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高可靠皮卫星综合电子系统研究

童杰文  
【摘要】:皮卫星是现代航天技术领域研究的热点之一。凭借其功能密度高,研制周期短,成本低,重量轻,体积小,发射方式灵活以及机动性与生存能力强等特点,皮卫星在军事和民用领域拥有巨大应用潜力。综合电子系统是卫星的控制枢纽和数据存储与处理中心,承担着上下行通信链路管理、电源管理、星务管理、姿态与轨道控制、在轨数据采集与处理以及有效载荷管理等关键任务。同时,其可靠性是综合电子系统乃至整星电系统长时间稳定工作的前提与基础。本文将以某型号皮纳卫星的研制为背景和依托,以"ZDPS-1A"卫星星务计算机设计与研制工作为基础,从卫星总体设计的高度出发,开展星载综合电子系统及其可靠性的研究、设计及实现。 第一,本文研究了基于时钟同步的三模冗余技术,并完成了基于MCU处理器的三模冗余系统设计,该系统由同构处理器模块、时钟同步模块、冗余判决模块和接口扩展模块组成。参照"ZDPS-1A"卫星星务计算机在轨任务,本文从星务管理、测控通信、姿控通信、综合测试及故障注入测试五个方面介绍了该三模冗余系统的功能实现与验证工作。结果表明,上述三模冗余系统能够应用于实际工程之中,并具备一定的容差容错能力。 第二,本文研究了皮卫星综合电子系统及其可靠性技术。该综合电子系统采用一体化设计思想,其硬件平台主要由电源模块、主处理器模块、数据存储模块、粘合逻辑模块组成,一级降额后数据处理能力达200MIPS,功耗不高于1.5W,非易失性存储容量不低于8Gbytes。在可靠性设计方面,综合电子系统采用了三模冗余技术和故障监测与恢复技术,旨在有效应对空间单粒子效应和在轨实时故障。作者完成了综合电子系统与电源分系统、测控分系统、姿轨控分系统以及有效载荷的联合调试,并开展了电性能与可靠性验收测试。实际测试结果表明,综合电子系统能够满足卫星的主要功能需求和性能指标,并通过了电性能、可靠性等验收测试,建立了一个更加稳定、高效、通用的可靠性保障体系。 综上所述,本文在综合分析任务需求和设计约束条件的基础上,成功设计与研制了一种高可靠的皮卫星综合电子系统,能够较好的适应某型号皮纳卫星的研制任务要求。


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