一种基于FPGA的星载遥控遥测终端、系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于FPGA的星载遥控遥测终端、系统及方法。所述终端包括：接口管理模块，数据处理模块，接收数据缓存模块及发送数据缓存模块；所述接口管理模块适于分别接收外部第一应答机及ADC采集器传递的遥控指令及第一遥测数据，所述数据处理模块适于解析所述遥控指令并根据所述遥控指令的类型将所述遥控指令写入所述接收数据缓存模块；所述数据处理模块还适于读取所述发送数据缓存模块存在的第二遥测数据并通过所述接口管理模块连接至外部第二应答机。本发明专利技术能够提高航天器系统在处理遥控指令和发送遥测数据时系统的稳定性与兼容性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的星载遥控遥测终端、系统及方法
本专利技术涉及航天通信
，特别涉及一种基于FPGA的星载遥控遥测终端、一种基于FPGA的星载遥控遥测系统及一种基于FPGA的星载遥控遥测方法。
技术介绍
随着航天科技的高速发展，世界各个强国开始加快对空间的探索，抢夺空间资源，航天技术已经成为综合国力的重要指标。从上世纪末开始，我国在空间技术和航天领域已经取得了重大成果。同样，随着航天器系统越来越复杂，系统的稳定性和兼容性也会下降，这对航天器的遥控终端的要求越来越高。空间卫星的信息处理系统主要以高性能和高稳定性为应用基准，以实现卫星在恶劣的深空环境下的控制管理系统和数据处理系统的稳定运行。航天器处在空间环境中时，会受到来自空间中各种辐射的影响。卫星在轨运行时星务计算机芯片易受单粒子效应(单粒子锁定和单粒子翻转)影响，会造成存储器数据的翻转，从而导致航天器在轨运行时出现故障和异常。其中地面终端发送的遥控指令与接收的遥测数据最为重要，现有技术缺乏一种可提高航天器系统在处理遥控指令和发送遥测数据时稳定性的终端设备。星务计算机处理的遥控指令与遥测数据分别来源于星载软件接收机和卫星姿控单机，但由于星务计算机与外部的通信接口的局限性、遥控指令和遥测数据的高速实时性、直接指令对卫星系统运行的重要性，星务计算机不能直接接收处理遥控指令和遥测数据，现有技术也缺乏一种中间数据处理装置与星务计算机实现兼容，并兼顾系统稳定性与灵活性。
技术实现思路
本专利技术技术方案解决的技术问题为，如何提高航天器系统在处理遥控指令和发送遥测数据时系统的稳定性与兼容性。为了解决上述技术问题，本专利技术技术方案提供了一种基于FPGA的星载遥控遥测终端，包括：接口管理模块，数据处理模块，接收数据缓存模块及发送数据缓存模块；所述接口管理模块适于分别接收外部第一应答机及ADC采集器传递的遥控指令及第一遥测数据，并将所述第一遥测数据写入所述接收数据缓存模块；所述数据处理模块适于解析所述遥控指令并根据所述遥控指令的类型将所述遥控指令写入所述接收数据缓存模块；当所述接收数据缓存模块存在所述遥控指令，则外部星务计算机接收第一作用信号并在所述第一作用信号为第一有效信号时读取所述接收数据缓存模块存在的遥控指令；所述发送数据缓存模块适于存储所述外部星务计算机传递的第二遥测数据，所述数据处理模块还适于读取所述发送数据缓存模块存在的第二遥测数据并通过所述接口管理模块连接至外部第二应答机。可选的，所述接口管理模块包括：第一输入端、第二输入端、第一输出端及第二输出端；所述第一输入端适于接收所述外部第一应答机传递的串行遥控指令，所述第一输出端适于将并行遥控指令传输至所述数据处理模块；所述第二输入端适于接收所述ADC采集器传递的第一遥测数据，所述第二输出端适于将按类型排序后的第一遥测数据并发送至所述接收数据缓存模块。可选的，所述接收数据缓存模块包括：第一FIFO存储模块及RAM存储模块；所述第一FIFO存储模块适于存储所述遥控指令，所述RAM存储模块适于存储所述第一遥测数据，当所述第一FIFO存储模块非空，所述第一作用信号按第一频率触发为所述第一有效信号。