衛(wèi)星在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊研制.pdf

1、以衛(wèi)星為代表的航天飛行器的功能與結(jié)構(gòu)愈發(fā)復(fù)雜，基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析的故障監(jiān)測(cè)與健康管理技術(shù)成為保障衛(wèi)星系統(tǒng)可靠性和運(yùn)行穩(wěn)定性的關(guān)鍵技術(shù)。然而，傳統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在無法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及無法實(shí)時(shí)下傳遙測(cè)數(shù)據(jù)等問題。針對(duì)此問題，本文開展衛(wèi)星在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊的研究，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測(cè)并提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)在線處理平臺(tái)。
　　本文在分析狀態(tài)監(jiān)測(cè)所需數(shù)據(jù)接口和處理能力需求的基礎(chǔ)上，充分考慮衛(wèi)星系統(tǒng)在功耗、體積、重量以及可靠性方面的設(shè)計(jì)約束提出一

2、種基于片上系統(tǒng)的嵌入式在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊結(jié)構(gòu)方案。該方案依托綜合電子系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化總線和網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的獲取；通過高性能處理器及定制計(jì)算方法，提高數(shù)據(jù)處理能力并完成算法實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)化接口；通過高效的片上總線系統(tǒng)，為數(shù)據(jù)處理提供高效的數(shù)據(jù)交互能力。本方案可滿足未來在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息采集和處理的需求，同時(shí)為高性能、低功耗、小體積的嵌入式機(jī)器學(xué)習(xí)等復(fù)雜計(jì)算方法的實(shí)現(xiàn)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。
　　為驗(yàn)證方案的可行性，本文將方案實(shí)例化

3、，研制可以傳輸并處理數(shù)據(jù)的衛(wèi)星在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊。該模塊為一塊3U的CPCI板卡，采用非侵入式設(shè)計(jì)，通過 SpaceWire及 CPCI總線接口，獲取并傳輸衛(wèi)星狀態(tài)數(shù)據(jù)。選用具有低功耗異構(gòu)處理能力的Zynq-7000 AP SoC作為核心處理器，利用其 PL部分的并行計(jì)算特性來有效提高計(jì)算能力。同時(shí)在片上系統(tǒng)中，為提升數(shù)據(jù)接口與數(shù)據(jù)處理模塊之間的數(shù)據(jù)交互效率，將 SpaceWire節(jié)點(diǎn)邏輯與CPCI總線接口邏輯分別封裝成可掛載至AXI4總

4、線的IP核，并自定義FIFO轉(zhuǎn)AXI4-Stream接口IP核，使得數(shù)據(jù)可以以DMA方式進(jìn)行傳輸。
　　經(jīng)測(cè)試，所研制的衛(wèi)星在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊可以通過 SpaceWire在波特率為200Mbps的情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，針對(duì)32階浮點(diǎn)矩陣乘法的浮點(diǎn)運(yùn)算能力最高可達(dá)1333MFLOPS，Zynq SoC PL與PS部分間AXI_HP與AXI_ACP端口的DMA數(shù)據(jù)傳輸速度均高于300MB/s，所測(cè)得的參數(shù)均滿足技術(shù)指標(biāo)要求。本文對(duì)航天航空