基于FPGA的小卫星在轨健康综合管理终端及管理方法技术

技术编号:19008690 阅读:48 留言:0更新日期:2018-09-22 08:38
本发明专利技术提供的是一种基于FPGA的小卫星在轨健康综合管理终端及管理方法。包括在轨卫星的监控信息采集系统(1)、基于FPGA的卫星数据分析处理系统(2)、在轨卫星健康数据评估管理系统(3)、系统容错控制系统(4)、卫星健康数据输出系统(5)、系统通信总线(6)、备份型NOR闪存(7)以及PROM模块(8)。基于FPGA的卫星数据分析处理系统包括一片PROM和一片SRAM,可以处理卫星健康信息,并具有容错处理能力;在轨卫星健康数据评估管理系统包含卫星健康管理规则库和在轨卫星健康评估预测,可以存储卫星的健康评估准则以及健康状况。

FPGA based integrated management terminal and management method for small satellite in orbit health

The invention provides a FPGA based integrated management terminal and management method for small satellites in orbit health. It includes the monitoring information acquisition system (1), the satellite data analysis and processing system (2), the satellite health data assessment and management system (3), the fault tolerant control system (4), the satellite health data output system (5), the system communication bus (6), the backup NOR flash memory (7) and the PROM module (8). The satellite data analysis and processing system based on FPGA includes a PROM and a SRAM, which can process satellite health information and have fault-tolerant processing capability; the on-orbit satellite health data evaluation and management system includes satellite health management rule base and on-orbit satellite health assessment prediction, which can store satellite health assessment criteria and health. Health condition.

