CN112446053B - 一种通信卫星地面试验验证的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种通信卫星地面试验验证的装置，包括通过总线方式互联的若干个子***，包括射频子***、载荷综合处理子***、平台综合处理子***、多总线验证子***、仿真验证子***、抗辐照验证子***以及机构子***。各子***采用子母板的模块化设计，可根据需要选择相应的板卡***机箱内，形成单机级、分***级或整星级的验证***。

Description

一种通信卫星地面试验验证的装置

技术领域

本发明涉及通信卫星技术领域，特别涉及一种通信卫星地面试验验证的装置。

背景技术

大型的卫星星座在建设前，需要建设地面试验验证***进行关键技术验证、体制验证、接口验证等多层次、多层面的验证，进而为卫星星座的建设提供前期技术支撑。卫星星座建成后，同样需要地面试验验证***作为在轨卫星故障的地面排查平台和在轨软件或体制更新的地面验证平台。

通信卫星星座地面试验验证***包括用户接入模拟分***、环境信道模拟分***、通信卫星模拟分***、运行模拟分***、效能评估分***、地面运控模拟分***以及地面测控模拟分***等，其中通信卫星模拟分***主要用于模拟空间段通信卫星的功能，是通信卫星星座地面试验验证***的重要组成部分之一。

传统的地面试验验证方法是建设一套电性星或者鉴定星，该方法虽然能代表真实卫星的情况，但是建设成本高、而且不具备灵活扩展的能力。

发明内容

针对现有技术中的部分或全部问题，本发明提供一种通信卫星地面试验验证的装置，包括通过总线方式互联的分布式子***，所述子***包括：

射频子***，包括低噪放及滤波模块、下变频模块、AD采样模块、DA变换模块、上变频模块以及滤波及放大模块；

载荷综合处理子***，包括第一接口通信模块、第一FPGA验证模块以及第一CPU验证模块；

平台综合处理子***，包括第二接口通信模块、第二FPGA验证模块以及第二CPU验证模块；

多总线验证子***，包括总线接口模块以及接口控制模块；

仿真验证子***，包括接口通信模块、GPU仿真验证平台；

抗辐照验证子***，包括第三接口通信模块、第三FPGA验证模块以及第三CPU验证模块；

机构子***，包括转动模拟机构和转动控制平台。

进一步地，所述装置还包括机箱，且所述装置的各个子***采用板卡式设计，可***所述机箱内，其中，所述机箱包括供电模块以及控制信号传输模块。

进一步地，所述装置的各个子***采用子母板设计，其中，母板按照最大化原则设计插槽，子板包括元器件及芯片，所述子板通过插槽连接到母板上。

进一步地，所述总线接口模块包括1533B总线和/或RS422总线和/或RS485总线和/或CAN总线和/或光纤。

进一步地，所述第三FPGA验证模块以及第三CPU验证模块包括工业级元器件及芯片。

本发明提供的一种通信卫星地面试验验证的装置，通过构建多个具有独立功能的分布式子***，模拟卫星的多个分***功能，可实现单机级、分***级、整星级的多层级验证***，既可以完成单机级的关键算法验证，又可以进行分***级的信号流、信息流的验证，进而验证各分***间接口的匹配性以及整星信号、信息流的正确性。各子***采用功能分级的板卡式设计，可以方便快捷的进行板卡替换，当完成原理样机的电性能验证后，可以采用与卫星同类型的地面低等级元器件同原理图设计的板卡替换原理样机阶段的板卡。替换后的板卡元器件类同与真星、电路设计与真星相同，因此信息流、信号流、时序性与真星相同，在保证经济性、灵活性的同时保证了地面验证的真实性、有效性。

附图说明

为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出本发明一个实施例的一种通信卫星地面试验验证的装置的组成示意图。

具体实施方式

以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

为实现宽带通信星座的地面实验验证，本发明提供一种通信卫星地面试验验证的装置，由多个可完成相对独立功能的子***构成分布式***，其中各子***间通过例如1533B总线或RS422总线或RS485总线或CAN总线或光纤实现互联。所述装置可适应卫星研制过程中的原理验证、电性星、正样星等不同阶段、不同场景的通信卫星的地面试验验证，同时，可以做到真实性与灵活性的有机统一，在兼顾真实性的基础上具备灵活扩展的能力。

如图1所示，所述装置按照功能链划分为载荷、平台、射频三个功能链，并采用集中式控制，所述功能链包括射频子***101、载荷综合处理子***102以及平台综合处理子***103。此外所述装置还包括多总线验证子***104、仿真验证子***105、抗辐照验证子***106以及机构子***107，可方便进行***间信号流、信息流等接口的测试，避免了分***各自进行地面模拟器建设带来的接口匹配性和资源浪费问题。

在本发明的一个实施例中，所述装置采用机箱和板卡插卡式设计，其中，所述机箱提供供电和控制信号传输，需要升级时仅需更换相应的板卡，当完成原理阶段验证后，仅需要投产与真星单机同原理图的单机板卡，替换原理验证阶段的板卡，即可保证***的等效性。所述板卡则采用子母板的模块化设计，比如板卡作为母板按照最大化原则设计插槽，不同型号的FPGA和CPU等元器件或芯片焊接在子板上形成相应的功能模块。所述子板可以通过插槽连接到母板上。当需要更换FPGA或者CPU时仅需要更换相应的子板，最大化的方便***升级和节约***成本。

