采用ＦＰＧＡ技术的星载微波辐射计数据处理及扫描控制系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种采用ＦＰＧＡ技术的星载微波辐射计数据处理及扫描控制系统。该系统包括：ＦＰＧＡ芯片、通讯芯片、电平转换电路、数据采集板接口以及天线驱动接口插槽，通过ＦＰＧＡ芯片与通讯芯片、电平转换电路和数据采集板配合来实现星载微波辐射计的系统控制，完成包括数据采集、遥测、ＲＡＤ控制、天线控制和总线通讯的微波辐射计的系统功能。本实用新型专利技术的控制系统通过采用ＦＰＧＡ芯片来实现星载微波辐射计的控制电路部分，增加控制电路的集成性，组成的系统体积较小，功耗低，能适用于更高速率要求的数据处理而且可靠性高。并且由于ＦＰＧＡ的可编程性好，只需改动ＦＰＧＡ内部的程序，就可以适用于不同需求的微波辐射计控制系统。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基于FPGA软核处理器技术的终端系统控制装置，尤其涉及 一种采用FPGA技术的星载微波辐射计数据处理及扫描控制系统。
技术介绍
国内在以往的星载微波遥感器的设计中，数字处理部分的设计主要分为总线通讯 模块和测控模块两大模块，而两个模块由两个独立的80C31芯片和分立的数字电路芯片构 成。例如，图13是现有的星载微波辐射计的控制系统的结构图。如图13所示，该控制系统 由三块电路板和母板相连接来实现微波辐射计的系统控制功能。这三个电路板分别是天 线驱动接口电路板、辐射计测控电路板和总线通讯电路板，该天线驱动接口电路板包括一 个CPLD芯片和LVDS接收发送等芯片，由CPLD芯片实现串并变换和并串变换，天线控制信 号的译码等功能，LVDS接收发送芯片实现跟天线的信号连接；该辐射计测控电路板由一个 80C31微处理器芯片、一个SRAM、一个PR0M和一些38译码器芯片、逻辑与门芯片、逻辑非门 芯片及逻辑或门芯片等组成，实现辐射计的测量和控制等功能；该总线通讯电路板由一个 80C31微处理器芯片、一个SRAM、一个PR0M、两个FIFO芯片、通讯芯片和一些38译码器芯 片、逻辑与门芯片、逻辑非门芯片及逻辑或门芯片等组成，实现辐射计控制系统与卫星总线 控制器的通讯功能。这三个电路板需要通过母板的接口连接其数据总线、地址总线和控制 线等，结构冗余复杂。体积大，而且功耗较高，连接复杂，可靠性不易控制。80C31的速度也 有限，不适用于数据传输速率要求较高的系统。可移植性好是软IP核的一大优点，而MC8051软核处理器将此优点进一步发扬。由 以其为第三方设计、纯VHDL描述、不涉及任何厂商的专用IP，故可以例化到各不同厂商的 不同系列FPGA中。传统的80C31芯片执行一条指令的时间是2微秒，而MC8051软核处理 器执行一条指令只需要83纳秒的时间，如果时钟频率高的话还可以更快。所以软核处理器 能够适应更高的采集速率，处理数据的速度也更快。跟硬核处理器相比，软核处理器只由硬 件编程语言的程序组成，跟芯片的工艺无关，可以移植到任何工艺的芯片里，而且接口由用 户按需求自己定义，硬核处理器的通用接口则太多，增加了系统的功耗。所以软核处理器的 可移植性和功耗方面都优于硬核处理器，越来越多地被应用于各种控制系统中。当今航天遥感仪器的设计越来越趋于高功能密度及小型化。作为空间遥感平台， 航天器自身具有其特殊性及局限性，因而小型化的优点是显而易见的。体积小、重量轻的遥 感器可以降低航天器发射的难度，所以星载设备的轻小型化是非常重要的一个课题。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种采用FPGA技术的星载微波辐射计数据处理及扫 描控制系统。本技术采用FPGA芯片来实现星载微波辐射计的控制电路部分，增加控制 电路的集成性，组成的系统体积较小，功耗低，能适用于更高速率要求的数据处理而且可靠性高。解决了传统控制系统体积大，功耗高，可靠性低的缺陷，达到小型化的目的。该系统 实现后比传统的方案节省了 1/2的电路面积，同时使星载微波辐射计的数控单元的体积和 重量都减小了一半。而且由于FPGA的可编程性好，只需改动FPGA内部的程序，就可以适用 于不同需求的微波辐射计控制系统。为实现上述目的，本技术的采用FPGA技术的星载微波辐射计数据处理及扫 描控制系统，包括通讯芯片、电平转换电路、数据采集板接口以及天线驱动接口插槽，其特 征在于，还包括FPGA芯片，通过该FPGA芯片与所述通讯芯片、电平转换电路和数据采集板 配合来实现星载微波辐射计的系统控制，完成包括数据采集、遥测、RAD控制、天线控制和总 线通讯的微波辐射计的系统功能。