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA的小卫星在轨健康综合管理终端及管理方法
本专利技术涉及的是一种在轨卫星的健康管理装置,本专利技术也涉及一种在轨卫星的健康管理方法。
技术介绍
随着卫星电子信息系统的快速发展,使卫星能够自行规划工作流程,实现在轨的自主管理,需要构建有效的卫星自主健康综合管理终端。近年来,国外针对飞行器的安全性可靠性提出了飞行器综合管理的飞行安全计划,包含了故障检测、故障诊断、影响评估、故障预测等功能。但是,至今仍没有一个具备完整健康管理功能的健康管理系统投入实际工程应用中。我国的卫星健康管理研究现如今处于初级阶段,目前对于卫星的健康管理仍然停留在地面诊断为主,卫星的在轨健康管理主要依靠地面监控站,还要通过人工判别大量的卫星遥测信息以获取卫星实际运行状态对其进行管理。这种方法对于在轨卫星遥测量大、参数类型众多、复杂多变的特点无法满足卫星数据监测的实时性要求,而且还会出现人为操作失误等。上述一系列的问题都极大的限制了卫星系统的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够实现卫星在轨参数自动调整的基于FPGA的小卫星在轨健康综合管理终端。本专利技术的目的还在于提供一种小卫星在轨健康综合管理方法。本专利技术的基于FPGA的小卫星在轨健康综合管理终端包括在轨卫星的监控信息采集系统1、基于FPGA的卫星数据分析处理系统2、在轨卫星健康数据评估管理系统3、系统容错控制系统4、卫星健康数据输出系统5、系统通信总线6、备份型NOR闪存7以及PROM(ProgrammableRead-Only-Memory,可编程序只读存储器)模块8;所述在轨卫星的监控信息采集系统1包括卫星热控分系统的信息输入1-1、卫星推进分系统的信息输入1-2、卫星射频跟踪系统信息输入1-3、卫星能源分系统的信息输入1-4、卫星姿态信息的信息输入1-5以及各个分系统信息采集部分1-6,各个分系统信息输入与各个分系统信息采集部分1-6相连,各个分系统信息采集部分1-6与系统通信总线6相连;所述基于FPGA的卫星数据分析处理系统2包括一个PROM模块PROM2-1、一个SRAM(StaticRandomAccessMemory,静态随机存取存储器)模块SRAM2-2、一个FPGA处理器2-3,PROM2-1、SRAM2-2与FPGA2-3相互连接,FPGA2-3的信息输入端与系统通信总线6相连,FPGA2-3的信息输出端亦与系统通信总线6相连,FPGA2-3的心跳信号输出端与C8051单片机4-3的WDG相连接,FPGA2-3的INT与PROG输入端与C8051单片机4-3相连接,FPGA2-3的卫星信息健康输出与健康管理规则库3-1输入和在轨卫星健康评估预测3-2输入相连;所述在轨卫星健康数据评估管理系统3包括健康管理规则库3-1和在轨卫星健康评估预测3-2两部分,在轨卫星健康评估预测3-2一端与FPGA2-3的一个输入端相连、另一端与C805单片机4-3相连,健康管理规则库3-1输出端与在轨卫星健康评估预测3-2输入端相连;所述系统容错控制系统4包括一片C8051单片机4-3,C8051单片机4-3的几个输出端口分别与PROM18-1和PROM28-2的CE1、RST1和CE2、RST2相连;所述卫星健康数据输出系统5包含向下位机发送命令5-1、外部信息输出5-2、各个分系统参数修正5-3以及卫星健康状况预测输出5-4,向下位机发送命令5-1输入与总线通信6相连,向下位机发送命令5-1输出与外部信息5-2输入相连,外部信息5-2输出与各个分系统参数修正5-3输入以及卫星健康状况预测输出5-4输入相连;系统通信总线6是卫星常用的若干总线通信方式;备份型NOR闪存7与FPGA的一个通用端口相连接;PROM模块8包括两片PROM,PROM18-1和PROM28-2的数据输出端DATA1和DATA2与FPGA2-3相连。基于本专利技术的基于FPGA的小卫星在轨健康综合管理终端的管理方法为:在轨卫星的监控信息采集系统1将装载于在轨卫星各个分系统的传感器所采集到的热控分系统信息、推进分系统信息、射频跟踪分系统信息、能源分系统信息和姿态控制分系统信息等汇总,经由总线通信6将卫星的健康信息数据送入基于FPGA的卫星数据分析处理系统2中;FPGA2-3处理总线通信送入的在轨卫星实时健康信息,将处理后的卫星健康信息存入卫星健康管理规则库3-1中,卫星健康管理规则库用于统计记忆卫星健康信息数据;一片SRAM用于回刷读写FPGA2-3运行过程中产生的数据,PROM2-1中存储FPGA2-3的系统程序启动代码;在轨健康评估预测3-2将FPGA2-3传来的卫星健康数据与健康管理规则库中的健康规则进行汇总送回FPGA2-3中进行分析处理,得出卫星的健康状况;卫星健康信息得出后同时判断得出处理命令,经过总线通信将命令送入下位机,下位机一方面将处理命令送入卫星各个分系统,对卫星的实时运行做出参数修正,另一方面将卫星健康状况输出显示;FPGA2-3输出心跳信号,心跳信号与C8051单片机4-1的WDG相连接,用于监测FPGA是否工作于正常状态,若心跳信号正常,则证明FPGA2-3工作正常,若监测健康状况异常,则证明FPGA没有处于正常工作状态,此时C8051会将配置文件回刷入FPGA2-3中,实现对异常情况的修复,FPGA运行过程中,C8051实时对FPGA的配置文件进行回读,并与原始的配置文件进行对比,若异常则回刷配置文件;在FPGA2-3发生错误前通过内存访问指令,将FPGA2-3中需要保护的数据读入备份型NOR闪存7中,当FPGA2-3再次上电后就从备份型NOR闪存7中重新回读已保存的重要数据;卫星的监控信息采集系统1和卫星健康数据输出系统5在运行过程中出现不可预知的故障,使需要接收或发送的数据出现错误时,将这些数据存储于PROM模块中,故障发生时,将数据从PROM模块中重读。本专利技术提供了一种卫星应用的、可实时监控、预测卫星的健康状态并对卫星的部分故障进行处理的健康管理终端及实现方法。是为了解决目前在轨卫星健康管理方面缺乏合理有效的手段问题,提供出的一种基于FPGA(Field-ProgrammableGateArray,即现场可编程门阵列)的在轨卫星健康管理的方案。本专利技术的优点是:本专利技术以FPGA为核心,能够实时接收在轨卫星的健康信息自动处理,并将处理后的信息反馈给卫星和检测站,从而卫星能够实现在轨的参数自动调整而无需人工干涉处理,节省了大量的人力物力,提高了处理和监测的效率,极大地提高了卫星的健康管理准确性与实时性。同时,本专利技术的容错系统的设计使的该系统具有更高的可靠性,实用性强。此外,本专利技术中使用的元器件均为市面上常见的商用通用器件,价格低廉,极大地减少了生产成本。专利技术要求的生产工艺较为简单,制造方便。附图说明图1是本专利技术的结构示意图;图2是本专利技术的流程示意图。具体实施方式结合图1,本专利技术的基于FPGA的小卫星在轨健康综合管理终端包括在轨卫星的监控信息采集系统1、基于FPGA的卫星数据分析处理系统2、在轨卫星健康数据评估管理系统3、C8051单片机4-3、卫星健康数据输出系统5和系统通信总线6。在轨卫星的监控信息采集系统1包括卫星热控分系统的信息输入1-1,卫星推进分系统的信息输入本文档来自技高网...
基于FPGA的小卫星在轨健康综合管理终端及管理方法

