[发明专利]星载无线信息系统

说明书

技术领域

本发明属于航天技术领域，涉及一种星载无线信息系统，其具备卫星平台和有效载荷各功能单元之间无线多层联网，多源信息实时获取、处理、融合、传输，以及对卫星各功能单元实施管理和控制功能。

背景技术

军事航天发展的一个重要转变是从基于平台、综合的、预先设计、长寿命系统转变为基于能力、分离模块、灵活组合、短周期系统，对航天器的快速研制、设计和部署提出了更高的要求。信息系统与航天器的功能和所有设备均密切相关，是提升航天器能力的关键切入点。军用航天器正在向快速部署、自主运行、跨任务领域、灵活组合、可在轨服务等方向转变，对星载信息系统提出了更高的要求。

目前卫星信息系统的信息流相对固定，不容易进行更改和扩展，限制了平台和载荷各单元的信息共享、融合以及在轨服务的实施。从军用航天器的需求来看，信息系统的发展趋势是面向应用和在轨服务，具备更强的适应性、灵活性和覆盖性，更强的信息融合能力和生存能力。新型航天器应用中任务多，信源分散、类型多样，数据的实时性、可靠性、传输速率等要求各不相同。为了确保卫星的长期在轨运行，必须对卫星内外环境参数进行独立的、综合的、长期可靠的监测，突破传统的星内外固定传感器的布局方式，满足卫星环境监测的全面性和灵活性。

目前，卫星信息系统中电子设备之间的信息流向以及连接关系错综复杂，采用有线的方式实现信息交互，设备之间的信息流相对固定，在设计完成后，不容易进行更改和扩展，同时数据网设计工作量大，容易出错。要求改变信息系统的设计方式，可以实时更改设备间信息流向，在系统设计完成后，对系统的试验验证过程中也可以对设计进行同步的优化处理，减少传统有线方式下需要更改数据网而带来的顾虑。支持卫星的快速设计研制和多星并行研制。

传统卫星的数据网对卫星系统结构和构型布局的约束使得卫星设计缺乏针对性、灵活性和可扩展性，严重约束构型布局，增加了在轨更换的难度。据统计连接星内各分系统的接口硬件和线缆的重量占了卫星整体重量的10％～15％。

因此，急需一种无线信息系统结构，能够把一个卫星按功能分解为有效载荷、动力、能 源、通信等模块，这些模块采用无线连接，优化航天器的设计，消除数据网布线对构型布局的设计约束，使得模块的拆卸和安装都很方便，并且在轨安装和更换很容易实现。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，克服现有技术的不足，本发明提供了一种轻小型化、模块化的星载无线信息系统，可快速部署、可自组织、高容错性，具备卫星平台和有效载荷各功能单元之间无线多层联网并且多源信息实时获取、处理、融合、传输，以及对卫星各功能单元实施管理和控制功能。

本发明提供了一种星载无线信息系统，采用高低速无线网络混合的多层联网，对多源信息实时获取、处理、融合、传输以及对卫星各功能单元实施管理和控制，包括：星务计算机、分系统下位机、和终端节点，其中，星务计算机通过高速无线网络与分系统下位机连接，分系统下位机通过低速无线网络与各个终端节点连接，以及星载无线信息系统采用高速无线网络和低速无线网络构建的高低速混合无线网络的体系结构。

具体地，星载计算机用于完成对整星的所有管理并且管理至少包括：数据管理、姿轨控管理、星地上下行数据链路管理、温控管理、时间管理、和有效载荷管理。分系统下位机用于为各类传感器和执行机构提供输入/输出管理，从而执行遥测采集和开关指令的发送。终端节点用于完成对星上各分系统的智能数据采集处理和指令执行。

在本发明中，低速无线网络为基于ZIGBEE协议的低速无线网络，以及高速无线网络为基于WIFI协议的高速无线网络。

相应地，终端节点通过ZIGBEE协议与分系统下位机进行数据和指令的传输，分系统下位机执行协议转换和数据处理并通过WIFI协议将数据汇聚到星务计算机，以及星务计算机对分系统下位机和终端节点的无线接入和工作模式进行设定和控制。

额外地，终端节点用于：在切换前，同时与相邻的两个分系统下位机的无线接入点建立连接，任选一条连接来收发数据并可实现实时切换，其中，确保所收发的数据绕过瓶颈和局部故障节点，从而实现故障零延时处理。

因此，采用本发明的星载无线信息系统，与现有技术相比具有以下的有益效果：

1)以混合型无线总线为枢纽，实现星上平台和载荷各模块互联互通和信息共享，达到多源信息安全可靠、实时地获取、处理、融合、传输和分发；