卫星内控制系统无线传输设备研究

admin

近几年来，无线通信设备己经成为人类生活中重要的组成部分，尤其是当代信息化社会的发展中，通信手段发达，无线通信设备的技术发展成为目前最能适应社会发展的重点。无线通信技术应用在卫星系统中已经有一段时间了，但很少存在卫星内信息传输的无线技术，卫星内部的无线网络技术应用，可以有效降低星内结构复杂度，减轻卫星重量，提高卫星的安全性和稳定性。
　　一、卫星内控制系统无线传输设备研究概述
　　卫星通信是國家信息通信网络的主要来源，它的发展和科技研究对国防、经济等方面都有巨大的价值。早在近50年前，我国成功发射了第一颗“东方红”一号卫星，现如今，在我国致力于航空技术的研究，成功发射了60多颗人造卫星，并在国际航空事业中取得了巨大的进步和地位的提升。在过去的研究工作中，为现阶段的中国航天科技的研究打下了良好的基础。
　　1.卫星内控制系统无线传输设备应用的重要意义
　　（1）简化开发
　　在对卫星的通信结果设计上，无线通信技术的使用可以有效的减少设计的时间，相对于有线通信可以明显的降低开发成本，其传感器的设置在无线网络中也更加灵活，减少通信系统占整体架构的比例。
　　（2）简化了卫星AJT阶段的工作
　　卫星内部应用无线传输设备可以大大减少装配、总装及试验的实践和流程，节省资源成本，避免浪费。在最大程度上减少了有线电缆的使用，简化卫星各部件间集成，同时也避免了走线、布局存在的安全隐患出现的可能性。
　　（3）减轻卫星重量
　　卫星内部采用无线技术，有效降低甚至避免了有线电缆的使用，减轻了卫星的整体重量。随着控制器和传感器技术不断朝着微型化发展，在卫星电源和数据传输器规格的要求范围内，传感器节点能够达到较小规格。
　　（4）可视化程度更高
　　传统的有线传输设备在卫星上想要时事的监控数据，还需要额外的监控设备，严重影响了卫星的快速集成，无形之中增加了卫星的重量和复杂程度。无线传输设备的接口不需要物理连接，更容易监控数据的传输过程。无线网络中包含特定模块与星外测试节点进行数据交互，输入和输出数据流可视，同时能够实现对其监控和测试。
　　（5）容易改进和更新
　　在卫星的设计过程中，由于某种不可原预见的因素，卫星有线传输设备系统中某些部件需要进行更新。在有线连接方式下，其布局复杂，且实施难度大，实现改进和更新十分困难。而无线传输技术的发明，使更新变得简单容易。
　　2.卫星内控制系统无线传输设备研究现状
　　在19年代初期，无线通信已经成为人们生活和科技探索的重要通信手段。国际空间数据系统咨询委员会成立于1982年，主要研究方向是空间飞行器的通信和数据系统标准。2008年前后，荷兰的卫星专家在小卫星上进行了商用蓝牙和ZigBee技术作为星内无线网络通信协议的研究。十年前，英国某著名大学针对SpaceWire和mEE802.ll相结合的协议在分布式卫星系统中的星间通信进行了研究。我国哈尔滨工业大学在七年前，与中国运载火箭技术研究院联合进行了卫星内无线射频总线设计研究系统采用主从的工作方式，其他节点在自身的时隙内应答，从而完成系统的通信工作。总而言之，自进入21世纪以来，随着科技和信息化社会的发展和完善，世界的航空卫星事业都取得了巨大的进步。
　　二、卫星内无线控制系统技术要求
　　1.卫星无线控制系统组网标准
　　根据卫星中互联网的运用和无线传输控制设备系统的功能，核心控制设备需要与多个姿态敏感器、姿态控制执行设各等交互通信。所以，在选择无线通信技术类型上，要满足一对多通信的要求，且需具备分开组网能力的无线通信技术。在系统的工作过程中，保证各组网间的独立性，做到互不干扰，是卫星无线控制系统组网的基本标准。
　　2.无线传输设备技术要求
　　传统的控制设备信号种类和数量繁多，在进行信号传输速率分析的过程中耗时长、效率低，还容易出现误差。一般情况下的卫星中心控制设备总共包含7路模拟量采集，7对RS422采集，5对RS422生成，4路脉冲数字量生成，4路数字电平量生成，4路通断，8路脉冲数字量采集，2路电平数字量采集。在模拟量信号中，以2kHz的釆样速率16位的转换精度来进行，因此7路模拟量数据传输速率为：7X2kHzX16bit=224kbps，12路RS422信号数据传输速率为：12x1152kbps=Vi%2Akbps，12路脉冲数字量信号传输速率为：12XlldizX1＼bit-264kbps，以此类推。除此之外，其设备的接口电路板的信号要进行绝对的隔离，阻抗匹配也要达到设计要求，才能保证正常通信的进行。
　　三、控制系统无线技术方案选型
　　1.主流短距离无线通信技术
　　根据通信距离的长短将现有的无线控制传输技术进行分类，分析如下：
　　2001年ZigBee被正式的呈现在公众眼前，ZigBee的传输速率低，发射功率也较低，其节能效果远远超过传统的传输设备。因ZigBee对通信控制器的要求低，其设备成本也相对较低。ZigBee的响应速度非常快，从休眠状态到工作状态只需要15ms，其容量大且网络组成灵活，同时ZigBee在数据传输时，能够有效避免工作中出现的碰撞现象，进而保证了信息传输的安全性、稳定性及可靠性。
　　2.蓝牙技术的应用
　　蓝牙技术规范不仅定义了各功能元素的工作方式，还规范的描述了实现特定应用模型各层协议间的协同机制。其主要特点是支持语音传输，并同时连接多种设备，无实体，抗干扰，并且不工作时处于休眠状态，耗能少，成本低，相对于传统的通信方式来说大大提高了通信的稳定性和安全性。
　　3.超宽带技术
　　超宽带技术是一种无载波通信技术，其抗干扰能力强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小，曾经在室内通信、高速无线LAN、家庭网络、无绳电话、安全检测等领域被广泛应用。但是，由于其技术路线的设计思路的不同和与官方无线频谱不一致的原因，在无线传输的市场中被先进的科技所替代。
　　4.IEEE802.11b、IEEE802.1Ig与IEEE802.1In
　　IEEE802.11协议组是无线局域网络的最原始的协议标准，是建于IEEE802.11协议标准之上的延伸和扩展。IEEE802.11工作组的执行标准远高于lEffi802.1Ig的标准，其传输数据的速率提高到20Mbps以上，最大可达54Mbps。IEEE802.11将无线信道转变成众多的正交子信道，并转换成并行的低速子数据流，提高了数据的传输速率。有效的将多径效应变为有利因素，在不增加带宽和发送功率的情况下，可以成倍提高信道容量，是现阶段无线技术发展的重要研究对象。
　　参考文献
　　[1] 张伟佳.卫星内控制系统无线传输设备研究与开发[D].北京邮电大学，2015.
　　[2] 周强.机车信号无线传输系统区间设备主控单元的研究[D].西南交通大学，2010.
　　[3] 时志云.近距离高速无线数据传输系统研究[D].中北大学，2008.