CN102542750A - 低轨光学成像卫星的数据传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及卫星数据传输，公开了一种低轨光学成像卫星的数据传输系统。包括数传综合处理器接收卫星载荷图像数据和辅助数据，并完成图像数据压缩、数据存取、格式化、RS编码、加扰/加密功能，输出连续的数传帧格式数据；数传发射机子系统接收综合处理器输出的连续的数传帧格式数据，并对上述数据进行串并差分、卷积编码、DQPSK调制、功率放大处理；数传天线驱动子系统进行对地赋形传输。本发明解决了现有的卫星数据传输系统不能在低轨大姿态侧摆宽幅光学成像卫星上应用的不足，降低了重量和功耗，提高了数传系统的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及卫星数据传输，特别涉及一种低轨光学成像卫星的数据传输系统。
背景技术
卫星数据传输系统是卫星最重要的分系统之一，其主要功能是将有效载荷探测仪器获取的数据(或其它需要对地传输的数据)进行格式化、存储、加密、纠错编码等基带处理，经合适的方式调制、功率放大，通过数传天线对地传输。如今卫星有效载荷无论在理论、技术还是应用方面都得到飞速发展，特别是随着新型传感器不断涌现，宽幅可见光成像、微波遥感、高光谱遥感技术日趋成熟，随着有效载荷空间分辨率、时间分辨率以及光谱分辨率的普遍提高，产生了极高的原始数据码速率，对数据传输系统提出了更高的要求。
低轨大姿态侧摆宽幅光学成像卫星具有成像范围广、滚动/俯仰方向姿态机动角度大等特点，可在一天内重访全球范围内的任意目标，因而得到越来越广泛的应用。对低轨大姿态侧摆宽幅光学成像卫星而言，其有效载荷宽幅可见光相机输出数据速率远超现有星地之间直接数据传输的能力；另一方面，由于要求卫星能够在大姿态侧摆成像的同时也能对地传输数据，传统的数传天线设计方案也不能满足该使用要求。
现有卫星数据传输系统基带信号处理功能一般由多台单机完成，如数传终端机(完成格式处理、多路复用、RS编码等功能)、数传固存(完成数据存取功能)、数传加密机(完成数据加扰/加密功能)以及数传压缩机(完成载荷数据压缩功能)，这么多台单机在整星重量、功耗方面都是不小的开销，因此提出了系统集成的要求。
如何设计一个高集成度的数据传输系统来满足低轨大姿态侧摆宽幅光学成像卫星的使用要求，目前未发现公开发表的类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
为了解决现有数据传输系统不能适应低轨大姿态侧摆宽幅光学成像卫星对数据传输系统的要求的问题，本发明的目的在于提供一种低轨光学成像卫星的数据传输系统。本发明适用于低轨大姿态侧摆宽幅光学成像卫星的高集成度数据传输，用来解决宽幅光学相机高速图像数据的传输问题以及卫星侧摆条件下的数据传输问题，提高系统集成度，降低整星重量与能源消耗。
为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种低轨光学成像卫星的数据传输系统，该装置包括：
数传综合处理器：由压缩模块、固存控制模块和控制处理模块、加扰加密模块、电源模块组成，用于接收卫星载荷图像数据和辅助数据，并完成图像数据压缩、数据存取、格式化、RS编码、加扰/加密功能，输出连续的数传帧格式数据，通过LVDS传输电缆传送到数传发射机子系统；
数传发射机子系统：由前级QPSK调制和功放级行波管组成，用于接收综合处理器输出的连续的数传帧格式数据，并对上述数据进行串并差分、卷积编码、DQPSK调制、功率放大处理；
数传天线驱动子系统：包括数传天线、一维驱动机构和驱动机构控制器，数传天线接收数传发射机子系统输出的射频信号，并进行对地赋形传输；数传天线的驱动机构控制器接收地面注入的指令，控制一维驱动机构驱动数传天线至指定位置，传输完成后，驱动数传天线回归零位。
本发明低轨光学成像卫星的数据传输系统采取上述高集成度数据传输系统方案，经过地面各项试验测试以及卫星发射试验、在轨运行的考核，证明方案有效、稳定可靠。本发明解决了现有的卫星数据传输系统不能在低轨大姿态侧摆宽幅光学成像卫星上应用的不足，同时采用了模块集成技术，降低了数据传输系统在整个卫星中所占的重量和功耗的开销，提高了数传系统的稳定性。本发明所公开的卫星数据传输系统的技术方案对各种型号卫星以及其他航天器的数据传输系统设计具有一定的借鉴作用。
附图说明
图1为本发明一种低轨光学成像卫星的数据传输系统框图；
图2为本发明低轨光学成像卫星的数据传输系统的信息流图。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的优选实施例。
为解决现有数据传输系统不能适应宽幅光学相机高速图像数据的传输以及卫星侧摆条件下的数据传输要求，本发明提供一种低轨光学成像卫星的数据传输系统，该系统为适应性很强的高集成数据传输的技术方案。
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步详细描述：
图1为本发明一种低轨光学成像卫星的数据传输系统框图，图中标记为：①为数传综合处理器压缩模块；②为数传综合处理器固存控制模块；③为数传综合处理器A；④为LVDS传输电缆；⑤数传发射机子系统A；⑥为数传天线A；⑦为数传天线驱动子系统。图中图例为：
