。

[0056] 对于图2所示的卫星系统，在一种可能的实现方式中，参见图6，所述专用模组22的种类，包括测控功能模块221、供配电模块222、姿轨控模块223和载荷功能模块224；

[0057] 其中，所述测控功能模块221，配置为在通过天线接收遥控信号后，对接收到的遥控信号通过基带解码得到遥控命令，并将所述遥控命令通过所述标准化模块通信总线231发送至所述计算处理模块211；

[0058] 以及，通过所述标准化模块通信总线231接收由所述计算处理模块211传输的遥测数据，对所述遥测数据通过基带合成为遥测信号，并将所述遥测信号通过天线向外部发射；

[0059] 所述供配电模块222，配置用于将电源组件的工作状态通过所述标准化模块通信总线231传输至所述计算处理模块；

[0060] 以及，通过所述标准化模块通信总线231接收由所述计算处理模块211传输的控制命令，并执行所述控制命令的指示；

[0061] 以及，通过所述标准化配电总线232向所述共用模块以及专用模块提供电能；

[0062] 所述姿轨控模块223，配置为采集所述卫星系统的姿态与飞行轨道参数，并将所述参数通过所述标准化模块通信总线231传输至所述计算处理模块211；

[0063] 所述载荷功能模块224，配置为通过所述计算处理模块211传输的控制命令实现对应的卫星载荷功能。

[0064] 对于上述四种专用模组，在具体实施过程中，所述测控功能模块221，包括天线、测控射频器、测控基带以及测控接口电路。因此，对于上述测控功能模块211的功能，具体可以描述为：测控射频器在通过天线接收遥控信号后，测控基带对接收到的遥控信号通过基带解码得到遥控命令，测控接口电路将所述遥控命令通过所述标准化模块通信总线231发送至所述计算处理模块211；以及，测控接口电路通过所述标准化模块通信总线231接收由所述计算处理模块211传输的遥测数据，通过测控基带对所述遥测数据合成为遥测信号，测控射频器将所述遥测信号通过天线向外部发射。

[0065] 所述供配电模块222，包括分流器、充电控制器和标准化电压调节及配电单元。因此，对于上述供配电模块222的功能，具体可以描述为：将电源组件的工作状态通过所述标准化模块通信总线231传输至所述计算处理模块；以及，通过所述标准化模块通信总线231接收由所述计算处理模块211传输的控制命令，分流器、充电控制器和标准化电压调节单元执行所述控制命令的指示；以及，配电单元通过所述标准化配电总线232向所述共用模块以及专用模块提供电能。详细来说，电源组件可以包括光伏模组，比如太阳能电池板，光伏模组将光能转换为电能后，通过分流器传输至充电控制器，通过充电控制器向蓄电池供电。

[0066] 所述姿轨控模块223，包括飞轮、星敏器、陀螺仪和磁力矩器。其功能具体可以描述为：通过飞轮、星敏器、陀螺仪和磁力矩器采集卫星系统2的姿态与飞行轨道参数，并将参数传输至计算处理模块211。

[0067] 在传统卫星系统中，由于星敏器、陀螺仪、飞轮等姿轨控组件中均包括CPU、接口电路、电源供电电路及相应的专用模块，如电机、图像传感器等，因此，对于本发明实施例中，同样可以对姿轨控组件划分为通用组件以及专有组件，从而使得在卫星平台和载荷单机之间共用CPU、接口电路、电源供电电路等通用电路组件，以实现全系统可重构卫星架构，在不降低可靠性的同时大大减少卫星星上元器件数量及电路复杂程度。以星敏器为例，图7为传统卫星系统中星敏器内部电路功能模块示意，其中包括图像传感器，CPU，接口电路，供电电路等。通过将星敏器中能够进行通用的组件设计为通用模组，仅保留星敏感器内部图像传感器和接口电路，将CPU与供电电路的功能通过通用模组中的共用模块来代替，从而减少了星敏器的电路复杂程度。

