[发明专利]一种基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统

说明书

技术领域

本发明涉及数据通信领域，特别涉及一种基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统。

背景技术

航天器内通过星载数据总线将分布式的航天器各分系统和有效载荷的数据统一集成管理，MIL-STD-1553B总线以其高可靠性、实时性的优异性能广泛应用于航天器上。但1553B总线的传输速率仅为1Mbps，不适用于高速率的大数据量数据。目前航天器内高速数据传输常采用三线制的LVDS线缆实现。LVDS是利用非常低的电压摆幅(约350mV)在两条PCB走线或一对平衡电缆上通过差分进行数据的传输，即低压差分信号传输。三线制的LVDS信号为数据信号、时钟信号和控制信号三大类，无论传输数据还是传输时钟，都采用差分信号对的形式进行传输。因此一路LVDS就包括6根线缆，而LVDS是点对点的单工通信，所以要实现两个节点的双向通信就需要12根平衡电缆。随着航天器探测任务的增多和探测功能的扩展，图像和视频的高速传输需求急剧增加，航天器内的高速数据传输的线缆问题是一个亟待解决的问题。这些信号线缆在航天器内部错综复杂、交织成网，是每个航天器的“噩梦”，不仅增加了发射重量体积和成本，而且给地面调试和装配等增加了大量的工作。

日臻成熟的地面无线网络技术为星载数据网络提供了技术储备。WiFi和UWB技术是两种常用的地面无线局域网技术。WiFi技术目前发展的较成熟，已经广泛应用于家庭和商业领域中，但其相对于UWB功耗较高、抗多径差，易对星上的其它无线设备产生干扰。此外WiFi主要是面向互联网和用户，硬件实现和协议复杂，不适易应用于星载数据网络。而IR-UWB具有带宽宽，脉冲窄，抗多径能力强，对其他设备的干扰小的优点，且系统实现简单。但是目前没有可以应用于航天的基于UWB的通信协议和协议芯片，限制了UWB技术在航天器内高速通信上的发展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中尚缺乏可靠的星载数据网络系统的缺陷，从而提供一种星载高速数据网络系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统，包括：星载数据子系统1、有效载荷子系统2、卫星数据总线3；所述星载数据子系统1连接到卫星数据总线3上；所述有效载荷子系统2包括有效载荷管理器21与有效载荷22，其中的有效载荷管理器21也与卫星数据总线3连接；

所述有效载荷管理器21与有效载荷22通过无线网络23进行数据传输；所述有效载荷管理器21在所述星载数据子系统1的命令下，控制和管理卫星上进行科学实验和空间探测的所述有效载荷22，负责所述有效载荷22的数据采集、处理、存储、综合传输和数据管理；

所述有效载荷管理器21与有效载荷22之间通过无线网络23所实现的通信能够采用的通信模式包括：WBC-to-WRT模式、广播模式、WRT-to-WBC模式以及WRT-to-WRT模式；

在WBC-to-WRT模式中，有效载荷管理器21向有效载荷22发出包括一命令字和一定数目的数据字的消息，对应WRT号的无线终端设备2接收到该消息后，在要求的响应时间内回复一仅包含状态字的消息，有效载荷管理器21接收到有效载荷22回复的仅包含状态字的消息后，判断本次通信是否成功，若失败，有效载荷管理器21能选择重新发送本条消息；

在广播模式中，有效载荷管理器21向各个有效载荷22发送包括一命令字和一定数目的数据字的消息，各个有效载荷22接收到消息后，不做响应；

在WRT-to-WBC模式下，有效载荷管理器21向有效载荷22发送包含一命令字的消息，该命令字要求对应的有效载荷22发送数据给有效载荷管理器21，有效载荷22据此向有效载荷管理器21发送包含一状态字和若干个数据字的消息，有效载荷管理器21接收到有效载荷22回复的消息后，判断本次通信是否成功，若失败，有效载荷管理器21能够选择重新发送本条消息；

在WRT-to-WRT模式下，有效载荷管理器21向一有效载荷22发出接收的命令字，再向另一有效载荷22发出发送的命令字，对应接收地址的有效载荷22接收到接收命令字后做好接收数据的准备，对应发送地址的有效载荷22接收到发送命令字后，发出包含有自身状态字和数据的消息，接收有效载荷22从该消息接收完数据后，发出包含有接收有效载荷22的状态字的消息；