1200Mbps码速率的载荷数据模拟源研制

摘要

随着科技的进步，卫星有效载荷的性能不断提升，其功能日渐强大，载荷数据包的容量飞速增长。而受研发周期与经济成本的影响，在卫星研制初期，真实的有效载荷难以直接用于卫星数传分系统等设备的调试与测试工作中。为保证数传分系统的顺利研发，实现对其性能的全面测试，卫星地面自动测试系统对高速率、大容量的有效载荷数据模拟设备提出了迫切需求。
　　在分析总结现有模拟设备的基础上，结合技术需求与发展趋势，本文提出了一种基于PXIe架构的卫星高速载荷数据模拟源的设计方案。该设计方案充分利用了PXIe平台的高速数据传输能力和丰富的货架化产品，采用外购的机箱与嵌入式控制器。依据模块化思想，模拟源功能部件被分为数据源模块与数据加载模块。针对系统的大容量存储需求，本文采用外置集中存储方式，选择存储容量2.9TB的PXIe-8261型高速数据硬盘作为数据源模块。针对系统对多路高速率数据调度与加载的需求，选择PXIe-7972型FlexRIO与自研适配器构成数据加载模块，采用千兆位收发器TLK2711A作为模拟源输出接口芯片，并运用高速PCB设计技术完成了适配器设计。同时，该模拟源能够通过网口接收来自综合测试服务器的指令并反馈状态。系统的控制由嵌入式计算机与FlexRIO FPGA共同完成，其控制逻辑采用LabVIEW FPGA编程技术，分别在HOST VI与FPGA VI中实现。在数据流的控制中，采用数据流盘回放技术、DMA FIFO技术、乒乓缓存技术与高速数据并串转换技术等，使得数据从高速数据硬盘中被读出后，以稳定的速率持续地加载至接口芯片，以满足系统的高速率数据输出需求。顶层控制软件采用LabVIEW编写，可与HOST VI融合，以配合硬件实现系统功能。
　　测试结果表明，本文所设计的载荷数据模拟源可存储4个高速载荷数据包，可同时输出6路高速载荷数据，每路有效数据传输速率可达到1200Mbps。该模拟源存储容量与数据传输接口可根据需求灵活改变，具有良好的通用性。因此，本文所设计的载荷数据模拟源满足设计指标要求，能够可靠地实现载荷数据模拟的任务，既可直接用于卫星数传系统测试，同时又可为其他高速数据源的设计提供借鉴。

目录

第1章 绪论

1.1课题的来源、目的和意义

1.2卫星有效载荷及数传系统概述

1.3卫星载荷数据模拟源发展现状及趋势

1.4课题主要研究内容及论文结构

第2章 总体方案设计

2.1任务要求与需求分析

2.2方案设计原则

2.3系统方案设计

2.4关键技术

2.5本章小结

第3章 模拟源硬件设计

3.1关键器件分析与选型

3.2适配器设计

3.3本章小结

第4章 系统固件及软件设计

4.1系统固件设计

4.2系统软件设计

4.3本章小结

第5章 系统测试及分析

5.1测试方案

5.2功能模块测试

5.3系统自闭环测试

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其他成果

声明

致谢