[0068] 所述载荷功能模块224，相应于卫星平台所搭载的卫星载荷，在传统卫星系统中，卫星载荷也具有与传统卫星平台中各分系统相似的电路功能模块。在卫星平台中，具体的卫星载荷可以包括数传分系统、相机分系统以及存储分系统。以数传分系统为例，参见图8A所示，传统的数传分系统可以包括宽带射频通道，数传射频基带，CPU、用于信号处理的FPGA，接口电路和供电电路等部分。本实施例中，通过将CPU、接口电路、供电电路从系统中分离出来成为共用模块，并且通过FPGA将数传射频基带接口转换为标准化接口，并在FPGA内完成信号处理、调制与解调功能，从而在所述载荷功能模块224中，数传模块用于实现所述数传分系统对应的载荷功能，数传模块可以包括宽带射频通道、数传射频基带和接口电路。以相机分系统为例，参见图8B，传统的相机分系统可以包括镜头组件、图像传感器、CPU、用于信号处理的FPGA，接口电路和供电电路等部分。在本实施例中，同样将CPU、接口电路、供电电路从系统中分离出来成为共用模块，并且通过FPGA将数传射频基带接口转换为标准化接口，并在FPGA内完成信号处理、调制与解调功能，从而在所述载荷功能模块224中，相机模块用于实现所述相机分系统对应的载荷功能，相机模块可以包括镜头组件、图像传感器和接口电路。以存储分系统为例，参见图8C，传统的存储分系统包括闪存阵列、CPU、用于信号处理的FPGA，接口电路和供电电路等部分。同样对于存储分系统来说，按照上述数传模块以及相机模块所进行的共用模块分离过程，在所述载荷功能模块224中，得到存储模块以实现所述相机分系统对应的载荷功能，存储模块可以包括闪存阵列和接口电路。在对卫星载荷分系统按照上述方案进行共用模块分离之后，能够减少载荷功能模块的电路复杂程度，进而减少卫星载荷分系统的质量与功耗。

[0069] 此外，由于载荷分系统之间的通信数据量通常较大，为避免卫星载荷之间的通信数据量对卫星平台的通信造成影响，优选地，所述标准化总线，还包括标准化高速通信总线，配置为传输所述载荷功能模块之间的载荷数据；

[0070] 相应地，所述数传模块、相机模块以及存储模块中的接口电路包括高速通信接口电路和低速通信接口电路；其中，所述高速通信接口电路与所述标准化高速通信总线相连接，所述低速通信接口电路与所述标准化模块通信总线相连。

[0071] 需要说明的是，在卫星载荷功能模块之间增加标准化高速通信总线来实现不同卫星载荷间通信。因此，卫星载荷功能模块同时具有标准化模块通信总线和标准化高速通信总线，标准化模块通信总线用于传输控制数据和遥测数据，标准化高速通信总线用于传输载荷数据。相应地，在各种卫星载荷功能模块中，通信接口电路也可以对应地划分为高速通信接口电路和低速通信接口电路；所述高速通信接口电路与所述标准化高速通信总线相连接，所述低速通信接口电路与所述标准化模块通信总线相连，从而避免高低速数据之间的相互影响。

[0072] 针对上述四种专用模组，通过对卫星平台以及卫星载荷进行联合设计，将卫星平台和卫星载荷的共用模块进行通用化设计，可在不影响功能和可靠性的情况下最大限度的减少卫星使用元器件数量，降低卫星整体设计复杂程度。

[0073] 对于上述四种专用模组，在具体实施过程中，可以在每种专用模块中均对应的包括一个备份专用模块。从而当某种专用模块中的某个专用模块发生故障时，可以将故障的专用模块关闭，并且将故障的专用模块功能切换到备份专用模块。需要说明的是，由于专用模块之间的备份不涉及共用模块，因此，降低了专用模块与共用模块之间的耦合，可以提供低成本、低复杂度的提高可靠性的方法，实现全卫星系统可重构卫星架构。