可选的，所述遥控指令的类型包括直接指令及间接指令，所述遥控指令至少由包括帧主导头及帧数据域的传送帧构成，其中所述直接指令至少由第一传送帧及第二传送帧构成，第一传送帧及第二传送帧的帧数据域由三条直接指令码构成，所述所述间接指令仅为单独传送帧；所述数据处理模块包括：类型检测单元、状态提取单元及发送模块；所述类型检测单元适于接收所述接口管理模块传递的遥控指令并检测所述遥控指令的帧长以判断所述遥控指令的类型；所述状态提取单元适于在一直接指令的第一传送帧或第二传送帧的帧数据域满足其直接指令码全部相同时执行该直接指令；所述发送模块适于将所述直接指令及间接指令发送至所述接收数据缓存模块。可选的，所述数据处理模块还包括：遥测数据发送单元；所述发送数据缓存模块包括：第二FIFO存储模块；所述第二FIFO存储模块适于存储所述的第二遥测数据，当所述第二FIFO存储模块存在所述第二遥测数据，则遥测数据发送单元产生第二作用信号并在所述第二作用信号为第二有效信号时读取所述第二FIFO存储模块存在的第二遥测数据，所述遥测数据发送单元还适于将读取到的第二遥测数据转发至所述接口管理模块。为了解决上述技术问题，本专利技术技术方案还提供了一种基于FPGA的星载遥控遥测系统，包括：第一应答机、ADC采集器、第二应答机、如上所述的星载遥控遥测终端及星务计算机。可选的，所述星务计算机通过EMIF总线与所述星载遥控遥测终端连接。可选的，所述EMIF总线基于如下协议被实现：根据EMIF总线的地址选择EMIF操作类型，其中：若EMIF总线的地址为第一地址时，所述星务计算机适于接收所述接收数据缓存模块中存在遥控指令的数量；若EMIF总线的地址为第二地址时，所述星务计算机适于读取所述发送数据缓存模块中的满状态；若EMIF总线的地址为第三地址时，所述星务计算机适于读取所述接收数据缓存模块中的遥控指令；若EMIF总线的地址为第四地址时，所述星务计算机适于读取所述接收数据缓存模块中的第一遥测数据；若EMIF总线的地址为第四地址时，所述星务计算机适于向所述发送数据缓存模块中写入所述第二遥测数据。可选的，所述ADC采集器适于对卫星各外设单机的模拟遥测数据进行采集以产生所述第一遥测数据。为了解决上述技术问题，本专利技术技术方案还提供了一种基于FPGA的星载遥控遥测方法，基于如上所述的星载遥控遥测终端，包括：接收外部第一应答机及ADC采集器传递的遥控指令及第一遥测数据，并将所述第一遥测数据写入所述接收数据缓存模块；解析所述遥控指令并根据所述遥控指令的类型将所述遥控指令写入所述接收数据缓存模块，所述遥控指令的类型包括直接指令及间接指令；当所述接收数据缓存模块存在所述遥控指令，则外部星务计算机接收第一作用信号并在所述第一作用信号为第一有效信号时读取所述接收数据缓存模块存在的遥控指令；存储所述外部星务计算机传递的第二遥测数据并发送。本专利技术技术方案的有益效果至少包括：本专利技术技术方案采用基于FPGA的硬件架构实现星载遥控遥测终端，因其丰富的可编程的引脚资源，提高了本专利技术技术方案对外接口的扩展性和兼容性；由于FPGA内部的硬件电路结构，使本专利技术技术方案在复杂的空间环境中，可进行高效处理，并实时发送遥控指令，还能兼顾卫星系统的稳定性。由于卫星在轨运行时星务计算机芯片易受单粒子效应(单粒子锁定和单粒子翻转)影响，会造成存储器数据的翻转，从而导致航天器在轨运行时出现故障和异常，其中地面终端发送的遥控指令与接收的遥测数据最为重要。本专利技术技术方案采用FPGA架构的星载遥控遥测终端，大大提高了航天器系统在处理遥控指令和发送遥测数据时的稳定性；另外，由FPGA集成终端作为星务计算机的中间数据处理系统，为星务计算机的遥控指令及遥测数据作为数据通信的中间平台，大幅提高了设计的灵活性和高效性、系统的稳定性和兼容性。