高速实时/回放分级复接器的设计与实现

论文摘要

随着卫星通信系统的发展,各类卫星平台越来越多的应用了如全色照相机、数字摄像机等能够产生高速实时数据的有效载荷,使得星载数据处理系统的数据存储和高速处理能力变得越来越重要。高速复接器在空间数据传输中负责将数据存储单元记录的数据,实时探测数据和工程参数等各种数据复接下行,新的数据传输需求也对高速复接器的性能提出了新的要求。采用两级复用的方法,为高速复接器增加一级对于数据存储的调度策略,能够简化向存储单元写入数据和复接器从存储单元读出数据的设计复杂度,达到将数据的实时传送和非实时回放统一起来处理的目的,提高硬件资源的利用率。本文利用国际空间数据系统咨询委员会(CCSDS)高级在轨系统(AOS)建议,提出了两级复用的方案和虚拟信道调度的算法,完成了基于FPGA的高速实时/回放分级复接器芯片设计,能够灵活地对异步数据进行两级复接,复接速率为40Mbps;搭建了包括异步数据源、高速实时/回放分级复接器、数据接收设备在内的验证演示系统,对分级复接器的功能进行了验证。实验结果表明该实时/回放分级复接器实现了数据存储调度和复接功能的集成,能够正确分级复接两路异步数据,数据格式符合CCSDS AOS标准,复接效果与理论设计一致。本课题的研究将为航天应用工程中数据处理关键设备的集成提供思路,对今后的航天项目中进一步研制轻小灵活、高效适用的星载数据管理设备具有指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 国外研究方向与热点
• 1.2.2 国内研究进展
• 1.3 课题的主要内容和关键技术
• 第2章 高速实时/回放分级复接的理论基础
• 2.1 CCSDS 简介
• 2.2 CCSDS主网模型
• 2.3 CCSDS AOS建议
• 2.4 虚拟信道和复接
• 2.5 AOS传输帧
• 2.6 业务选取
• 2.7 协议进程选取
• 2.7.1 AOS数据链路协议进程
• 2.7.2 位流处理功能
• 2.7.3 虚拟信道生成功能
• 2.8 虚拟信道复用方式
• 2.9 LVDS 简介
• 第3章 高速实时/回放分级复接器的技术方案和硬件实现
• 3.1 高速实时/回放分级复接器实现的总体技术方案
• 3.1.1 高速实时/回放分级复接器采用的CCSDS业务
• 3.1.2 AOS传输帧主帧头中关键标识的设计
• 3.1.3 两级虚拟信道调度算法设计
• 3.1.4 缓存区大小的选择
• 3.2 高速实时/回放分级复接器的硬件实现
• 3.2.1 FPGA设计
• 3.2.2 开发板简介
• 3.2.3 芯片选型
• 3.2.4 开发工具
• 3.2.5 开发流程
• 3.2.6 分级复接器芯片的具体设计
• 3.2.7 分级复接器的计算机仿真结果
• 第4章 高速实时/回放复接器功能验证演示系统的设计与实现
• 4.1 高速实时/回放分级复接器功能验证演示系统的总体方案
• 4.2 PCI7300A数据接收卡
• 4.3 接口电路板
• 4.4 终端数据接收软件
• 4.5 验证演示系统调试图
• 第5章 高速实时/回放分级复接器功能验证实验结果与分析
• 5.1 实验结果
• 5.1.1 数据接收设备测试结果
• 5.1.2 接收数据解析结果
• 5.2 实验中问题分析与解决办法
• 5.2.1 问题分析
• 5.2.2 解决方法
• 第6章 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 期刊杂志
• 致谢