[0074] 通过上述技术方案，可以看出当某一功能需求发生故障时，无需针对实现故障的功能需求的全部组件进行备份切换，而仅需要对共用模块或专用模块进行切换，从而降低了系统的电路复杂度，减少了资源浪费，提高了资源的利用率。

[0075] 基于前述技术方案相同的发明构思，参见图9，其示出了本发明实施例提供的一种卫星系统重构方法，该方法可以应用于前述技术方案中任一示例所述的卫星系统，所述方法包括：

[0076] S901：通用模组中的每个计算处理模块通过软件在轨上注入不同的功能需求，以使每个计算处理模块控制与自身所注入的功能需求所对应的专用模块；

[0077] S902：当第一计算处理模块发生故障时，关闭所述第一计算处理模块，并从除所述第一计算处理模块之外的其他计算处理模块中确定第二计算处理模块；

[0078] S903：通过软件上注的方式修改第二计算处理模块对应的专用模块；其中，修改后的第二计算处理模块对应的专用模块包括修改之前所述第二计算处理模块对应的专用模块和所述第一计算处理模块在故障前对应的专用模块。

[0079] 对于图9所示的技术方案，在一种可能的实现方式中，该方法还可以包括：在专用模组中，当一种专用模块中的一个专用模块出现故障时，将故障的专用模块关闭，并将该种类专用模块中的备份专用模块接替所述故障的专用模块。

[0080] 对于图9所示的技术方案，在一种可能的实现方式中，计算处理模块和专用模块均通过总线隔离器连接到标准化总线上，从而可以使得所述计算处理模块或专用模块由于故障被关闭时，被关闭的计算处理模块或专用模块不影响所述标准化总线的正常通信。

[0081] 结合上述任一实施例提出以下具体示例，可以理解地，以下具体示例仅对上述任一实施例的具体实施进行示例性阐述，并非对上述任一实施例的技术方案进行限定。

[0082] 参见图10所示的卫星系统架构示意，在以下具体示例中，计算处理模块11的数量为2，分别为11a和11b，每个计算处理模块11均包括通用CPU和CPU接口电路；接口扩展模块12的数量为2，分别是12a和12b，每个接口扩展模块12均包括接口扩展电路；测控功能模块
21的数量为2，分别是21a和21b，每个测控功能模块21均包括天线、测控射频器、测控基带以及测控接口电路；供配电模块22以及姿轨控模块23的数量均为1；供配电模块22，包括分流器、充电控制器和标准化电压调节及配电单元；姿轨控模块23包括飞轮、星敏器、陀螺仪和磁力矩器中的专用部件，比如飞轮中的电机组件和电压电流采样电路，星敏器中的图像传感器和接口电路，陀螺仪中的角速度传感器和接口电路，磁力矩器中的电磁线圈和接口电路。而卫星载荷以数传模块24、相机模块25以及存储模块26为例，数传模块24中包括宽带射频通信电路、数传射频基带以及接口电路；相机模块25包括镜头组件、图像传感器以及接口电路；存储模块26包括闪存阵列和接口电路。

[0083] 卫星载荷与卫星平台的各模块之间通过标准化模块通信总线相连接且相互通信，并且各模块可以通过总线隔离器连接到标准化模块通信总线上；而卫星载荷的各模块之间还通过标准化高速通信总线相连接，以实现载荷数据之间的传输，因此，对于卫星载荷的各模块来说，比如数传模块24、相机模块25以及存储模块26，其中的接口电路可以包括高速通信接口电路和低速通信接口电路；其中，所述高速通信接口电路与所述标准化高速通信总线相连接，所述低速通信接口电路与所述标准化模块通信总线相连。

[0084] 供配电模块22通过标准化配电总线向其他模块供电。需要说明的是，在以下具体示例中，标准化模块通信总线以及标准化配电总线具体可以是控制器局域网络(CAN，Controller Area Network)总线，各模块之间所连接的拓扑结构可以是总线结构、星型结构等，以下具体示例中不做赘述。

