卫星载荷数据加载器研制

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1、国内图书分类号：TP336学校代码：10213国际图书分类号：681.3密级：公开工学硕士学位论文卫星载荷数据加载器研制硕士研究生：杨兆君导师：赵光权副教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：仪器科学与技术所在单位：自动化测试与控制系答辩日期：2013年7月1日授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP336U.D.C.:681.3ThesisfortheMasterDegreeinEngineeringDEVELOPMENTOFSATELLITEPAYLOADDATALOADERCandidate：YangZhaojunS

2、upervisor：A.P.ZhaoGuangquanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：InstrumentationScienceandTechnologyUnit:DepartmentofAutomaticTestandControlthDateofOralExamination：July,2,2013University：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要有效载荷在整个卫星系统中的占据核心地位，成本巨大，技术难度

3、较大导致其交付时间远远滞后于其它分系统，将真实的有效载荷用于卫星测试中不仅影响测试进度，而且给价值昂贵的星上设备带来相当大的风险，因此开发相应的模拟设备成为了必然。然而现有的模拟设备功能单一，只能简单的模拟载荷数据的输出，而不能很好的模拟从载荷到数传分系统这条完整的数据链路，测试时故障定位、复现、诊断能力薄弱。通过上述分析和调研，本文设计了一种具有分级测试功能的卫星载荷数据加载器，不仅能有效的模拟有效载荷的数据输出，而且以多块板卡分级模拟了数传系统的单机组成，满足需求的同时，卫星测试的灵活性大大提升。本文首先分析了载荷数据加载器的需求和技术指标

4、，确定了PXI&PXIe的系统架构，基于分级测试的整体构想和模块化的设计思路提出了载荷数据加载器的总体设计方案，并根据存储器容量、接口类型、机械尺寸等因素，进行了功能模块划分。卫星载荷数据加载器各模块以FPGA作为控制核心，采用Flash阵列作为高速载荷模拟源的存储解决方案，实现了单通道32GB，单板卡最大128GB的存储容量，读写速度均超过85MB/s；采用CF卡作为低速模拟源的存储介质，单通道容量也达到8GB；采用基于电容隔离技术的隔离芯片，解决了高速并行数据传输通道间延迟不匹配造成数据采集错误的问题，设计中同步LVDS信号传输速率最高可达

5、300Mbps；改进了传统的基于CCSDSAOS组帧调度算法，采用剩余数据量和优先级结合的虚拟信号调度策略，真实模拟星上载荷数据处理器工作模式、保证数据帧完整的同时，数据下行速率稳定在605Mbps；借助基于PowerPC平台的嵌入式系统千兆网络传输技术，将多路高速数据流通过网络下传至地面服务器，网口稳定的工作在320Mb/s。最后利用LabWindows/CVI编写了上位机控制软件，配合硬件实现功能。载荷数据加载器自身具备闭环检测的能力，经过长时间、多角度的测试，LVDS和RS-422信号质量达标，存储器性能良好，各载荷通道均无误码，完全满足

6、任务需求。卫星载荷数据加载器已经配合某型号卫星数传分系统完成了前期电测工作，未来也会在该型号卫星多个分系统测试时发挥更大的作用。关键词载荷数据加载器；PXI&PXIe；Flash阵列；FPGA-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractPayloadoccupiesthecentralpositionoftheentiresatellitesystem,andthehighcostandgreattechnicaldifficultyalwaysmakeitsleadtimefarbehindothersubsystems.Itnoto

7、nlyaffectsthetestschedule,butalsobringsgreatriskstotheexpensivesatelliteonbordequipmentforusingtherealpayloadinthesatellitetest.Sotodevelopcorrespondingtestdevicebecomeinevitable.However,theexistingtestdevicecanonlysimulatethepayloaddata,andcannotbuildacompletedatalinkfrompa

8、yloadtodatatransmissionsystem.Thestructureandfuctionoftheexistingtestdecive