基于PXI总线技术的星载计算机性能测试系统研究

CX-1星务系统采用一体化设计方式,所有单机和分系统都与星载计算机直接相连,接受星载计算机的管理和控制;分系统或单机之间的信息交换必须经过星载计算机,因此,在设计过程中尽可能地提高星载计算机系统的可靠性就成为主要目标之一;为保证星载计算机的可靠性,在卫星的设计和研制过程中,对星载计算机的电气性能测试占据十分重要的地位;从分析星载计算机电气性能测试的需求出发,介绍了基于虚拟仪器技术的星载计算机测试系统的基本功能、硬件配置、软件设计等,给出了系统测试原理与测试结果;通过实际对星载计算机的测试试验,利用该系统测试星载计算机的性能可以实现故障的快速定位.     

基于星载GPS卫星编队可视化仿真系统

针对研究星载GPS编队卫星自主导航算法及模型对编队的影响,为实际编队提高导航定位精度,结合数据库系统编制出了关于星载GPS编队卫星仿真系统。在分析卫星编队相对导航运动规律基础上,利用OPENGL及数据库技术对星载GPS空间圆编队,车轮式编队和水平圆编队进行了三维可视化仿真,给出了设计过程。考虑到编队卫星需要接收GPS信号进行自主导航,利用GPS星座可见性分析方法,实现星载GPS编队卫星的GPS星座选择。三维可视化仿真结合STK进行了验证。仿真系统已作为编队方案设计、编队飞行相对导航仿真算法设计的基础工具,还为将来各种航天器编队飞行应用技术及航天器对接技术提供可靠的试验基础数据和技术依据。     

不需辅助信息的室内GPS信号捕获算法

弱GPS信号的捕获要花费大量的时间。减小捕获时间能改善GPS接收机冷热启性能,同时保证送给跟踪程序的捕获结果是准确、可靠、及时的。差分相干的联合检测算法可以不需要辅助数据,在200ms内捕获到-177dBW的GPS信号,且避免了FFT操作。提出一种基于差分相干的自适应门限捕获算法,其接收门限能根据接收卫星信号功率进行自适应调整,且满足系统设定的误捕率。     

一种高可靠的工业级星载计算机及其引导设计

传统星载计算机通常采用价格昂贵的高质量等级CPU和存储器芯片,用于保证系统的可靠性;因制造成本和研制周期等方面的限制,商业卫星计算机更倾向于采用商业现货器件(COTS),但其可靠性和安全性会随之降低;采用工业级SmartFusion2处理器芯片,提出一种低成本的星载计算机最小系统架构,并通过工业级存储器异构备份的方式,显著提高系统可靠性;在星载计算机软件设计中,应用软件会采用三模冗余的方式提高可靠性,但引导软件往往只有单份;为了避免引导软件的单节点故障效应,针对SmartFusio2星载计算机架构,提出一种基于多TMR副本的片外启动方法,此启动方法可进一步提高工业级星载计算机的可靠性和安全性,并成功用于多个型号商业卫星。     

小卫星模拟系统中多路串行通信系统设计

针对小卫星模拟系统中星载计算机与相机载荷通信及控制问题,研发多路串行通信控制系统。系统设计采用Host-Target模式,在星载计算机(Host)端软件实现多路通信管理子系统,设计基于现场可编程门阵列(FPGA)的相机载荷分控单元(Target);同时,在RS-232通信协议基础上提出一种多路串行通信协议,完成星载计算机与相机载荷分控单元的通信控制。用SignalTapⅡ逻辑分析工具捕捉FPGA内部实时信号对系统性能进行验证,结果表明该系统可对单一或者多路相机载荷进行灵活控制与管理。     

微小卫星星载计算机存储容错技术研究

结合南京航空航天大学小卫星研制课题,针对数据在星载计算机存储器存储的过程中,由于太空中辐射导致的单粒子翻转效应(SEU)使存储数据产生错误的现象,提出了采用纠检错技术对该小卫星存储模块进行设计的方法,与硬件系统相结合,实现小卫星数据存储系统容错。探讨了用VHDL语言实现纠错模块的方法,并最终用FPGA实现。此设计用modelsim进行了仿真测试,效果良好,同时在小卫星模拟仿真运行过程中,运行正常,多次得到了验证。     

