一种基于CAN总线的小卫星综合电子系统及任务分配方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于CAN总线小卫星综合电子系统，该软件构架基于硬件CAN总线技术，采用分布式多处理器协调工作模式；系统硬件包括电源管理子系统、内存管理子系统、热控子系统、任务载荷子系统、飞控子系统和数据共享I/O子系统；每个子系统都具有处理各自任务的CPU互不干扰，实现硬件架构上支持软件架构上的重构，具备很强的敏捷特性。系统的传感器输入口、执行机构输出口采用数据共享式集中管理，管理的功能使用高可靠性FPGA承担；本发明专利技术能够用于小卫星综合电子系统软件开发上，能够实现小卫星系统软件任务功能、支持在轨软件升级；在硬件子系统故障条件下，重新分配软件任务运行的硬件CPU，系统支持软件重构。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CAN总线的小卫星综合电子系统及任务分配方法
本专利技术涉及卫星电子管理系统，具体为一种基于CAN总线的小卫星综合电子系统及任务分配方法。
技术介绍
随着空间技术的发展和人类探索太空活动的日益频繁，空间中的卫星数量呈几何级数增长，卫星的功能也需要得到升级。特别是在其电子系统的软件方面，升级的需求很高。在传统的卫星设计上采用整体式设计思想，其电子系统只是考虑一次性使用，软件升级也只是在硬件无故障条件下进行的升级。随着应用于航天领域的电子技术高速发展，要求星载软件具有很强的敏捷特性，尤其是卫星综合电子系统设计，系统硬件和软件任务分配上应该更加的合理，系统设计的性能与成本得到严格控制。目前小卫星发展迅速，其体积小，质量受限，其电子系统在硬件、软件上必须高度集成。在满足系统硬件需求条件下，其软件系统更加具有敏捷特性，系统硬件和软件任务分配上应该更加的合理，以便于实现有限硬件资源条件下，系统资源利用的最大化。因此,必须发展一种不同于传统卫星电子系统软件架构，适应未来小卫星综合电子系统软件架构。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于CAN总线的小卫星综合电子系统，能够实现输入传感器数据共享，任务分布式处理，在硬件重构条件下，支持软件在轨重构，在轨升级，并且该系统实时性强、可靠性高、稳定性强。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种基于CAN总线的小卫星综合电子系统，包括数据共享I/O子系统，数据共享I/O子系统通过CAN总线与电源管理子系统、内存管理子系统、热控子系统、故障处理子系统、载荷任务子系统和飞控任务子系统相交互，每个子系统均具有独立的CPU处理器；数据共享I/O子系统用于对接收的输入单元的数据进行处理后输出至对应的子系统，并将子系统的输出指令发送给输出单元，并且对接收和发送的数据进行共享；数据共享I/O子系统还用于对出现故障的子系统的任务进行分配，分配至任何一个没有出现故障的子系统的CUP上；电源管理子系统用于接收数据共享I/O子系统输出的电源控制数据，并根据该数据对小卫星综合电子系统的电源进行管理；内存管理子系统用于小卫星综合电子系统的内存读写操作；热控子系统用于接收数据共享I/O子系统输出的温度数据，并根据该温度数据对整星温控；故障处理子系统用于接收数据共享I/O子系统输出的故障数据，并根据故障数据对整星故障进行检测、故障诊断和故障修复；载荷任务子系统用于对小卫星飞行任务载荷处理；飞控任务子系统用于接收数据共享I/O子系统输出的小卫星三轴角加速度、三轴加速度和导航数据，并根据接收的数据对小卫星的姿态和轨道控制。可选的，所述输出单元包括加热器、推力器、遥测组件、故障诊断组件和故障修复组件；加热器根据热控子系统的输出指令对小卫星进行温控；推力器根据飞控任务子系统的输出指令，控制整星的姿态和轨道；遥测组件用于将卫星上测量数据发送至地面站；故障诊断组件根据故障处理子系统的输出指令，对故障检测的数据进行诊断；故障修复组件根据故障处理子系统的输出指令，对故障进行修复。可选的，所述输入单元包括惯性测量单元、GPS、热敏电阻、星敏感器、故障检测组件和遥控组件；惯性测量单元为惯性测量传感器，用于测量小卫星的三轴角加速度和三轴加速度；GPS用于测量小卫星导航数据；热敏电阻用于测量小卫星的温度数据；星敏感器用于电源系统的控制及状态输出；故障检测组件用于检测小卫星的故障数据；遥控组件用于接收来自地面的控制指令。可选的，所述数据共享I/O子系统的处理单元为FPGA芯片。本专利技术还提供了一种基于CAN总线的小卫星综合电子系统的任务分配方法，当电源管理子系统、内存管理子系统、热控子系统、载荷任务子系统、飞控任务子系统和故障处理子系统中的一个或多个子系统出现故障，数据共享I/O子系统对出现故障的子系统的任务进行分配，分配至没有故障的任何一个子系统的CUP上。可选的，所述分配原则为随机分配或按照CPU的优先级高低分配。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：该基于CAN总线小卫星综合电子系统，该系统构架基于硬件CAN总线技术，采用分布式多处理器协调工作模式；系统硬件包括电源管理子系统、内存管理子系统、故障处理子系统、热控子系统、任务载荷子系统、飞控子系统和数据共享I/O子系统；每个子系统都具有处理各自任务的CPU互不干扰，实现在硬件架构上很好的支持软件架构上的重构，具备很强的敏捷特性。数据共享I/O子系统采用数据共享式集中管理，管理的功能使用高可靠性FPGA承担；本专利技术基于CAN总线技术，分布式处理，具有很强的敏捷特性。子系统软件任务针对性强，开发周期短，易升级。