星地测距系统星上硬件平台的设计与实现

摘要

卫星测控系统是卫星和地面站之间的一条信息通道,它为地面指挥控制人员打开了一个观测窗口,保证卫星能够按照预计的轨道和姿态运行,完成规定的航天任务。测距系统是测控系统的一个重要组成部分,用于卫星和地面站之间距离的测量以及卫星运动速度的测量。测控系统常使用相干技术来完成测距,这种方法原理较为简单,但是硬件部分设计缺乏灵活性,复杂度高并且体积较大。而非相干测距技术在保证性能可靠性的情况下能降低实现复杂度,在硬件设计上更加方便。
　　经过方案论证和大量的分析工作,决定采用ARM+FPGA为核心的硬件平台来完成系统的开发。ARM模块负责的信息处理单元由嵌入式芯片AT91SAM9261、以太网电路、CAN通信电路、串口电路、内外部接口等电路组成,操作系统采用VxWorks,用来完成系统自检,测距测速算法的解算,以及和FPGA的数据交换等功能。FPGA模块负责的基带处理单元由CycloneII系列的EP2C70F672、A/D电路、D/A电路、运放电路、电源转换电路等组成,在非相干扩频测控通信体制下,完成测距测速的基带处理,并且采用并行总线和ARM进行通信。
　　本文首先从卫星测距的基本原理出发,展示了整个系统的总体框架,介绍了主要芯片的选择,然后对硬件系统进行模块化分析,详细说明了各个通信接口和存储接口的设计,以及整个系统的电源模块设计,最后通过系统测试和结果分析验证了硬件平台的功能和稳定性良好。

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1. 绪论

1.1 课题的应用背景及研究现状

1.2 课题的接口指标及功能要求

1.3 论文的主要任务

2. 系统设计及实现方法

2.1 卫星测距原理

2.2 系统方案设计

2.3 基带模块

2.4 信息处理模块

2.5 接口模块

3. 硬件平台及模块化设计

3.1 ARM模块及外围电路设计

3.2 FPGA模块及相关设计

3.3 ARM系统与FPGA系统的交互通信

4. 电源模块设计

4.1 电源需求分析

4.2 电源芯片选型

4.3 PCB中电源层的设计

5. 系统调试与结果

5.1 ARM最小系统调试结果

5.2 网口测试

5.3 CAN总线环回测试

5.4 A/D模块测试

5.5 RS422接口测试

6. 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献