一种星载多路高速数据处理器的设计

摘要

近年来，随着遥感卫星探测技术的高速发展，空间数据传输系统需要实时处理的载荷种类越来越多，数据量也越来越大。作为空间数据传输系统的核心设备，星载数据处理器的实时处理能力制约着高速数据下传能力的发展。
　　本文以某型号遥感器的数据下传处理需求为背景，以航天领域的标准指导思想CCSDS-AOS高级在轨系统建议为理论依据，通过对AOS标准的体系业务以及虚拟信道复用技术的研究，提出星载数据处理器的总体实现方案，并按照方案设计实现一台具备实时复接11路载荷数据，处理能力为2.4Gbps的高速数据处理器。
　　为了实现对前端多路动态载荷数据的高速处理下传，本文在现有星载数据处理器的研制基础上，通过优化虚拟信道动态调度管理机制，采用基于优先级和缓存器剩余量的判决策略，实现多路缓存资源共享及自主调度功能。为解决前端数据量动态变化导致缓存器数据溢出的问题，本文在现有星载数据处理器缓存处理机制（内部FIFO加外部FIFO）的研制基础上，通过采用高速率、大容量的SDRAM加FPGA内部64bitFIFO并行处理相结合的缓存处理方式，解决课题面临的突发速率和多路载荷数据不平衡的问题。
　　本文以前端11路异速位流数据为输入，设计了多路高速数据处理器的处理方案，并对方案中的功能模块和数据处理流程进行介绍。通过对硬件设计和器件选择，完成了星载数据处理器硬件架构的工程实现。同时按照方案设计中的功能模块分析以及数据处理方法选择，运用VHDL语言实现了数据处理器核心模块的软件设计和功能时序仿真，通过分析仿真结果，验证了设计方案的可行性。
　　最终通过对软硬件整机调试测试，测试结果表明该多路高速数据处理器能够正确实现型号需求功能，复接输出数据符合 CCSDS-AOS标准格式编排要求，高速数据处理结果与理论设计一致。同时也表明课题所选的虚拟信道动态调度策略和突发数据缓存处理机制的合理性。该多路高速数据处理器的成功研制，不但满足课题需求，也为后续遥感卫星数据传输系统的需求提供了借鉴作用。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 课题背景与意义

1.2 基于CCSDS-AOS标准的星载数据处理器研究动态

1.3 本文的主要贡献与创新

1.4 本论文的结构安排

第二章 CCSDS-AOS标准概述

2.1 AOS概述

2.2 AOS标准的体系构成

2.3 虚拟信道的概念

2.4 AOS的虚拟信道多路复用技术

2.5 AOS标准在星载处理器上的应用

2.6 本章小结

第三章 星载多路高速数据处理器总体方案设计

3.1遥感卫星简介

3.2数传系统的组成和功能

3.3数据处理器的功能

3.4方案组成设计及工作原理

3.5本章小结

第四章 星载多路高速数据处理器硬件设计

4.1硬件接口电路设计

4.2元器件选择

4.3高速PCB板设计

4.4结构设计

4.5硬件可靠性设计

4.6本章小结

第五章 星载多路高速数据处理器软件设计

5.1设计输入约束

5.2数据处理方法选择

5.3 AOS单元的软件设计

5.4编码单元的软件设计

5.5软件可靠性设计

5.6本章小结

第六章 硬件调试及验证

6.1设计验证方法

6.2单检设备的研制

6.3各功能模块单板调试

6.4整机调试和测试

6.5实践中遇到的问题和解决方法

6.6验证结果

6.7本章小结

第七章 全文总结与展望

7.1 全文总结

7.2 后续工作展望

致谢

参考文献