在子系统故障条件下，数据共享I/O子系统能够将故障子系统的任务重新分配至任何一个没有故障的子系统的CUP上进行运行。综合电子系统的输入设备有惯性测量传感器、GPS、热敏电阻、星敏感器，输出设备有热控加热器、推力器、载荷执行机构。附图说明图1为小卫星综合电子系统软件架构组件视图。图2为小卫星综合电子系统软件任务分配及数据交互视图。图3为小卫星综合电子系统正常工作模式下软件任务序列视图。图4为小卫星综合电子系统故障存在模式下任务分配及数据交互视图。图5为小卫星综合电子系统故障存在模式下软件任务序列视图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。如图1所示，一种基于CAN总线的小卫星综合电子系统，包括数据共享I/O子系统，以及与数据共享I/O子系统连接的电源管理子系统、内存管理子系统、故障处理子系统、热控子系统、载荷任务子系统和飞控任务子系统。数据共享I/O子系统在FPGA集中式处理下，完成整星的数据输入和输出。共享I/O子系统包括数据输入单元、数据读/写单元和数据输出单元；数据输入单元包括惯性测量单元、GPS、热敏电阻、星敏感器、故障检测组件和遥控组件。其中，惯性测量单元为惯性测量传感器，用于测量小卫星三轴角加速度、三轴加速度数据；GPS测量小卫星导航数据。热敏电阻测量温度数据。星敏感器测量的功能是实现整个电源系统的控制及状态输出。故障检测组件测量故障数据。遥控组件接收的是来自地面的控制指令数据。数据读/写单元为内存组件，用于读写的是星务管理的数据，数据包括传感器输入数据、执行机构输出数据和内存读/写数据。数据输出单元包括加热器、任务执行机构、推力器、遥测组件、故障诊断组件和故障修复组件。加热器是进行热控时的执行机构；载荷是任务载荷的执行机构；推力器是整星姿态控制及轨道控制的执行机构；遥测组件用于将卫星上测量数据发送至地面站；故障诊断组件功能是将故障检测的数据进行诊断；故障修复组件是对所出现的故障进行修复，修复的策略有自主修复和来自地面的修复。电源管理子系统在电源管理CPU处理下，完成小卫星综合电子系统的电源管理。内存管理子系统是在内存处理器CPU处理下，完成小卫星综合电子系统的内存读写操作。故障处理子系统是故障处理CPU处理下，完成对整星故障进行检测、故障诊断和故障修复。热控子系统是在热控CPU处理下，完成对整星热控。载荷任务子系统是在载荷任务CPU处理下，承担小卫星飞行任务载荷处理。飞控子系统是在飞控子系统CPU处理下，承担小卫星飞行控制软件任务，包括姿态控制和轨道控制。该基于CAN总线的小卫星综本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CAN总线的小卫星综合电子系统，其特征在于，包括数据共享I/O子系统，数据共享I/O子系统通过CAN总线与电源管理子系统、内存管理子系统、热控子系统、故障处理子系统、载荷任务子系统和飞控任务子系统相交互，每个子系统均具有独立的CPU处理器；数据共享I/O子系统用于对接收的输入单元的数据进行处理后输出至对应的子系统，并将子系统的输出指令发送给输出单元，并且对接收和发送的数据进行共享；数据共享I/O子系统还用于对出现故障的子系统的任务进行分配，分配至任何一个没有出现故障的子系统的CUP上；电源管理子系统用于接收数据共享I/O子系统输出的电源控制数据，并根据该数据对小卫星综合电子系统的电源进行管理；内存管理子系统用于小卫星综合电子系统的内存读写操作；热控子系统用于接收数据共享I/O子系统输出的温度数据，并根据该温度数据对整星温控；故障处理子系统用于接收数据共享I/O子系统输出的故障数据，并根据故障数据对整星故障进行检测、故障诊断和故障修复；载荷任务子系统用于对小卫星飞行任务载荷处理；飞控任务子系统用于接收数据共享I/O子系统输出的小卫星三轴角加速度、三轴加速度和导航数据，并根据接收的数据对小卫星的姿态和轨道控制。...

【技术特征摘要】
1.一种基于CAN总线的小卫星综合电子系统，其特征在于，包括数据共享I/O子系统，数据共享I/O子系统通过CAN总线与电源管理子系统、内存管理子系统、热控子系统、故障处理子系统、载荷任务子系统和飞控任务子系统相交互，每个子系统均具有独立的CPU处理器；数据共享I/O子系统用于对接收的输入单元的数据进行处理后输出至对应的子系统，并将子系统的输出指令发送给输出单元，并且对接收和发送的数据进行共享；数据共享I/O子系统还用于对出现故障的子系统的任务进行分配，分配至任何一个没有出现故障的子系统的CUP上；电源管理子系统用于接收数据共享I/O子系统输出的电源控制数据，并根据该数据对小卫星综合电子系统的电源进行管理；内存管理子系统用于小卫星综合电子系统的内存读写操作；热控子系统用于接收数据共享I/O子系统输出的温度数据，并根据该温度数据对整星温控；故障处理子系统用于接收数据共享I/O子系统输出的故障数据，并根据故障数据对整星故障进行检测、故障诊断和故障修复；载荷任务子系统用于对小卫星飞行任务载荷处理；飞控任务子系统用于接收数据共享I/O子系统输出的小卫星三轴角加速度、三轴加速度和导航数据，并根据接收的数据对小卫星的姿态和轨道控制。2.根据权利要求1所述基于CAN总线的小卫星综合电子系统，其特征在于，所述输出单元包括加热器、推力器、遥测组件、故障诊断组件和故障修复组件；加热器根据热控子系统的输出指令对小卫...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟中杰，邓远旺，贾程，黄攀峰，张夷斋，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61