一种新型的高集成式卫星平台系统技术方案

本发明专利技术涉及一种新型的高集成式卫星平台系统，至少包括供电组件和与所述供电组件连接且控制逻辑运算单元加载存储单元内的配置文件进行重构以对抗单粒子翻转效应的控制单元，所述供电组件配置为单独为控制单元供电以及通过由彼此PN结方向不同的第一三极管和第二三极管构成的反馈回路为所述逻辑运算单元和所述存储单元供电，其中，所述反馈回路在其第一三极管连接所述供电组件侧与其第二三极管连接所述逻辑运算单元、存储单元侧之间并联有用于防止电压突变的电容。

【技术实现步骤摘要】
一种新型的高集成式卫星平台系统
本专利技术涉及卫星架构
，尤其涉及一种新型的高集成式卫星平台系统。
技术介绍
传统的卫星平台的计算机波控和系统定时控制采用分布式设计，一般由定控器、波控器、数管计算机等单机组成。随着卫星有效载荷任务功能的增加，各单机间通信连接复杂、实时性要求较高，需要专用的高速总线连接。此外，对以上功能单元的供电配置、指令控制也导致了部分资源的浪费，使得整个系统的体积和重量过高，不仅资源利用率低，而且能耗浪费严重，甚至影响功能单元之间数据连接的稳定性，对卫星平台整体系统的性能和可靠性造成了一定程度的影响。例如，公开号为CN107967237A的中国专利文献公开了一种集成化星载SAR载荷的计算机，包括：主控模块、遥控遥测模块、接口扩展莫夸、电源模块和背板，所述主控模块、遥控遥测模块、接口扩展模块、电源模块分别插接于所述背板上；所述主控模块用于数据处理、定时控制和波束控制；所述遥控遥测模块用于接收卫星平台指令，解析分发，并采集载荷各单机模拟量和数字量遥测数据；所述接口扩展模块包括通讯管理、接口扩展，与SAR载荷各单元之间的接口控制和协议实现；所述电源模块用于接收卫星平台的电源，并供电给所述主控模块、遥控遥测模块和接口扩展模块；所述背板用于为所述主控模块、遥控遥测模块、接口扩展模块和电源模块提供供电和信号的连接。该专利由于将SAR载荷工作时序控制、波束控制、接口控制、载荷系统各单机的遥控遥测等功能集成化、一体化设计，使得SAR系统集成度和可靠性提升，重量、体积和功耗下降，减少了SAR载荷系统各机器之间的数据传输，提高了SAR载荷系统的可靠性。但是该专利没有考虑到空间粒子辐射对卫星中集成芯片的影响，即空间粒子对卫星上半导体器件的损伤会导致逻辑功能紊乱、计算逻辑翻转甚至损坏。尽管现有技术中一般采用抗辐射的FPGA、相应的存储器以及屏蔽技术，但也只能部分减少空间辐射带来的干扰，卫星长时间运行后会沉积大量空间辐射能量，更容易引起单粒子效应。而且故障点多发生于处理器和存储器，尤其是卫星高度集成将大部分功能算法和数据集中处理，更需要避免或大幅度降低空间辐射对半导体器件带来的损伤。在硬件上采用冗余设计的方式能够部分延长处理器和存储器的使用寿命。例如，公开号为CN110555237A的中国专利文献公开了一种FPGA在轨动态可重构方法。该方法通过硬件三模冗余、软件三模比对，提高星载信号处理FPGA配置的可靠性。但是这种校验方式的前提是每个处理器和存储器至少需要两个备份来进行三模比对才能实现校验，在处理的数据量较大的情况下，不仅会耗费大量的计算资源来进行校验，而且校验速度较慢，更重要的是在三个硬件都出现损伤的情况下，采用三模比对校验的方式会导致可靠性大幅度下降。此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于专利技术人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。
技术实现思路
单粒子闩锁被触发时，如果星上电源满足单粒子闩锁触发条件，即电源能够提供的电流大于或等于闩锁维持的维持电流，那么电源将会无止境的给电路提供电流，形成异常大电流，从而导致器件损坏，所以必须迅速关断输入端电源。现有技术提高抗单粒子闩锁的方法可以是通过空间信息处理系统的抗单粒子闩锁保护网络来有效地检测单粒子闩锁效应并及时进行断电保护，但是该方案在断电后无法自动重新上电，且无过流保护措施。针对现有技术之不足，本专利技术提供一种新型的高集成式卫星平台系统，至少包括供电组件以及重构组件。所述供电组件用于为重构组件供电。所述重构组件至少包括执行卫星平台载荷内算法的逻辑运算单元、至少一个用于存储地面发送的信息和存储加载至所述逻辑运算单元以重构卫星平台载荷功能的配置文件的存储单元以及与所述供电组件连接且控制所述逻辑运算单元加载处于安全状态下的所述存储单元内的配置文件进行重构以对抗单粒子翻转效应的控制单元。所述供电组件配置为单独为控制单元供电。所述供电组件配置为通过由彼此PN结方向不同的第一三极管和第二三极管以及至少一个负载电阻构成的反馈回路分别为所述逻辑运算单元和至少一个所述存储单元供电。所述反馈回路在其第一三极管连接所述供电组件侧与其第二三极管连接所述逻辑运算单元和存储单元侧之间并联有用于防止电压突变导致所述第一三极管以及第二三极管同时导通的电容。所述反馈回路在其第一三极管的基级与其第二三极管的发射级之间并联至少一个用于在所述反馈回路内的电流超过第一阈值情况下使得所述第二三极管截止的第一二极管。本专利技术通过在彼此PN结方向不同的第一三极管和第二三极管以及至少一个负载电阻构成的正反馈供电回路中设置能够防止电压突变的电容，在逻辑运算单元和存储单元中的单粒子闩锁效应发生导致反馈回路中电流迅速增大的情况下，能够使得第一三极管随第二三极管的集电极电压同时下降，从而第一三极管和第二三极管均处于截止状态，供电组件中断向逻辑运算单元和存储单元的供电，并在供电组件断开供电之后通过负载电阻给电容充电，电容充电之后供电，使得第一三极管基级的电压超过0.7V进而重新导通，而在第一三极管导通之后第二三极管也重新导通，即在供电组件断开供电之后能够在电容充电之后自动重新上电。而且，该反馈回路中第一三极管的基级与第二三极管的发射级之间并联至少一个第一二极管，因此在回路中电流较大的情况下，该二极管导通，并使得第二三极管的电压不变，因此第二三极管发射级和基级之间的电压小于导通电压，从而第二三极管处于截止状态，反馈回路与逻辑运算单元和存储单元之间断开，实现过流保护。单粒子效应是指单个的高能质子或重离子导致的微电子器件状态的改变，从而使卫星发生异常或故障的事件。单粒子效应主要包括粒子翻转、单粒子闩锁、单粒子栅击穿、单粒子烧毁、单粒子功能中断、单粒子瞬态脉冲、单粒子多错位、单粒子导致暗电流等。单粒子翻转和单粒子闩锁是最为常见和发生频率最高的两类单粒子效应。目前针对单粒子翻转的防护方法是采用硬件三模冗余结构和纠错编码和纠错电路的方法，三模冗余结构纠错速度快，但是需要三倍的硬件备份，导致质量、面积和功耗都会增加，特别是当三模选举电路本身出现故障的情况下会产生错误的表决结果，导致整个系统的错误。而对于纠错编码和纠错电路的方法尽管能够有效地将单粒子翻转错误检出并纠正，但是其代价是硬件资源的冗余以及处理的延时。所述反馈回路在其第二三极管与所述逻辑运算单元和/或所述控制单元的连接节点处与所述控制单元连接以向所述控制单元反馈所述逻辑运算单元和/或所述存储单元因单粒子效应产生的瞬时电流，从而使得所述控制单元能够在所述瞬时电流处于触发区间的情况下扫描所述逻辑运算单元和/或存储单元内反相器状态。所述控制单元配置为在所述反馈回路内的电流在第一持续时间内超过第一阈值的情况下控制所述供电组件断开与所述反馈回路的连接。进一步地，单粒子翻转效应相对于单粒子闩锁产生的瞬时电流非常小，单粒子翻转效应产生的瞬时电流很容易被识别，因此在反馈回路中第二三极管的集电极与逻辑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型的高集成式卫星平台系统，至少包括供电组件（100）和与所述供电组件（100）连接且控制逻辑运算单元（201）加载存储单元（202）内的配置文件进行重构以对抗单粒子翻转效应的控制单元（203），/n其特征在于，/n所述供电组件（100）配置为单独为控制单元（203）供电，/n所述供电组件（100）通过由彼此PN结方向不同的第一三极管（301）和第二三极管（302）构成的反馈回路为所述逻辑运算单元（201）和所述存储单元（202）供电，其中，/n所述反馈回路在其第一三极管（301）连接所述供电组件（100）侧与其第二三极管（302）连接所述逻辑运算单元（201）、存储单元（202）侧之间并联有用于防止电压突变的电容（303）。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型的高集成式卫星平台系统，至少包括供电组件（100）和与所述供电组件（100）连接且控制逻辑运算单元（201）加载存储单元（202）内的配置文件进行重构以对抗单粒子翻转效应的控制单元（203），
其特征在于，
所述供电组件（100）配置为单独为控制单元（203）供电，
所述供电组件（100）通过由彼此PN结方向不同的第一三极管（301）和第二三极管（302）构成的反馈回路为所述逻辑运算单元（201）和所述存储单元（202）供电，其中，
所述反馈回路在其第一三极管（301）连接所述供电组件（100）侧与其第二三极管（302）连接所述逻辑运算单元（201）、存储单元（202）侧之间并联有用于防止电压突变的电容（303）。


