本发明专利技术涉及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、有效载荷子系统、卫星数据总线；星载数据子系统连接到卫星数据总线上；所述有效载荷子系统包括有效载荷管理器与有效载荷，其中的有效载荷管理器也与卫星数据总线连接；有效载荷管理器与有效载荷通过无线网络进行数据传输；所述有效载荷管理器在星载数据子系统的命令下，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，负责所述有效载荷的数据采集、处理、存储、综合传输和数据管理；有效载荷管理器与有效载荷之间通过无线网络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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数据通信领域，特别涉及一种基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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I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I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；其中，所述数据字用于保存所要传输的数据；所述命令字至少包括:终端设备号、接收/发送位、子地址位、消息长度位，其中的子地址位与接收/发送位相结合，用于将子地址进一步分为发送子地址和接收子地址，并将有效载荷22中的数据存储空间进一步分为发送数据区与接收数据区；所述状态字包括WRT地址位、消息错误位、测试位、服务请求位、广播命令接收位、忙位、分系统特征位、动态总线控制位、终端特征位和保留位。上述技术方案中，所述有效载荷管理器21与所述有效载荷22之间还通过有效载荷数据总线24连接。上述技术方案中，所述星载数据子系统I包括星载计算机11、遥测遥控应答机12、发射机13、电源分系统14、姿轨控分系统15、热控分系统16、结构分系统17 ;其中，所述星载计算机11用于负责整个卫星系统的控制和管理；所述遥测遥控应答机12用于向地面发送遥测参数和接收地面发送上来的遥控指令；所述发射机13用于向地面发送包括卫星的有效载荷数据在内的数据；所述电源分系统14用于为整个卫星提供电能；所述姿轨控分系统15用于控制卫星的包括轨道、姿态、速度在内的参数；所述热控分系统16用于控制卫星内、外的热交换过程，采用各种热控措施使星上的仪器设备工作在规定的温度范围内；所述结构分系统17用于安排卫星合理布局、提供各种承力结构、控制某些结构的动作。上述技术方案中，所述有效载荷管理器21在由星载数据子系统1、有效载荷子系统2、卫星数据总线3所组成的网络中作为终端设备，其功能包括:接收卫星的时间同步码，并维护有效载荷子系统2的时间同步码；接收所述星载计算机11发送的指令和数据，分析和处理接收到的指令和数据，按照事先约定将要转发给有效载荷22的指令和数据填入到有效载荷管理器21作为网络控制器或者无线网络控制器时的发送缓冲区；向星载计算机11发送执行结果、工程参数。上述技术方案中，所述有效载荷管理器21在与有效载荷22共同组成的局部有线网络中作为网络控制器，其功能包括:定期地将所述星载计算机11发送的时间同步码广播给有效载荷数据总线24上所连接的有效载荷22 ;将接收到的卫星的指令和数据分发给有效载荷数据总线24上所连接的有效载荷22 ;收集所述有效载荷22的数据、执行结果和工程参数；管理控制有效载荷数据总线24上的其他数据传输；所述有效载荷管理器21在与有效载荷22共同组成的局部无线网络中作为无线网络控制器，其功能包括:采集所述有效载荷22的大数据块；无线总线的维护；管理控制有线总线上的数据传输。上述技术方案中，所述有效载荷管理器21有一个或多个，其个数由卫星中包括有效载荷的数量以及卫星的结构在内的因素决定。上述技术方案中，所述有效载荷管理器21的硬件实现包括:计算机最小系统、卫星总线接口电路、有效载荷总线接口电路、高速无线网络接口及其他的外围电路。上述技术方案中，所述的载荷管理器21通过FPGA实现卫星总线协议、有效载荷总线协议和高速无线网络协议，这些协议IP核在FPGA内部由内部总线连接在一起，采用标准总线接口与计本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于脉冲超宽带的星载高速数据网络系统，其特征在于，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；其中，所述数据字用于保存所要传输的数据；所述命令字至少包括：终端设备号、接收/发送位、子地址位、消息长度位，其中的子地址位与接收/发送位相结合，用于将子地址进一步分为发送子地址和接收子地址，并将有效载荷(22)中的数据存储空间进一步分为发送数据区与接收数据区；所述状态字包括WRT地址位、消息错误位、测试位、服务请求位、广播命令接收位、忙位、分系统特征位、动态总线控制位、终端特征位和保留位。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周莉，安军社，谢义方，熊蔚明，李伟良，张文璋，饶家宁，李宪强，解彦，谭雨茵，
申请(专利权)人：中国科学院空间科学与应用研究中心，
类型：发明
国别省市：北京;11
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