[发明专利]基于声波的航天器内部无线通讯方法和系统

说明书

本发明公开一种基于声波的航天器内部无线通讯系统，包括至少两个以上的无线通讯节点、航天器的结构、阻尼器，其中，无线通讯节点之间进行点对点通讯或进行广播通讯，无线通讯节点与航天器结构之间存在耦合，使得前者能够在航天器结构中产生声波并检测在航天器结构中传播的声波，航天器结构作为传播声波的介质，按照约定的协议，被与其存在耦合的所有无线通讯节点复用，阻尼器与航天器结构(如果需要限定，主要还是“机械连接”)连接，用于吸收声波，减弱反射回波对通讯质量的不利影响。也公开了一种对应的通讯方法。本发明可减小航天器重量，简化航天器结构布局和设计，便于设备组装、测试和替换，各个设备复用传输介质，可实现多台设备之间通讯。

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，具体涉及航天器内部通讯技术领域，尤其涉及一种以航天器结构为传输介质，用声波在航天器内设备之间交换信息的无线通讯方法和装置。

背景技术

航天器由航天器平台和有效载荷两部分组成。航天器平台又可分为星载计算机、供电系统、姿态与轨道控制、推进、测控、热控、结构与机构等分系统。以星载计算机为中心，各分系统、各有效载荷之间数据、指令等的通信必须依靠星上数据总线来完成。目前，航天器内部设备之间的通讯使用有线数据总线实现，例如MIL-STD-1553B、RS-485、I2C、CAN、Ethernet等。相对于传统有线通讯总线，无线通讯方式的优势体现于：能够极大减小航天器整器的重量，降低分系统之间的耦合度，简化航天器结构布局和设计，易于实现航天器设备快速组装、测试和替换等，因此得到广泛的关注和研究。

国内外对航天器内部无线通讯技术的研究主要有三个方向。一种是移植现有的地面上使用的商用协议如蓝牙、ZigBee、802.11系列等协议；一种是在现有商用协议的基础上剪裁改造出适用于航天领域要求的协议；另一种是根据航天器的要求，为航天器开发专用的无线网络协议。现已报道的航天器内部无线通讯技术，总体来说处于摸索阶段，未形成一致的无线网络协议标准。这些技术普遍使用光波或者无线电波作为信息传递的载体。航天器上的阴影效应和多径效应等不利因素，可能影响光波和无线电波在设备间传输信息。因此，现有无线通讯方法的应用场景主要是星体两侧的太阳翼、卫星及飞船的舱内空间等不存在大体积、大面积的遮挡物的环境中。

随着航天器智能化水平不断提高和航天器在轨健康监测需求的日益强烈，越来越多的设备被安装在航天器舱板外表面。如果用有线方法连接这类设备，则必须在舱板上开孔，并设计电缆走线路径，这增加了航天器上电缆的重量，降低了舱板的强度，并且使设计、装配和测试工作变得复杂。而如果使用现有基于光波或无线电波的无线通讯方法来实现舱外设备与舱内设备之间的通讯，则需要解决航天器金属复合材料舱板对光波和无线电波遮挡的问题。这种应用场景中，现有无线通讯方法面临较大困难，甚至存在因为金属复合材料舱板遮挡和屏蔽过于严重而无法通讯的风险。因此，现有无线通讯方法尚不能较好地解决在航天器舱内和舱外设备之间通讯的问题，需要研究设计一种新的航天器内部无线通讯方法。

发明内容

基于上述问题，为克服现有技术和产品的不足，本发明提出以航天器结构为传输介质，用声波在航天器内设备之间交换信息的无线通讯方法。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

基于声波的航天器内部无线通讯系统，包括至少两个以上的无线通讯节点、航天器的结构、阻尼器，其中，无线通讯节点之间进行点对点通讯或进行广播通讯，无线通讯节点与航天器结构之间存在耦合，使得前者能够在航天器结构中产生声波并检测在航天器结构中传播的声波，航天器结构作为传播声波的介质，按照约定的协议，被与其存在耦合的所有无线通讯节点复用，阻尼器与航天器结构连接，用于吸收声波，减弱反射回波对通讯质量的不利影响。

其中，约定的协议为介质访问控制(MAC)协议，包括频分多路复用(FDM)协议、码分多路复用(CDMA)协议、时分多路复用(TDM)协议、载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)协议等等。