现将该系统各模块的功能描述如下：
卫星上各个相机输出的图像数据和辅助数据分别输入数传综合处理器，现以图1中A路图像数据为例进行描述，该系统包括：
数传综合处理器3：由压缩模块1、固存控制模块2和控制处理、加扰加密、电源模块组成，用于接收卫星载荷图像数据和辅助数据，并完成图像数据压缩、数据存取、格式化、RS编码、加扰/加密功能，输出连续的数传帧格式数据，通过LVDS传输电缆4传送到数传发射机子系统5；
数传发射机子系统5：由前级(QPSK调制)和功放级行波管组成，用于接收综合处理器输出的连续的数传帧格式数据，并对上述数据进行串并差分、卷积编码、DQPSK调制、功率放大处理；
数传天线驱动子系统7：包括数传天线、一维驱动机构和驱动机构控制器，数传天线6接收数传发射机子系统5输出的射频信号，并进行对地赋形传输；数传天线的驱动机构控制器接收地面注入的指令，控制一维驱动机构驱动数传天线6至指定位置，传输完成后，驱动数传天线回归零位。
上述数传综合处理器压缩模块1采用基于JPEG2000静止图像压缩标准的多比率、高保真图像数据压缩技术，采用ADV202专用芯片来实现图像数据的压缩。
上述数传综合处理器固存控制模块2采用数据顺序写、随机读方案实现数据存取按文件操作方式执行，存储介质采用SDRAM阵列。
上述数传综合处理器3采用多功能模块集成组成单机，该单机由压缩板、固存控制板、控制处理板、加扰加密板、电源板组成，实现了多种功能的集成化。
上述数传综合处理器压缩模块1与宽幅相机之间、数传综合处理器与数传发射机之间采用高速LVDS传输电缆4进行数据传输，并采用UT54LVDS031LV与UT54LVDS032LV专用芯片以及双绞传输线实现高速数据可靠传输。
上述数传天线驱动子系统7采用了对地赋形天线的一维驱动机构，采用步进电机驱动天线转动，采用霍尔传感器定位天线位置。
下面对本发明的动作过程进行描述。
图2为本发明低轨光学成像卫星的数据传输系统的信息流图，下面结合图2进一步对本发明的信息流程进行概括性描述，本发明系统总的流程可分为以下四个部分：
1：各通道相机数据通过LVDS接口输入至数传综合处理器压缩模块，压缩模块对各通道相机数据进行预处理后将图像数据与图像辅助数据分开进入FIFO，图像数据与图像辅助数据分别完成压缩及复用后重新组合成压缩包输出；
2：实时数流调度模块调度压缩模块输出的图像压缩包数据、公共辅助数据以及填充数据形成连续的数据进入CCSDS格式化模块；存储数流调度模块调度固存中存储的图像压缩包数据、公共辅助数据以及填充数据形成连续的数据进入CCSDS格式化模块；
3：CCSDS格式化后的数据经RS编码、加扰/加密后输出，进入发射机后进行串并差分、卷积编码、QPSK中频调制、上变频后输入至数传天线进行对地传输；
4：数传天线驱动机构控制器接收数管计算机指令控制驱动机构驱动数传天线至所需角度，同时将遥测数据返回数管计算机。
本发明通过地面各项试验测试以及卫星发射试验、在轨运行的考核，证明本发明低轨光学成像卫星的数据传输系统稳定可靠有效，对各种型号卫星以及其他航天器的数据传输系统设计具有一定的借鉴作用。
Claims (6)
1.一种低轨光学成像卫星的数据传输系统，其特征在于，该装置包括：
数传综合处理器：由压缩模块、固存控制模块和控制处理模块、加扰加密模块、电源模块组成，用于接收卫星载荷图像数据和辅助数据，并完成图像数据压缩、数据存取、格式化、RS编码、加扰/加密功能，输出连续的数传帧格式数据，通过LVDS传输电缆传送到数传发射机子系统；
数传发射机子系统：由前级QPSK调制和功放级行波管组成，用于接收综合处理器输出的连续的数传帧格式数据，并对上述数据进行串并差分、卷积编码、DQPSK调制、功率放大处理；
数传天线驱动子系统：包括数传天线、一维驱动机构和驱动机构控制器，数传天线接收数传发射机子系统输出的射频信号，并进行对地赋形传输；数传天线的驱动机构控制器接收地面注入的指令，控制一维驱动机构驱动数传天线至指定位置，传输完成后，驱动数传天线回归零位。
2.如权利要求1所述的卫星的数据传输系统，其特征在于：所述的数传综合处理器压缩模块采用基于JPEG2000静止图像压缩标准压缩图像数据。
3.如权利要求1所述的卫星的数据传输系统，其特征在于：所述的数传综合处理器固存控制模块采用数据顺序写、随机读方案实现数据存取按文件操作方式执行，存储介质采用SDRAM阵列。
4.如权利要求1所述的卫星的数据传输系统，其特征在于：所述的数传综合处理器采用多功能模块组成单机，该单机包括压缩板、固存控制板、控制处理板、加扰加密板和电源板。
5.如权利要求1所述的卫星的数据传输系统，其特征在于：所述的数传综合处理器压缩模块与宽幅相机之间、数传综合处理器与数传发射机之间采用高速LVDS传输电缆接口进行数据传输。
6.如权利要求1所述的卫星的数据传输系统，其特征在于：所述的数传天线驱动子系统采用对地赋形天线的一维驱动机构，采用步进电机驱动天线转动，采用霍尔传感器定位天线位置。
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