检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：周莉中国科学院大学

学位级别：博士

星载数据网络是实现空间飞行器信息采集、传输、共享和处理的关键技术，被誉为空间飞行器的“神经中枢”，是空间科学任务重要的关键技术和支撑技术。星载数据网络的拓扑结构、通信方式、传输速率以及可靠性、功耗等特性，直接与飞行任... 详细信息

星载数据网络是实现空间飞行器信息采集、传输、共享和处理的关键技术，被誉为空间飞行器的“神经中枢”，是空间科学任务重要的关键技术和支撑技术。星载数据网络的拓扑结构、通信方式、传输速率以及可靠性、功耗等特性，直接与飞行任务的成败得失密切相关。星载数据网络技术是一项需要不断创新、持续进步的通用技术，只有这样才能以更高的性能、更可靠、更方便、更有效地为空间科学任务提供服务。世界各国航天界都非常重视对星载数据网络技术的研究。\n 随着我国空间探测的领域增大、探测任务的增多，航天器内携带的仪器设备数量和种类不断增加，必然造成线缆和数据接口的急剧增加，大量的线缆和接口不仅对网络节点容量提出更高的要求，增加了航天器内线缆布局难度，而且会将使发射成本成倍增长;航天器上携带的越来越多的成像类仪器，对星载数据网络的传输和处理速率提出了更高的要求;许多空间探测的移动和转动仪器动作受到大量测控线缆、数据线缆的制约和限制，宇航员的通信、动作行为也受到线缆束缚，移动不方便。因此需要一种新的设计思路来解决传统的星载有线数据网络存在的上述问题。\n 地面日趋成熟的商用无线网络技术为解决空间飞行器星载数据网络问题带来了启示。无线网络通信技术的空间应用是目前国际航空航天组织的一个研究热点和发展趋势，中国学术界和航天界也开展了相关无线网络通信技术空间应用的研究。星载无线数据网络技术，与以往的各种星载总线技术都不同，它的应用将不仅引起星载数据网络的变革，也将对空间综合电子系统甚至卫星系统设计，产生重大而深远的影响。星载无线数据网络技术是一种更新换代的、新的空间技术和支撑平台技术。由于航天任务的特殊性和高可靠性要求，无线数据网络在航天器内应用研究分为几个阶段:地面验证、环境模拟实验验证、飞行验证、非关键功能部件、传统的星载数据网络的备份或第三备份、关键功能部件。\n 本论文是在国家重大科技专项探月三期中的“基于SOC技术的器上产品轻小型化研究”课题(TY3Q20110015)和中国科学院空间科学战略性先导科技专项空间科学预先研究项目（第二批）“星载光无线总线技术研究”课题(XDA04070000)的资助下，对构建星载无线数据网络的关键技术进行研究，为日后无线网络技术在航天器内的应用作技术储备。\n 论文首先介绍了选题的背景和意义，在对国内外研究现状、星载数据通信中常见的功能需求和地面成熟的无线数据网络技术特点分析的基础上，针对三种典型的应用场景选用了符合其技术指标的无线网络技术，论文也是围绕这三种网络技术在卫星上的应用研究展开的。论文设计实现了低速率的面向环境监控和遥测信息采集的基于ZigBee技术的星载无线传感器网络、中速率的用于替代星载数据总线的基于红外技术的星载光无线数据总线和高速率的用于替代点对点LVDS线缆通信的基于脉冲超宽带（IR-UWB）技术的星载高速无线数据网络。新的星载数据网络系统必须要兼容传统的MIL-STD-1553B总线（后文简称1553B总线）设备，保证数据网络的可靠性和稳定性，实现综合电子系统的平稳过渡。构建星载无线数据网络的核心技术和关键技术，包括:无线网络的系统设计、网络协议的设计与实现、网络节点的软硬件设计、网络协议层与无线收发器的接口设计等。\n 基于ZigBee技术的星载无线传感器网络的设计不改变传统1553B总线的系统架构，ZigBee无线网络作为一个终端连接到星载数据网络/总线的一个端口上，作为传统星载数据网络的功能扩展，解除了无线网络与传统设备的紧密耦合，便于卫星各子系统的独立进行地面开发和调试。论文完成了ZigBee网络节点的软硬件设计和ZigBee-to-1553B桥接器的软硬件及FPGA设计，星载计算机可以通过1553B总线控制星载无线传感器网络对卫星遥测遥控参数的采集传输和处理。\n 基于红外技术的星载光无线1553B总线系统中，物理层采用一体化的光收发器，本文重点介绍了具有自主知识产权的1553B协议IP核设计及其FPGA和ASIC实现，以及数据逻辑层与物理层的接口设计。论文的研究成果1553B协议IP核设计及其ASIC实现不仅解决了光无线1553B总线空间应用的器件问题，而且解决了目前国内航天任务中对国外1553B协议芯片的严重依赖问题。基于ASIC芯片的光无线1553B总线节点的解决方案具有体积小、功耗低、可靠性高、灵活性高的特点。\n 基于UWB技术的星载高速数据网络设计中采用课题组设计成熟的脉冲超宽带收发机，本文重点介绍是具有自主知识产权的高速数据网络协议HS1553B的设计及其FPGA实现、数字逻辑层与IR-UWB收发机之间的接口设计。论文的研究成果HS1553B协议及其FPGA实现解决了星载高速无线数据网络的网络协议问题，HS1553协议IP核的网络传输速率、响应

