[发明专利]一种用于空间飞行器内的无缆化组网通信机

说明书

本发明公开了一种用于空间飞行器内的无缆化组网通信机，包括：数据采集模块，用于对卫星内部多路传感器输出的模拟信号经过滤波放大和模数转换变换成数字信号；无线收发模块，用于对所述的数字信号进行编码调制处理和射频变频调制处理，经过天线辐射出去，同时接收来自其他节点的无线射频信号处理得到基带数字信息；接口模块，其连接于无线收发模块和卫星计算机之间，并与卫星计算机进行双向串口通信。

技术领域

本发明涉及卫星等空间飞行器舱内无线通信机设计领域，特别涉及一种用于空间飞行器内的无缆化组网通信机。

背景技术

随着中国航天事业的发展，卫星的种类和数量都将不断增多，以遥感和对地观测为主的航天任务，目前主要发展方向是“高时间分辨率、高空间分辨率、高辐射精度、高光谱分辨率、全天时、全天候、多波段”，在此基础上，卫星平台性能要求不断提高,并相继提出“超静”、“超稳”等概念。然而卫星平台超高性能的提升依赖于全面、准确、实时的卫星自身状态监测，具体包括：卫星平台的微振动数据，卫星舱内的温度数据、气体成分、燃料液面高度，卫星舱外展开天线等部件的应力等，因此，星内多状态、多种类、多速率感知数据需求的急剧增加，带来了星内数据的传输问题。

传统卫星内部数据传输大都是基于有线的连接方式，通常通过电缆连接实现各分系统、各有效载荷之间数据、指令等之间的通信。这种使用有线连接方式传输各种电信号，在空间、数量、制造工艺及系统集成上存在诸多限制，尤其对于卫星舱外活动部件(如舱外太阳翼机构、天线机构等)，存在干涉的风险，为设计、制造和使用带来很大不便；另外，在有线连接状态下，测点的数目增减不方便，测点传感器布局不灵活，不能适应平台技术状态的变化，也不利于单机产品的通用化；对于微弱电信号，从监测点到采集端采用有线方式传输模拟量，易受整星接地干扰，影响测量的准确性和可靠性。因此，针对目前星内数据采集与传输的设计和使用现状，采用星内无缆化信号传输技术可以有效解决数据采集与星内数据通信，这也是未来空间探测的必备技术基础。

目前，可用于室内或密闭舱内的无线传输系统主要有以下几种方式，典型都是采用WiFi、Zigbee、蓝牙等标准协议。

WiFi无线组网协议是一种国际通用无线局域网协议，Zigbee是一种近距离、低速率、低复杂度的无线传感器网络协议；蓝牙是一种用于固定设备或移动设备与楼宇个人域之间的短距离传输的无线传输协议。

如文献1(董立珉，徐国栋.基于系统级芯片和射频集成电路的无线网络卫星平台设计与验证[J].计算机集成制造系统，2012，18(03)：492-496.)，采用FSK/GFSK的调制解调方式，并采用标准商用用SOC及RFIC作为核心部件，实现了无线通信的基本单元，基本验证了星内无线通信体系结构的可行性，但不具有可推广性；文献2(徐湛，程亚冰，任世杰.密闭金属舱内无线通信系统设计与实现[J].北京信息科技大学学报,2016,31(05)：05-10.)，针对航天器等密闭金属舱内无线通信需求，首先在信道测量的基础上，给出了密闭金属舱统计信道参数，通过不同带宽及保护前缀方案设计解决了舱内多径衰落严重的问题。但是，难以适应卫星内复杂电磁环境干扰且不具备组网功能。专利1(一种基于ZigBee技术可无线组网室内LED灯，200920245962.8，张武军，玄浩.2009)，由ZigBee通信模块、LED灯驱动电路、LED灯组模块和主控制器组成，室内无线通信协议采用标准协议模块，该模块传输速率，不能自主更改；专利2(一种可自由布置实时测量室内空气质量的自组网节点，201120072511.6，黄国全，许锋，杜新黎，高雪玲，关建玲.2011)，采用包括传感器模块、处理器模块、Zigbee短距离无线通信模块、内部带闪存卡的数据存储模块和电源模块等。专利3(基于宽带自组网实现设备间数据无线通信的装置及方法，201610162756.5，宋淑东，朱书杉，牛玉峰.2016)，采用宽带自组网单元形成设备间的局域组网，其宽带自组网单元采用基带SDR处理单元通过USB格式与设备主板进行通信，经过宽带自组网单元对数据处理，实现设备间无线数据的收发，但抗干扰能力较弱不能满足空间辐射环境要求。