基于自适应TIADC的频谱模块设计

通过对时间交替采样(Time-interleaved ADC,TIADC)理论和下变频快速傅里叶(Fast Fourier Transform,FFT)的研究,提出一种复用FFT结构的自适应TIADC频谱分析设计方案。该方案首先通过四通道ADC进行时间交替高速采样,并采用频域互谱法估计时延误差,利用Farrow滤波器进行自适应校正;然后对采样数据作下变频处理,并复用FFT模块,实现高速采样的频谱分析;最后通过FPGA实验验证,证明自适应TIADC的频谱模块设计不仅能准确反映采集信号频谱信息,而且硬件资源开销相对减小。     

微小卫星星载计算机存储容错技术研究

结合南京航空航天大学小卫星研制课题,针对数据在星载计算机存储器存储的过程中,由于太空中辐射导致的单粒子翻转效应(SEU)使存储数据产生错误的现象,提出了采用纠检错技术对该小卫星存储模块进行设计的方法,与硬件系统相结合,实现小卫星数据存储系统容错.探讨了用VHDL语言实现纠错模块的方法,并最终用FPGA实现.此设计用modelsim进行了仿真测试,效果良好,同时在小卫星模拟仿真运行过程中,运行正常,多次得到了验证.     

基于COTS SoC的星载微型GNSS接收机硬件设计

卫星平台的小型化使小卫星、纳卫星及皮卫星等微小卫星成为研究热点。针对微小卫星对星载导航接收机小型化、低功耗、低成本等要求,提出一种基于COTS (Commercial off-the-shelf)组件和SoC技术构建星载微型导航接收机的硬件设计方法。该设计包括射频模块,基带处理模块、时钟模块和电源管理模块。实测表明,该导航接收机原理样机重约45g,尺寸100mm×60mm,功耗约3W,兼容处理GPS L1/L2、BD2 B1/B2信号,可完成双模、双频、双模双频等多种模式的配置,符合微小卫星对导航接收机提出的技术要求,为微小卫星等空间飞行器的卫星导航提供了新的思路。     

TD-LTE预编码与资源映射的VLSI设计与实现

针对双码字、双天线的TD-LTE下行链路串行结构设计了一种新型的空间复用预编码和资源映射模块。传统的空间复用预编码模块无法对串行结构中两个码字进行分时串行处理,导致在预编码之前需要添加缓存模块,增加了系统的存储器开销。通过对空间复用预编码系数矩阵进行矩阵变换,剥离出两个码字间的加法操作,从而实现对两个码字进行分时串行处理。同时,结合资源映射模块的特点,移植了空间复用预编码模块对两个码字间的加法操作,并提出了一种新的存储器复用方式,从而节省了缓存模块,将两个模块中存储器的资源开销降低16.4%。实验结果表明,本文提出的新型空间复用预编码和资源映射模块相比于同类型设计具有控制简单、硬件资源开销小等优势。     

双模块定位信息采集和显示系统设计

针对卫星定位系统在生产生活中广泛应用的现状,提出一种基于北斗/GPS双模块的定位信息的采集与处理系统.以C8051F007单片机作为定位信息采集与处理的核心,完成了北斗/GPS双定位模块BD-126与单片机的接口电路、 OLED显示模块电路、DC-DC升压电路的设计,以及相应的软件系统设计,将采集到的数据在OLED显示和上位机PC端进行显示.测试结果表明,该系统能够实现定位信息的采集,并成功在OLED显示屏和PC端进行显示.     