所述射频子***101是地面试验***的所有射频的综合处理***，用于完成载荷、测控等包含射频链路的射频转换功能，为地面试验验证***提供所需的时频并完成射频通道的上、下变频及模数转换功能。射频子***101包括：低噪放及滤波模块1011、下变频模块1012、AD采样模块1013、DA变换模块1014、上变频模块1015以及滤波及放大模块1016。

所述载荷综合处理子***102包括第一接口通信模块1021、第一FPGA验证模块1022以及第一CPU验证模块1023。所述第一FPGA验证模块1022包括至少一个高性能的FPGA，以及所述第一CPU验证模块1023包括至少一个高性能的CPU。所述载荷综合处理子***102用于实现载荷的基带处理功能以及星间路由等关键技术的验证。所述载荷综合处理子***102的通过高性能的FPGA模块完成多路信号的并行处理和多种数字基带信号的生成，并通过载荷的高性能CPU模块主要完成载荷分***内部的时序控制和状态控制。

所述平台综合处理子***103包括第二接口通信模块1031、第二FPGA验证模块1032以及第二CPU验证模块1033。所述第二FPGA验证模块1032包括至少一个高性能的FPGA，以及所述第二CPU验证模块1033包括至少一个高性能的CPU。所述平台综合处理子***103用于完成平台的星务分***、测控分***的功能验证，负责卫星数据管理、能源管理、热控管理、数据采集/存储/分发，指令解析与处理等。通过所述平台综合处理子***103对平台管理功能软件进行集中控制，实现***的高度集成，提高硬件和软件等各种资源的复用程度。

所述多总线验证子***104包括多总线接口模块1041、接口控制模块1042。其中，所述多总线接口模块1041用于为其它子***提供1533B总线、RS422总线、RS485总线、CAN总线、光纤等多种总线方式的接入；以及所述接口控制模块1042则用于在多种总线之间进行切换控制，进行多总线的性能比较和高可靠、高速率通信控制算法的验证，为卫星***选定合适的总线***及通信控制方式提供支撑。

所述仿真验证子***105包括接口通信模块1051以及GPU仿真验证平台1052组成。所述仿真验证子***105利用GPU的高速、并行计算能力，可以为多种关键技术算法提供高效的仿真验证平台。同时，基于所述仿真验证子***105，仿真验证算法可在地面试验验证***中与其它子***实时进行数据交互，提供软硬结合的验证环境，为算法提供真实的输入输出接口，保证算法验证的有效性。

所述抗辐照验证子***106包括第三接口通信模块1061、第三FPGA模块1062以及第三CPU模块1063。其中，所述第三FPGA模块1062包括至少一个工业级的FPGA，以及第三CPU模块1063包括至少一个工业级的CPU。所述抗辐照验证子***106利用工业级的元器件和芯片，通过多模冗余、近实时刷新等技术构建高可靠的抗辐照算法，解决工业级芯片的在轨抗辐照难题。利用高效的软件算法可有效降低硬件成本，实现互联网卫星***低成本、高可靠的工业级元器件和芯片的应用。

所述机构控制子***107包括转动模拟机构1071以及转动控制平台1072。所述机构控制子***107用于验证卫星的转动机构算法，为卫星姿态控制、馈电天线的转动策略提供支撑。

在试验过程中，根据需要，可单独对各个子***的功能及算法进行验证，也可通过总线，将多个子***组成分***的验证***，进行分***级的信号流、信息流的验证，或将所有子***均通过总线连接，组成整星级验证***，以验证卫星各分***间接口的匹配性，整星信号、信息流的正确性。从测试阶段而言，通过替换不同型号元器件和/或芯片组成的板卡，所述装置可以适应卫星研制的原理验证、电性星、正样星等不同阶段的地面试验验证。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (4)

1.一种通信卫星地面试验验证的装置，其特征在于，包括通过总线方式互联的若干个子***，任一所述子***采用子母板设计，其中，母板按照最大化原则设计插槽，子板包括FPGA及CPU，所述子板通过插槽连接到母板上，且所述子***包括：

射频子***，包括低噪放及滤波模块、下变频模块、AD采样模块、DA变换模块、上变频模块以及滤波及放大模块，所述射频子***被配置为能够进行射频链路的射频转换功能，其中，所述射频链路包括载荷射频链路以及测控射频链路；

载荷综合处理子***，包括第一接口通信模块、第一FPGA验证模块以及第一CPU验证模块，所述载荷综合处理子***被配置为能够验证载荷的基带处理功能以及星间路由；

平台综合处理子***，包括第二接口通信模块、第二FPGA验证模块以及第二CPU验证模块，所述平台综合处理子***被配置为能够验证平台的星务分***及测控分***的功能，并进行卫星数据管理、能源管理、热控管理、数据采集、存储、分发以及指令解析与处理；

多总线验证子***，包括总线接口模块以及接口控制模块；

仿真验证子***，包括接口通信模块、GPU仿真验证平台；

抗辐照验证子***，包括第三接口通信模块、第三FPGA验证模块以及第三CPU验证模块，所述抗辐照验证子***被配置为采用多模冗余、近实时刷新构建抗辐照算法进行抗辐照验证；以及

机构子***，包括转动模拟机构和转动控制平台。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括机箱，且所述装置的各个子***采用板卡式设计，可***所述机箱内，其中，所述机箱包括供电模块以及控制信号传输模块。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述总线接口模块被配置为能够为所述装置的子***提供1533B总线和/或RS422总线和/或RS485总线和/或CAN总线和/或光纤连接。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第三FPGA验证 模块以及第三CPU验证模块包括工业级元器件及芯片。

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