[0085] 具体示例一

[0086] 以图10所示的卫星系统架构为例，由于通用CPU的计算能力能够控制测控功能模块21、供配电模块22、姿轨控模块23、数传模块24、相机模块25以及存储模块26，因此，在实现卫星系统的功能需求时，可以仅通过单个的计算处理模块11来控制测控功能模块21、供配电模块22、姿轨控模块23、数传模块24、相机模块25以及存储模块26。在本具体示例中，首先，通过软件在轨上注的方式将卫星系统的功能需求注入计算处理模块11a，那么计算处理模块11a就能够根据注入的功能需求对测控功能模块21a、供配电模块22以及姿轨控模块23进行控制；接着，当计算处理模块11a发生故障时，可以将计算处理模块11a关闭，并且同样通过软件在轨上注的方式将卫星系统的功能需求注入到计算处理模块11b，此时，就能够通过计算处理模块11b对测控功能模块21a、供配电模块22以及姿轨控模块23进行控制。

[0087] 另外由于计算处理模块11a关闭，因此，总线隔离器保证关闭的计算处理模块11a不会影响标准化模块通信总线的正常通信。

[0088] 具体示例二

[0089] 以图10所示的卫星系统架构为例，在正常工作状态下，计算处理模块11a能够根据注入的功能需求对测控功能模块21a、供配电模块22、姿轨控模块23、数传模块24、相机模块25以及存储模块26进行控制。当计算处理模块11a的计算能力下降，无法控制测控功能模块
21、供配电模块22、姿轨控模块23、数传模块24、相机模块25以及存储模块26时，同样可以通过软件在轨上注的方式将卫星系统的部分功能需求注入到计算处理模块11b，以测控功能模块21a为例，可以使计算处理模块11a控制供配电模块22以及姿轨控模块23；而计算处理模块11b控制测控功能模块21。

[0090] 具体示例三

[0091] 以图10所示的卫星系统架构为例，在正常工作状态下，计算处理模块11a控制供配电模块22、姿轨控模块23、数传模块24、相机模块25以及存储模块26，计算处理模块11b控制测控功能模块21。当计算处理模块11a发生故障而关闭时，同样可以通过软件在轨上注的方式将计算处理模块11a所对应的部分功能需求注入到计算处理模块11b，从而使得计算处理模块11b对测控功能模块21a、供配电模块22以及姿轨控模块23进行控制。

[0092] 另外由于计算处理模块11a关闭，因此，总线隔离器保证关闭的计算处理模块11a不会影响标准化模块通信总线的正常通信。

[0093] 对于传统的卫星平台系统来说，在功能需求实现过程中，当CPU发生故障时，由于是分系统级粒度的备份，那么通常会将发生故障的CPU所处的功能分系统切换至备份的功能分系统。

[0094] 而在上述具体示例中，由于是组件级粒度的备份，当CPU发生故障时，仅需要切换至备份的通用CPU即可，从而降低了卫星功能备份所耗费的资源。

[0095] 需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

[0096] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

标题	发布/更新时间	阅读量
分析物检测仪表和相关使用方法	2020-05-08	832
自带发电机的用电产品	2020-05-08	531
一种基于深度学习的轨道扣件缺陷识别算法	2020-05-08	137
一种基于微服务的大数据实时处理装置	2020-05-08	569
用于自主驾驶的异构计算架构硬件/软件协同设计	2020-05-11	114
低温续驶里程衰减整车热管理设计目标分解模型与分析方法	2020-05-08	680
一种信息系统安全配置自动加固方法	2020-05-11	117
一种自动监控方法、装置、终端设备及计算机存储介质	2020-05-11	214
一种智能感知的机场保障能力实时评估系统及评估方法	2020-05-08	350
一种基于分析软件的充血性心力衰竭监测装置	2020-05-08	597

一种可重构的微纳卫星系统架构及卫星系统重构方法

一种可重构的微纳卫星系统架构及卫星系统重构方法

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：