本专利技术技术方案中，数据处理模块可进行遥控数据解析，并通过对遥控指令帧主导头的检测可以判断指令类型和帧长：其中，间接指令的帧长不定，间接指令传送帧只发送一次，帧数据尾端有4字节的CRC校验位；直接指令帧长固定为14字节，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA的星载遥控遥测终端，其特征在于，包括：接口管理模块，数据处理模块，接收数据缓存模块及发送数据缓存模块；所述接口管理模块适于分别接收外部第一应答机及ADC采集器传递的遥控指令及第一遥测数据，并将所述第一遥测数据写入所述接收数据缓存模块；所述数据处理模块适于解析所述遥控指令并根据所述遥控指令的类型将所述遥控指令写入所述接收数据缓存模块；当所述接收数据缓存模块存在所述遥控指令，则外部星务计算机接收第一作用信号并在所述第一作用信号为第一有效信号时读取所述接收数据缓存模块存在的遥控指令；所述发送数据缓存模块适于存储所述外部星务计算机传递的第二遥测数据，所述数据处理模块还适于读取所述发送数据缓存模块存在的第二遥测数据并通过所述接口管理模块连接至外部第二应答机。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的星载遥控遥测终端，其特征在于，包括：接口管理模块，数据处理模块，接收数据缓存模块及发送数据缓存模块；所述接口管理模块适于分别接收外部第一应答机及ADC采集器传递的遥控指令及第一遥测数据，并将所述第一遥测数据写入所述接收数据缓存模块；所述数据处理模块适于解析所述遥控指令并根据所述遥控指令的类型将所述遥控指令写入所述接收数据缓存模块；当所述接收数据缓存模块存在所述遥控指令，则外部星务计算机接收第一作用信号并在所述第一作用信号为第一有效信号时读取所述接收数据缓存模块存在的遥控指令；所述发送数据缓存模块适于存储所述外部星务计算机传递的第二遥测数据，所述数据处理模块还适于读取所述发送数据缓存模块存在的第二遥测数据并通过所述接口管理模块连接至外部第二应答机。2.如权利要求1所述的星载遥控遥测终端，其特征在于，所述接口管理模块包括：第一输入端、第二输入端、第一输出端及第二输出端；所述第一输入端适于接收所述外部第一应答机传递的串行遥控指令，所述第一输出端适于将并行遥控指令传输至所述数据处理模块；所述第二输入端适于接收所述ADC采集器传递的第一遥测数据，所述第二输出端适于将按类型排序后的第一遥测数据并发送至所述接收数据缓存模块。3.如权利要求1所述的星载遥控遥测终端，其特征在于，所述接收数据缓存模块包括：第一FIFO存储模块及RAM存储模块；所述第一FIFO存储模块适于存储所述遥控指令，所述RAM存储模块适于存储所述第一遥测数据，当所述第一FIFO存储模块非空，所述第一作用信号按第一频率触发为所述第一有效信号。4.如权利要求1所述的星载遥控遥测终端，其特征在于，所述遥控指令的类型包括直接指令及间接指令，所述遥控指令至少由包括帧主导头及帧数据域的传送帧构成，其中所述直接指令至少由第一传送帧及第二传送帧构成，第一传送帧及第二传送帧的帧数据域由三条直接指令码构成，所述所述间接指令仅为单独传送帧；所述数据处理模块包括：类型检测单元、状态提取单元及发送模块；所述类型检测单元适于接收所述接口管理模块传递的遥控指令并检测所述遥控指令的帧长以判断所述遥控指令的类型；所述状态提取单元适于在一直接指令的第一传送帧或第二传送帧的帧数据域满足其直接指令码全部相同时执行该直接指令；所述发送模块适于将所述直接指令及间接指令发送至所述接收数据缓存模块。5.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洋，李梦楠，
申请(专利权)人：王洋，
类型：发明
国别省市：上海,31