激光通信星上高速数据源设计

论文摘要

终端数据源（以下简称数据源）是激光通信试验所必需配置的设备，是激光通信试验的重要组成部分。数据源主要完成的任务是，作为激光通信终端的输入信号源之一，配合完成激光通信试验。因此，该终端数据源设计工作具有重要的意义。本论文的主要工作是设计出满足星地激光通信需求的高速数据源，具体内容如下：第1章介绍了卫星激光通信国内外的研究状态、重要性和意义。第2章对数据源的功能及接口进行了设计分析。首先分析了高速通信数据源组成及功能，为使激光通信系统得到最优的通信质量，数据源对整帧数据都进行RS（255，223）编码，输出CADU格式数据，对于高速复接器接口则直接输出VCDU格式数据。同时对数据源的结构、供电接口、遥测接口、遥控接口、激光通信终端接口、高速复接器的高速LVDS接口、高速复接器的高速IEEE-1394接口等进行了设计分析。这些设计分析为数据源正确工作奠定了基础。第3章对数据源的电路进行了优化设计。为确保数据源的安全运行，电路设计采用模块化设计的思想，把终端数据源分成以下几个模块进行设计：1553B总线接口模块、CPU控制模块、IEEE-1394接口模块、AOS业务处理模块和电源控制模块。第4章对数据源的结构和热特性进行了设计。在进行终端数据源设计时，既要满足设备的电性能、EMC和热性能要求、各种动力环境条件下的力学性能要求，又要结构简单，体积小，质量轻，具有良好的工艺性和可维修性。以保证设备长寿命、高可靠地圆满完成指定的任务要求为设计准则，同时也要保证产品良好的机械加工工艺和无线电焊装工艺以便于使用和升空前的维护，贯彻系列化、通用化、组合化的三化方针，使设备简单、可靠。终端数据源的结构和热特性设计满足建造规范的要求。第5章对数据源的空间可靠性和安全性进行了设计。可靠性设计包括方案设计中的性能、可靠性与安全性最佳设计、综合权衡优化设计；安全性设计考虑了热、电磁兼容、辐射，静电，力学等设计要求，实现识别、跟踪、评价危险，消除与控制危险，实施最小危险设计，安全防护设计和危险警告设计，并采用其他手段进行安全防护。第6章对数据源的电磁兼容性和空间抗辐射特性进行了设计。设备的EMC设计是其长期、稳定、可靠运行的重要保障条件，要求抑制设备的无用电磁发射不影响其它设备正常工作，同时自身具备一定的抗干扰能力，在规定的电磁环境下正常工作。设计工作考虑了实际的空间环境以及工程实现的需要，通过对数据源的合理设计，设计方案翔实可靠，确保了其在轨可靠运行。该项工作为星地激光通信试验提供了保障。根据本文上述设计成果研制的高速数据源已经成功应用于海洋二号卫星星地激光链路试验中，目前，运行状态良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 国外的研究进展
• 1.2.1 美国
• 1.2.2 欧洲
• 1.2.3 日本
• 1.3 国内研究现状
• 1.4 本文的主要内容
• 第2章 高速通信数据源功能及接口设计分析
• 2.1 高速通信数据源组成及功能分析
• 2.1.1 数据源的工作原理及组成
• 2.1.2 数据源功能分析
• 2.2. 供电及遥测接口设计分析
• 2.2.1 供电接口的设计
• 2.2.2 遥控接口的设计
• 2.2.3 遥测接口的设计
• 2.2.4 1553B 总线接口的设计
• 2.3 与激光通信终端接口的设计
• 2.4 与高速复接器的高速 LVDS 接口的设计
• 2.5 与高速复接器 IEEE-1394 接口的设计
• 2.6 本章小结
• 第3章 终端数据源电路设计
• 3.1 模块化设计分析
• 3.2 业务选择分析
• 3.3 CPU 控制模块电路设计
• 3.3.1 CPU 电路设计
• 3.3.2 存储器电路设计
• 3.3.3 看门狗电路设计
• 3.4 电源控制模块的设计
• 3.5 业务处理模块电路设计
• 3.5.1 FPGA 及外围电路设计
• 3.5.2 数据源的设计
• 3.5.3 信道编码器的设计
• 3.5.4 加扰、帧同步设计
• 3.6 高速信号及其 PCB 布线的设计
• 3.6.1 PCB 板设计
• 3.6.2 差分线设计
• 3.7 本章小结
• 第4章 终端数据源结构及热设计
• 4.1 机械结构设计
• 4.2 结构设计方案
• 4.3 热设计概述
• 4.4 大功率元器件的散热措施
• 4.4.1 中等热功耗元器件散热措施
• 4.4.2 低功耗元器件的温度估算
• 4.5 本章小结
• 第5章 可靠性和安全性设计
• 5.1 可靠性设计
• 5.1.1 简化设计
• 5.1.2 三化设计
• 5.1.3 元器件的选用
• 5.1.4 冗余设计
• 5.1.5 耐环境设计
• 5.1.6 抗震设计
• 5.2 安全性设计
• 5.2.1 结构的安全性设计
• 5.2.2 输入电源的过压、过流保护措施
• 5.2.3 遥控接口安全
• 5.2.4 遥测接口安全
• 5.2.5 设备的安全操作
• 5.3 FMEA 设计与分析
• 5.4 裕度设计
• 5.5 可靠性与安全性分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 电磁兼容性及抗空间辐射环境设计
• 6.1 电磁兼容性设计
• 6.1.1 PCB 板层布局
• 6.1.2 PCB 的布局布线
• 6.1.3 电源、接地设计
• 6.1.4 滤波
• 6.1.5 壳体抑制
• 6.2 抗空间辐射环境设计
• 6.2.1 设计任务分析
• 6.2.2 设计思路
• 6.2.3 电离总剂量效应防护设计
• 6.2.4 单粒子效应防护设计
• 6.2.5 内带电效应防护设计
• 6.2.6 设计结果分析及结论
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 简历