基于ARM的小卫星塔架测试系统的研究

论文摘要

随着卫星技术的不断发展,卫星被广泛的应用于电信、气象、资源普查和军事侦察等领域。而小卫星以其小型化、微型化、高密度、软件化和智能化等特点受到越来越多的青睐。小卫星在升空之前,为了保证可靠性必须对其进行测试,这种测试就是卫星的塔架测试。卫星塔架测试是卫星在装入运载火箭发射仓后到火箭发射升空之前的测试,是卫星地面测试的延伸。当前,基于ARM处理器的各类产品层出不穷,但是这些产品在应用ARM时其开发平台主要还是集中在Windows平台上。论文针对南航“天巡者一号”微小卫星,以ARM处理器为核心,构建了一个嵌入式测量系统,旨在运用一种基于Linux平台的ARM嵌入式开发模式。本文设计的塔架测试系统分为前端测控系统和后端监控PC机两个部分,是一种包含上下位机的分布式结构。下位机主要负责对微小卫星模拟信号、数字信号进行采集及对星上关键点进行控制等;上位机则充分利用了面向对象的技术,实现任务的封装和属性的继承扩展,在VC6.0编程环境下,上位机实现与下位机、微小卫星星务系统和地面测控中心的通信,并通过构建本地数据库实现测试信号和测试信息的存储和查询。论文首先讨论了嵌入式硬件的设计,然后分析了在Linux GCC环境下ARM嵌入式软件的开发过程,设计了基于Windows平台的多线程监控软件。在卫星测试中设计了专家系统与自动化测试相结合的故障诊断方法,提高了系统测试南航微小卫星的可靠性和安全性,提升了对微小卫星故障诊断的能力。本文针对南航“天巡者一号”微小卫星设计的塔架测试系统具有自动测试、故障诊断、远程测试、小型化、成本低及开发周期短等特点。最后本文对课题进行了总结和工作展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 小卫星特点与发展现状
• 1.2 塔架测试的研究背景
• 1.3 嵌入式系统的研究背景
• 1.4 课题来源
• 1.5 本论文所做的工作
• 第二章 塔架测试系统的硬件设计
• 2.1 南航微小卫星简介
• 2.2 塔架测试系统前端测控系统的需求分析
• 2.3 前端测控系统总体结构
• 2.4 核心硬件的选择
• 2.5 前端测控系统电路设计与实现
• 2.5.1 模拟量采集模块
• 2.5.2 数字量采集模块
• 2.5.3 直接开关量控制模块
• 2.5.4 电源模块
• 2.5.5 串口通讯模块
• 2.6 电磁兼容性设计
• 2.6.1 硬件抗干扰设计
• 2.6.2 印刷电路板可靠性设计
• 2.7 本章小结
• 第三章 基于LINUX 开发平台的嵌入式软件设计
• 3.1 嵌入式软件系统开发环境建立
• 3.1.1 交叉编译环境
• 3.1.2 嵌入式系统中的JTAG 技术
• 3.1.3 使用FLASHPGM 烧写FLASH
• 3.2 工程管理器MAKE应用
• 3.3 嵌入式软件启动框架的建立
• 3.3.1 S3C2410X 的特点
• 3.3.2 中断的设计实现
• 3.3.3 编写链接脚本定位
• 3.3.4 代码搬移设计
• 3.3.5 MMU 的设计实现
• 3.4 应用层软件的设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 上位机监控软件的设计
• 4.1 塔架测试系统监控软件需求分析
• 4.2 串口通信协议
• 4.3 多线程串口监控程序的设计
• 4.4 数字信号处理
• 4.5 本地数据库设计
• 4.5.1 数据库建立
• 4.5.2 数据库查询
• 4.6 基于C/S 结构的远程测控的实现
• 4.6.1 远程 TCP/IP 互连
• 4.6.2 客户机/服务器体系结构应用
• 4.6.3 套接字Socket 编程
• 4.6.4 网络应用程序数据帧结构设计
• 4.7 监控程序界面的设计
• 4.8 制定“天巡者一号”微小卫星模拟测试流程
• 4.9 本章小结
• 第五章 卫星故障诊断专家系统的设计与实现
• 5.1 专家系统简介
• 5.2 故障诊断专家系统功能需求分析
• 5.3 故障诊断专家系统的设计思想
• 5.4 卫星故障诊断专家系统的开发环境
• 5.5 专家系统在故障诊断中的应用设计
• 5.5.1 卫星故障分类与对策
• 5.5.2 知识库的构建
• 5.5.3 推理机的设计
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文