CCSDS高级在轨系统协议的应用研究与工程实践

摘要

本报告系统阐述了空间数据系统的种类和在航天测控通信体制中的地位，以比较分析三种航天数据系统标准和CCSDS标准的国际国内应用现状、工程实践、发展趋势入题，以中国航天工程型号任务为背景，按研究阶段为顺序展开讨论，详细叙述并总结了几项课题的立项依据、研究内容、研究方法、理论基础、技术路线、关键技术、研究成果、产品功能与技术指标，以及测试运行结果及结论。 首先叙述了百兆级CCSDS标准AOS协议高速多路复接器的理论研究、原理样机研制、天．地传输系统的研制。在此基础上，叙述了业务种类更全面、协议功能更完整的增强型AOS协议芯片的设计依据、研制内容、设计方法、产品技术指标。面向工程型号任务，探讨了传输带宽受限任务的多路数据信道优先级管理、虚拟信道分配/调度策略，在引入QoS指标的基础上深入研究在AOS协议框架下实现各种CCSDS业务数据多路传输。面向未来中国月球探测二期任务，针对任务特点和设计约束，研制了基于SoC方案的低功耗、轻小型化的月球车AOS协议多路数据复接单元。最后，面向航天测控从TT&C向C&T体制过渡、向天基网络化测控体制过渡的趋势，探讨了基于AOS协议实现统一载波的综合测控/数传体制，以及利用AOS协议等时性业务实现双程伪码测距的方法。 本报告的主要贡献是突破了：AOS协议下虚拟信道的统计时分复用理论与自适应信道动态调度方法；传输带宽受限约束条件下的多路数据的虚拟信道优先级管理与QoS传输策略；数百兆比特率多路数据传输的高速传输及高速信道纠错编码的实现：多种高速总线标准与AOS协议高速复接器的数据互联；实现多路数据，特别是图像/话音这类等时数据的实时QoS传输；基于SoC实现的640Mbps码速率的AOS协议处理芯片应用在三项任务的高速多路复接器以及天-地综合数据传输系统研制中，性能优异、稳定可靠。探讨了采用AOS协议插入业务实现在综合数传信道中进行双程伪码测距的方案。 综上所述，本报告的研究获得了丰富的理论与技术成果，提出了较多的创新理论、创新方法和先进技术，突破了一批关键技术，并在工程实践中得到验证。

目录

文摘

英文文摘

第一章 CCSDS空间数据系统的应用综述

1.1航天工程数据系统标准的发展概述

1.1.1航天工程数据系统发展的技术背景和应用背景

1.1.2 IRIG标准的技术特点和应用背景

1.1.3 ESA标准的技术特点和应用背景

1.1.4 CCSDS标准的技术特点和应用背景

1.1.5空间数据系统面临的挑战

1.2空间数据系统CCSDS标准

1.2.1 CCSDS组织简介

1.2.2 CCSDS的技术内涵及其精髓

1.2.3 CCSDS标准的地位、作用和意义

1.3 CCSDS标准在国外航天任务的应用

1.4 CCSDS标准在中国航天任务的应用

1.5 小结

第二章百兆级高速复接器的理论与实践

2.1新一代高速多路复接器的研制背景

2.2百兆级高速多路复接器的研制目标和创新点

2.3百兆级高速多路复接器的理论基础

2.4 640Mbps码速率AOS协议芯片的研制

2.4.1 640Mbps码速率AOS协议芯片的工作模式

2.4.2 640Mbps码速率AOS协议芯片的数据格式

2.4.3 640Mbps码速率AOS协议芯片的设计与工作原理

2.5 640Mbps高速多路复接器及其天-地传输系统

2.5.1输入/输出数据接口单元的设计与测试

2.5.2 640Mbps高速多路复接器整机

2.5.3 640Mbps高速多路复接器及其天-地传输工程演示系统

2.5.4 640Mbps高速多路复接器及其天-地传输工程演示系统实物

2.6 小结

第三章增强型高速AOS 协议芯片的研制

3.1增强型高速AOS协议芯片的业务类型和等级

3.1.1增强型高速AOS协议芯片提供的四种AOS业务

3.1.2增强型高速AOS协议芯片采用的传输帧结构和业务等级

3.2增强型高速AOS协议芯片的设计依据

3.2.1增强型高速AOS协议芯片的4种业务组帧方式

3.2.2增强型高速AOS协议芯片的协议数据单元组织方式

3.2.3增强型高速AOS协议芯片采用的信道编码与同步化协议

3.3增强型高速AOS协议芯片的关键技术设计

3.3.1增强型高速AOS协议芯片的数据帧结构设计

3.3.2增强型高速AOS协议芯片的R-S编码单元设计

3.3.3增强型高速AOS协议芯片采用的Data-Strobe编码规约

3.3.4增强型高速AOS协议芯片的时钟切换单元设计

3.4增强型高速AOS协议芯片的多路复接单元设计

3.5小结

第四章带宽受限任务的高速复接器技术研究与验证

4.1带宽受限任务的高速多路复接器设计方案

4.1.1适应带宽受限任务的发送使能控制策略

4.1.2适应带宽受限任务的虚拟信道动态优先级管理策略

4.2带宽受限任务的高速多路复接器接口单元的设计

4.2.1符合EIA RS-644标准的LVDS接口单元设计

4.2.2 IEEE-1394接口单元设计

4.2.3 MIL-STD-1553B接口单元设计

4.3带宽受限任务的增强型AOS复接单元照片与测试结果

4.3.1增强型高速AOS协议多路复接单元电路板实物

4.3.2调试过程测试波形

4.3.3调试过程高速数据接收设备接收到的数据文件

4.4 小结

第五章月球车综合电子系统复接单元的研制

5.1研制任务的技术需求及特点

5.2月球车多路复接单元的设计依据

5.2.1工作模式和信源的时间序列特性

5.2.2设计约束和技术指标需求

5.2.3遵循的CCSDS蓝皮书建议

5.2.4输入通道的传输实时性与优先权分配原则

5.3月球车多路复接单元的设计策略与工程实现

5.3.1月球车多路复接单元的设计策略

5.3.2多路复接单元功能的硬件/软件的结构设计与界面划分

5.3.3月球车多路复接单元的核心技术研制

5.4月球车多路复接单元达到的技术状态和指标

5.4.1月球车多路复接单元实现的技术指标

5.4.2月球车多路复接单元及其外围单元的实物照片

5.5小结

第六章基于AOS的综合测控/数传体制探讨

6.1综合测控/数传体制的提出

6.2统一载波上实现综合测控/数传体制的两种途径

6.2.1统一载波上实现综合测控/数传的原理概述

6.2.2采用非平衡QPSK(UQPSK)调制体制

6.2.3利用CCSDS高级在轨系统协议的等时性业务

6.3基于AOS插入业务实现综合测控/数传体制的方法

6.3.1 AOS插入业务简介

6.3.2利用AOS插入业务实现伪码测距的方法

6.4小结

第七章总结与展望

7.1总结

7.2展望

致谢

参考文献

博士生期间发表的学术论文、专著

博士后期间发表的学术论文、专著

博士后期间承担的科研项目

个人简历