2.一种新型的高集成式卫星平台系统，至少包括供电组件（100）和与所述供电组件（100）连接且控制逻辑运算单元（201）加载存储单元（202）内的配置文件进行重构以对抗单粒子翻转效应的控制单元（203），
其特征在于，
所述供电组件（100）通过由彼此PN结方向不同的第一三极管（301）和第二三极管（302）构成的反馈回路为所述逻辑运算单元（201）和所述存储单元（202）供电，其中，
所述反馈回路配置为向所述控制单元（203）反馈瞬时电流，使得所述控制单元（203）能够在所述瞬时电流处于触发区间的情况下扫描所述逻辑运算单元（201）和/或存储单元（202）内反相器的状态。


3.根据权利要求1或2所述的卫星平台系统，其特征在于，在所述第一三极管（301）的基级与所述第二三极管（302）的发射级之间并联至少一个用于在所述反馈回路内的电流超过第一阈值情况下使得所述第二三极管（302）截止的第一二极管（304）。


4.根据权利要求3所述的卫星平台系统，其特征在于，在所述第一三极管（301）和第二三极管（302）处于导通状态且所述控制单元（203）接收的瞬时电流处于触发区间的情况下，所述控制单元（203）配置为扫描所述逻辑运算单元（201）和/或存储单元（202）内第一反相器或第二反相器的截止管漏级电位变化的区域，并在第二持续时间后检测与该截止管连接的导通管的电位。


5.根据权利要求4所述的卫星平台系统，其特征在于，在所述导通管的电位...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑晓茹，杨峰，任维佳，
申请(专利权)人：长沙天仪空间科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43