星内光无线can路线通信模块小型化研究

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1、星内光无线CAN路线通信模块小型化研究1绪论1.1研究背景及重要意义随着现代通信技术的进一步发展，卫星通倍以其特有的工作模式受到越来越高的关注，其应用遍及气象、导航定位、测绘、广播等军事及民用领域。卫星功能的多样性，要求系统结构、通信方式和数据处理能力的多样性，与此同吋，不可避免的会带来卫星重量和体积的增加，因此卫星的制造成本和发射成本成为技术人员关注的重要方面。在满足卫星空间环境的条件下，采用微纳米技术可以有效的减小卫星的体积和重量，从而达到降低成本的要求。但是，新型微纳米技术传感单元和执行单元的使用仅减小有效载荷的体积和重量，并没有减小载荷之间连

2、接电缆的重量，而这些传统电缆所占的比重不可小视，大概占卫星比重的7%到10%，其中导线连接器占14%,电能传输线为31%,数据导线为55%[1]。如果可以用无线传输的手段来代替数据导线进行通信，卫星屮使用的线纟览将减少一半的重量，可以有效实现卫星减重，星内无线光通信（OpticalTA，NationalInstituteforAerospaceTechniqueofSpain)H.Guerrero教授正式提出，作为星内设备的无线连接技术此后各国的航天研究机构纷纷着力此项技术的研究与应用。其中以欧空局（ESA)和美国国家航空局以及宇宙航行局（NASA)

3、支持下的约翰斯霍普斯顿大学的应用物理研究所（JPLJohnsHopkinsUniversityAppliedPhysicsLaboratory)的研究最为显著其研究包括对星内无线光通信链路的建模仿真、MIL-STD-1553总线以及RS-232传输总线应用无线光通信的实验论证和基于蓝泣石鞋片的光发射机和光接收机的数字驱动芯片电路研制，ESA的TechnologyResearchProgram项目中实现了基于无线CAN总线的多小：结构组网。除上述两家研究机构之外，在欧洲，致力于星内的研究机构有西班牙航空航天科技研究所，欧洲航天局和航天工业合作纽织，以及

4、马德里理工大学等五所高校；TAS也展开了此项技术的相关工作。与此同时，意大利的都灵理工学院也着手于此项技术的研究；在北美，进行此项研究的有美国国防部和航天工业合作组织和美国航天局NASA和航天工业合作组织，麻省理工、加州大学伯克利分校和佐治亚理等六所高校，以及HP、IBM等美国航天组织支持下的知名公司[6]。2CAN总线特性分析2.1星内光无线组网系统采用光无线通佶技术代替传统电缀传输方式[15]为星内信息传送、卫星通佶以及卫星简易型组装测试提供了有效保障。星内光无线组网系统如图2.1所示，星内网络拓扑结构的纽成部分包括：星内有效载荷、远程终端、接口

5、单元和星载计算机，对应的连接方式按照总线通佶速率的不同分为遥感遥控总线、低速率总线以及模拟传感器专用总线。其中采用通信速率高达1Mbps的遥感遥控总线实现星载计算机和远程终端、接口单元之间的连接，如CAN总线、M1L-STD-1553B总线、OBDH等总线方式；利用传输速率为10~100kbps的低速率总线连接各接口单元与载荷、控制器、执行器等，包括SPl、LSSB和ML16/DS16等总线。此外模拟星务传感器像压力传感器、温度传感器等以及高速率点对点传输等采用0.1-1Hz的频率实现对输出模拟信号的处理。由此可知，应用于光无线通倍技术的总线有很多种

6、，根据星内无线光通倍不同传输速率的要求，一般采用CAN总线、M1L-STD-I553B总线SP总线等构成星内无线光传输的基本链路[24]。本文所介绍的是基于红外光收发模块，以CAN总线为传输协议的系统搭建及性能研究，下面主耍介绍CAN总线在星内应用的优势以及意义。2.2GAN总体结构2.2.1ISO参考模式现代网络采用分层的体系结构，将网络按其功能的不同分成一系列的层次，每一层完成一个特定的功能，相邻层中的高居通过直接使用底层提供的服务以实现本戻的功能，同时又提供服务给它的上一层。网络分层的好处是，各层之间相互独立，其具体功能的实现细节是不可见的，相

7、邻层间通过接口处一些必要的信息交换来完成交互。这样更利于实现和维护每一层的具体功能[I6];并且提高了修改单层的灵活性，即当某一屋需要改动时，只要它与上下层的交互关系不发生改变，其他层的正常通信都将不受影响。这种方式使得服务实现的具体细节完全封装在层内部，从而保证各层之间具有很强的独立性。在国际标准组织（ISO)提出的开放式互联（OSI)的参考模式，网络系统结构划分为7层。从下到上依次是PhysicalLayer(物理层)、DataLinkLayer(数据链路层)、NetSP430与CAN控制器MCP2515构成整个CAN通信模块，其供电电压都为3.

8、3V，方便进行接口连接。在此基础上，本文进行了光无线CAN总线通信模块的小型化设计与研制，内部集成了包括数据