基于GPS和GPRS的嵌入式汽车定位系统车载终端的开发

以嵌入式技术为基础,结合GPS模块、GPRS模块和S3C2410实验平台实现了该系统的实验方案。可以接收从GPS卫星发送来的GPS数据,并在实验平台上加工处理,通过GPRS模块发送到客户手机上或客户监控机上。有效地提高了汽车的防盗性、汽车运输的安全性和管理性。     

钻井燃油罐液位自动监测系统

首先对钻井燃油罐液位自动监测系统进行了总体结构设计,然后以STC单片机为主控制器,通过GPS卫星定位器进行井场位置定位,利用温度监测模块对各个箱体的温度进行实时测量,另外通过液位监测模块实时监控油罐液位的高度值,出现异常情况时,及时报警.所有数据信息通过GPRS通讯模块实时传至控制中心,由此实现油罐液位监测功能.     

GLONASS捕获系统中FFT核复用关键问题

根据GLONASS卫星信号组成和特性及其伪码捕获原理,运用并行码相位捕获算法在MATLAB环境下完成GLONASS卫星信号的捕获仿真,同时根据MATLAB下建立的仿真平台,设计了基于此方法的FPGA具体实现电路;为了满足FFT运算点数的要求,采用数据Sinc内插滤波器对数据进行精确内插,将输入的62000点数据内插为4096点,同时为了复用FFT核,分别采用了加快C/A码读取速度的方法、运用状态机的状态值加上数据指数项的数据截位方法;最后通过Xilinx的ISE软件调用Modelsim对整个捕获模块进行仿真.仿真结果表明:该系统实现了GLONASS信号的捕获,满足了接收机系统功能和性能的要求,可直接用于GLONASS实时接收机系统的设计中.     

嵌入式高可靠星务管理软件设计与验证

针对某型号小卫星在空间飞行可能面临的硬件和软件故障,设计星载计算机星务管理软件,分析其可靠性。该星载计算机采用双机冗余设计,使用双机通信保持主备份机切换时的系统运行状态,通过软件可靠性技术实现空间环境下部分硬件暂态错误的容错。空间飞行测试结果证明该星务管理软件安全可靠,使卫星完成了预定的任务。     

基于DSP与FPGA的嵌入式组合导航计算机系统设计

为了满足SINS/GPS组合导航系统高精度、低功耗、小型化的需求,设计出基于DSP和FPGA架构的嵌入式导航计算机平台。首先,描述了导航计算机系统的总体架构,提出了导航计算机硬件总体设计方案,并阐述了导航信息处理模块和数据采集通信模块;其次,设计了Kalman组合滤波器,描述了组合导航系统软件流程;最后,进行样机实证试验。实验结果表明,该系统可以实时高效完成外围传感器信息数据采集、实时导航解算、Kalman滤波、上位机的指令读取等任务,满足SINS/GPS组合导航系统对导航计算机的性能需求。     

嵌入式系统辐射干扰对北斗接收性能的影响研究

北斗与GPS的卫星信号频段不同,一些固有的嵌入式系统设计又未改进,经常会出现系统辐射干扰影响北斗接收模块信号捕获灵敏度的情况。本文以北斗卫星导航系统的B1频点接收模块为例,介绍北斗接收模块的组成、嵌入式系统与北斗接收模块的关系;分析嵌入式系统造成的辐射干扰对北斗接收模块捕获灵敏度产生负面影响的原因,并总结出一些改进措施和设计中需要避免的情况。     

GPS定位监视系统移动终端设计及实现

针对公务车辆监视需求,采用AVR单片机为控制核心,利用内嵌TCP/IP协议栈的GPRS模块为通信手段,通过GPS模块测量位置数据,设计开发了卫星定位监视系统移动终端。阐述了设计思路和软硬件设计思想,给出了原理框图及部分线路图。     

基于GPS的输电线路巡检管理系统的设计

在比较目前存在的巡检管理系统的基础上,介绍一种基于GPs的输电线路巡检管理系统的设计。该系统的手持机是以单片机AT90S8515为控制核心,包括GPS—OEM模块、键盘模块、液晶显示模块、数据存储模块、串行通讯模块等。其上住机采用MicrosoR的Access作为后台数据库．编写了数据库管理软件。从而提高了输电线路的维护能力和管理层次,规范了巡检作业。为企业提供了一套可操作的科学管理机制。