关键词：星载无线数据网络拓扑结构数据接口脉冲超宽带光无线总线可靠性

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基于脉冲超宽带的星载高速无线数据网络设计

引用

空间科学学报 2017年第5期37卷 629-638页

作者：周莉谢义方安军社熊蔚明薛长斌中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院计算技术研究所北京100190

针对卫星内高速数据通信现有的点对点LVDS线缆通信带来的线缆束缚、布局困难、成本增加的难题,提出一种基于脉冲超宽带的星载高速无线数据网络设计方案,介绍了脉冲超宽带收发机、高速无线网络协议和无线网络节点软硬件设计的关键技术.... 详细信息

针对卫星内高速数据通信现有的点对点LVDS线缆通信带来的线缆束缚、布局困难、成本增加的难题,提出一种基于脉冲超宽带的星载高速无线数据网络设计方案,介绍了脉冲超宽带收发机、高速无线网络协议和无线网络节点软硬件设计的关键技术.发射机采用阶跃恢复二级管(SRD)产生皮秒级脉冲信号;超宽带脉冲接收采用幅度检测方法;无线高速网络协议设计参考美国军用数据总线标准MIL-STD-1553B协议,采用时分制指令响应机制,对1553B标准的许多指标进行扩展以适应UWB无线信道和高速传输特点,并通过FPGA成功实现.测试显示,地面演示系统应用层数据传输误码率小于10^(-9),表明了基于脉冲超宽带的星载高速数据网络设计的可行性和可靠性.

关键词：脉冲超宽带星载无线数据网络通信协议 MIL-STD-1553B总线空间应用

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星载高速无线数据网络协议的设计

引用

国防科技大学学报 2014年第5期36卷 1-7页

作者：周莉安军社谢义方熊蔚明薛长斌中国科学院空间科学与应用研究中心北京100190 中国科学院大学北京100049

星载无线数据网络可以解除航天器内错综复杂的线缆网的束缚,是航天器轻小型化的重要技术储备。旨在替代航天器内现有的点对点三线制的低电压差分信号线缆,提出了一种基于脉冲超宽带(IRUWB)技术的星载高速无线数据网络的设计方案,并重点... 详细信息

星载无线数据网络可以解除航天器内错综复杂的线缆网的束缚,是航天器轻小型化的重要技术储备。旨在替代航天器内现有的点对点三线制的低电压差分信号线缆,提出了一种基于脉冲超宽带(IRUWB)技术的星载高速无线数据网络的设计方案,并重点介绍了高速无线网络协议的设计和实现。网络协议设计参考了美国军用数据总线标准MIL-STD-1553B协议,采用时分制指令响应机制,按物理层、链路层、网络层和应用层进行了详细说明,以适应星载高速率无线数据传输的要求,具有灵活性高、可靠性高、扩展性高的特点。网络协议的IP核经过地面演示系统进行验证,实验测得应用层数据传输的误码率小于10-9。

关键词：星载无线数据网络通信协议脉冲超宽带 MIL-STD-1553B总线空间应用

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