【技术保护点】
1.一种基于FPGA的小卫星在轨健康综合管理终端,包括在轨卫星的监控信息采集系统(1)、基于FPGA的卫星数据分析处理系统(2)、在轨卫星健康数据评估管理系统(3)、系统容错控制系统(4)、卫星健康数据输出系统(5)、系统通信总线(6)、备份型NOR闪存(7)以及PROM模块(8);所述在轨卫星的监控信息采集系统(1)包括卫星热控分系统的信息输入(1‑1)、卫星推进分系统的信息输入(1‑2)、卫星射频跟踪系统信息输入(1‑3)、卫星能源分系统的信息输入(1‑4)、卫星姿态信息的信息输入(1‑5)以及各个分系统信息采集部分(1‑6),各个分系统信息输入与各个分系统信息采集部分(1‑6)相连,各个分系统信息采集部分(1‑6)与系统通信总线(6)相连;所述基于FPGA的卫星数据分析处理系统(2)包括一个PROM模块PROM(2‑1)、一个SRAM模块SRAM(2‑2)、一个FPGA(2‑3),PROM(2‑1)、SRAM(2‑2)与FPGA(2‑3)相互连接,FPGA(2‑3)的信息输入端与系统通信总线(6)相连,FPGA(2‑3)的信息输出端亦与系统通信总线(6)相连,FPGA(2‑3)的心跳信号输出端与C8051单片机(4‑3)的WDG相连接,FPGA(2‑3)的INT与PROG输入端与C8051单片机(4‑3)相连接,FPGA(2‑3)的卫星信息健康输出与健康管理规则库(3‑1)输入和在轨卫星健康评估预测(3‑2)输入相连;所述在轨卫星健康数据评估管理系统(3)包括健康管理规则库(3‑1)和在轨卫星健康评估预测(3‑2)两部分,在轨卫星健康评估预测(3‑2)一端与FPGA(2‑3)的一个输入端相连、另一端与C805单片机(4‑3)相连,健康管理规则库(3‑1)输出端与在轨卫星健康评估预测(3‑2)输入端相连;所述系统容错控制系统(4)包括一片C8051单片机(4‑3),C8051单片机(4‑3)的几个输出端口分别与PROM1(8‑1)和PROM2(8‑2)的CE1、RST1和CE2、RST2相连;所述卫星健康数据输出系统(5)包含向下位机发送命令(5‑1)、外部信息输出(5‑2)、各个分系统参数修正(5‑3)以及卫星健康状况预测输出(5‑4),向下位机发送命令(5‑1)输入与总线通信(6)相连,向下位机发送命令(5‑1)输出与外部信息(5‑2)输入相连,外部信息(5‑2)输出与各个分系统参数修正(5‑3)输入以及卫星健康状况预测输出(5‑4)输入相连;备份型NOR闪存(7)与FPGA的一个通用端口相连接;PROM模块(8)包括两片PROM,PROM1(8‑1)和PROM2(8‑2)的数据输出端DATA1和DATA2与FPGA(2‑3)相连。...

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的小卫星在轨健康综合管理终端,包括在轨卫星的监控信息采集系统(1)、基于FPGA的卫星数据分析处理系统(2)、在轨卫星健康数据评估管理系统(3)、系统容错控制系统(4)、卫星健康数据输出系统(5)、系统通信总线(6)、备份型NOR闪存(7)以及PROM模块(8);所述在轨卫星的监控信息采集系统(1)包括卫星热控分系统的信息输入(1-1)、卫星推进分系统的信息输入(1-2)、卫星射频跟踪系统信息输入(1-3)、卫星能源分系统的信息输入(1-4)、卫星姿态信息的信息输入(1-5)以及各个分系统信息采集部分(1-6),各个分系统信息输入与各个分系统信息采集部分(1-6)相连,各个分系统信息采集部分(1-6)与系统通信总线(6)相连;所述基于FPGA的卫星数据分析处理系统(2)包括一个PROM模块PROM(2-1)、一个SRAM模块SRAM(2-2)、一个FPGA(2-3),PROM(2-1)、SRAM(2-2)与FPGA(2-3)相互连接,FPGA(2-3)的信息输入端与系统通信总线(6)相连,FPGA(2-3)的信息输出端亦与系统通信总线(6)相连,FPGA(2-3)的心跳信号输出端与C8051单片机(4-3)的WDG相连接,FPGA(2-3)的INT与PROG输入端与C8051单片机(4-3)相连接,FPGA(2-3)的卫星信息健康输出与健康管理规则库(3-1)输入和在轨卫星健康评估预测(3-2)输入相连;所述在轨卫星健康数据评估管理系统(3)包括健康管理规则库(3-1)和在轨卫星健康评估预测(3-2)两部分,在轨卫星健康评估预测(3-2)一端与FPGA(2-3)的一个输入端相连、另一端与C805单片机(4-3)相连,健康管理规则库(3-1)输出端与在轨卫星健康评估预测(3-2)输入端相连;所述系统容错控制系统(4)包括一片C8051单片机(4-3),C8051单片机(4-3)的几个输出端口分别与PROM1(8-1)和PROM2(8-2)的CE1、RST1和CE2、RST2相连;所述卫星健康数据输出系统(5)包含向下位机发送命令(5-1)、外部信息输出(5-2)、各个分系统参数修正(5-3)以及卫星健康状况预测输出(5-4),向下位机发送命令(5-1)输入与总线通信(6)相连,向下位机发送命令(5-1)输出与外部信息(5-2)输入相连,外部信息(5-2)输出与...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘源吴生龙程建华赵琳周俊峰丁继成李慧李亮
申请(专利权)人:哈尔滨工程大学
类型:发明
国别省市:黑龙江,23

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