另外，所述FPGA芯片包括总线通讯模块、数据传输模块、测控软核处理器、 天线驱动接口模块、工作状态控制模块以及数据采集和AGC控制模块(AutomaticGain Control 自动增益控制)，所述总线通讯模块，包括通讯软核处理器和总线通讯接口，用于实现辐射计控制 系统跟地面的通讯功能，解读地面发出的各种指令，将指令传给其他各模块，把测控软核处 理器组织的遥感数据包等数据下传给地面；所述数据传输模块，用于所述通讯软核处理器和测控软核处理器之间的数据包传 输，包括两个先进先出存储器，其中FIF01供测控软核处理器采用循环写入的方式写入数 据源包，以备总线通讯模块读取；总线通讯模块将卫星控制指令和状态信息采用刷新的方 式写入FIF02，以备测控软核处理器读取；所述测控软核处理器，通过数据传输模块接收总线通讯模块传送过来的工作参数 帧，提取卫星总线控制器发送过来的各种指令，协调控制所述天线驱动接口模块、工作状态 控制模块以及数据采集和AGC控制模块的工作；同时提取这三个模块产生的有效数据组织 成为遥感数据包，通过数据传输模块传给总线通讯模块；所述天线驱动接口模块，用于翻译测控软核处理器输出的从数据传输模块的 FIF02读出的工作参数帧中提取的天线控制指令，根据天线控制指令产生相应的天线扫描 驱动控制电路所需的控制信号，并翻译天线部分产生的天线角度和状态信号形成天线角编 码和天线状态信息，供测控软核处理器读取写入遥感数据包；所述工作状态控制模块，用于翻译测控软核处理器输出的从数据传输模块的 FIF02读出的工作参数帧中提取的内部控制指令，译码后产生两个频段共5个通道的接收 机的开关机信号，经CMOS电平转换输出到接收机前端控制接收机的通电和断电；同时实时 更新各接收机的通电断电状态信息，供测控软核处理器读取写入遥感数据包；所述数据采集和AGC控制模块，用于翻译测控软核处理器输出的从数据传输模块 的FIF02读出的工作参数帧中提取的数据采集指令，产生数据采集板DA部分的地址数据和 控制信号，满足数据采集板DA的采集时序，获得采集的微波辐射计五通道对地观测数据、 系统定标的热辐射源温度测量数据、监测仪器内部环境温度变化的仪器环境温度测量数据 和N路AGC信号等数据，供测控软核处理器读取写入遥感数据包；用于翻译测控软核处理器 输出的从数据传输模块的FIF02读出的工作参数帧中提取的AGC注入指令、数据和AGC自 动调整指令，产生的AGC控制信号经过CMOS电平转换和数据采集板的AD/DA部分调节系统 增益，把系统增益控制在适当范围之内。另外，本技术的采用FPGA技术的星载微波辐射计数据处理及扫描控制系统的控制过程如下所述1)当卫星总线控制器通过1553总线发送地面指令到各载荷设备时，指令中包含 有载荷设备编号，各载荷设备识别出自己的编号，把发送给自己编号的指令保存在所述通 讯芯片中，同时忽略掉不是发送给自己编号的指令；2)收到有效的指令后，所述通讯芯片经CMOS电平转换给所述FPGA芯片内的总线 通讯模块中的通讯软核处理器发送一个中断信号；3)所述通讯软核处理器收到中断信号后进入中断处理程序，经CMOS电平转换读 取所述通讯芯片的中断状态寄存器，获取中断类别信息，读取相应的数据和处理相应的指 令，把各指令和数据组成工作参数帧；4)所述通讯软核处理器经所述FPGA芯片内的数据传输模块将工作参数帧传送给 所述FPGA芯片内的测控软核处理器，测控软核处理器再把指令数据进行解码；5)所述测控软核处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用ＦＰＧＡ技术的星载微波辐射计数据处理及扫描控制系统，包括：通讯芯片、电平转换电路、数据采集板接口以及天线驱动接口插槽，其特征在于，还包括ＦＰＧＡ芯片，通过该ＦＰＧＡ芯片与所述通讯芯片、电平转换电路和数据采集板配合来实现星载微波辐射计的系统控制，其中，所述通讯芯片在收到卫星总线控制器通过与其连接的１５５３总线发送来的有效地面指令后，经所述电平转换电路向所述ＦＰＧＡ芯片发送处理信号，所述ＦＰＧＡ芯片接到处理信号并进行处理后再经过所述电平转换电路发送指令到所述数据采集板接口以及天线驱动接口插槽，从而完成包括数据采集、遥测、ＲＡＤ控制、天线控制和总线通讯的微波辐射计的系统功能。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄莹珠，张升伟，李靖，孙茂华，
申请(专利权)人：中国科学院空间科学与应用研究中心，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]