星载嵌入式计算机技术与应用_航空航天

1

丛书编委会

主　编　吉　峰副主编　秦　琨　　朱新忠　　陆文斌编　委　（按姓氏笔画排序）　　　　于守江　　王　锦　　王茂森　　王欣怡　　王宝欣　　　　王嘉颖　　韦　杰...

2

本书编委会

主　编　朱新忠副主编　邱　源　王茂森　程利甫编　委　（按姓氏笔画排序）　　　　王敏琪　韦　杰　朱剑辉　刘　奎　　　　孙泽渝　苏嘉玮　李　森　肖斯雨　　...

3

前言

星载嵌入式计算机是指装备于卫星平台上的嵌入式计算设备，是各类航天器的核心设备之一，直接影响着航天飞行器的性能。同时，由于其不可维修且长时间处于太空极端温度及辐射...

4

第1章　绪　论

随着航天事业的蓬勃发展，成千上万颗卫星和探测器从地球被发射到外太空。作为这些飞行器的“大脑”，星载计算机是它们内部重要的组成部分。得益于半导体技术的迅猛发展，星...

6

1.1　星载计算机概述

...

7

1.1.1　计算机发展史

18世纪，工业革命开始，法国纺织工人鲁修为便于转换纺织图样，在织布机上套上穿孔纸带，以此达到仅需手工进料的半自动化生产。1801年，法国人雅卡尔发明提花织布机，...

8

1.1.2　星载计算机发展历程

1）国外星载计算机 1977年，随着“旅行者”号（1号和2号）的成功发射，第一代数字星载计算机正式被用于卫星探测器中。由于相机的数据速率很高，因此“旅行者”号携...

9

1.1.3　体系结构的发展历程

星载计算机系统是计算机技术在空间环境下的应用，负责完成空间飞行器的控制和数据处理任务。空间环境的恶劣条件，对星载计算机系统在性能、可靠性和成本上提出了巨大的挑战...

10

1.2　星载计算机概念

...

11

1.2.1　功能定义

星载计算机是卫星平台的核心组成部分，包含数管、姿轨控等计算机，负责星上信息采集、指令分发和通信等任务，实现星务管理、遥测遥控管理、姿轨控管理、热控管理、能源管理...

12

1.2.2　主要特点

1）长寿命适应性地球静止轨道卫星的星载计算机设计寿命一般可达8～10年，近地轨道卫星的星载计算机设计寿命一般为2～5年。由于不可维修性，星载计算机设计寿命时间...

13

1.2.3　分类与功能

1）数管计算机数管计算机是卫星数据管理分系统的核心设备，它的主要功能是接收整星遥控指令、组帧下行整星遥测数据、提供星上基准时间、控制整星系统串行数据总线的运行...

14

1.2.4　基本组成

卫星平台主要由星载计算机、应答机、数传、载荷单机、卫星总线和SpaceWire总线等组成（图1-12）。星载计算机作为整星的大脑，用来处理复杂的计算，其主要由...

15

1.2.5　性能指标

1）处理性能（1）主频。指处理器的时钟频率。计算机的操作在时钟信号的控制下分步执行，每个时钟信号周期完成一步操作。时钟频率的高低在很大程度上反映了处理器速度的...

16

1.3　本书内容安排

星载嵌入式计算机一般由六大部分组成：处理器最小系统、总线、接口电路、电源与地、FPGA、软件。本书第3章～第8章将详细讨论这六个主题。第9章则讨论元器件应用与抗...

17

第2章　体系架构技术

星载嵌入式计算机的研究思想是面向用户需求，用系统工程的方法对全航天器的信息处理、控制、管理流程以及其硬件、软件进行统一设计，从而实现信息、资源共享和全航天器系统...

18

2.1　系统架构概述

...

19

2.1.1　基本概念

星载嵌入式计算机是整个航天器的核心，计算机的能力提升主要体现在高性能计算能力、高速数据网络、标准软硬件接口配置、多元信息融合和高可靠性保障等方面。通过对系统功能...

20

2.1.2　系统架构分类

星载嵌入式计算机系统是指星上采用计算机网络技术将星载电子设备互连，实现卫星内部信息共享和综合利用的信息管理和传输系统。其作为一个以多种不同的功能模块组成的完整系...

21

2.2　系统架构特征

基于集中式、分布式的体系架构特点，星载嵌入式计算机的系统架构设计可总结出以下三个特征：模块化、开放式、冗余。...

22

2.2.1　模块化

2.2.1.1　模块化定义模块化设计是指星载嵌入式计算机均由标准化的模块产品组成。标准化模块产品均由模块测试维护及容错支持、信息路由或网络接口、通用物理接口以...

23

2.2.2　开放式

2.2.2.1　开放式定义开放式系统的概念从航空界发展而来（航空电子开放式系统架构，open systems approach，OSA），主要为了解决系统结构...

24

2.2.3　冗余

2.2.3.1　冗余定义星载嵌入式计算机是星上采用计算机网络技术，将星载电子设备互连，实现卫星内部信息共享和综合利用、功能集成、资源重组优化的信息处理和传输系...

25

2.3　典型架构应用

根据应用领域特征、任务特点和卫星工程约束，系统架构的具象化实现将体现出差异化设计，如应用卫星领域，其系统架构体现出模块化、多冗余、高可靠的特征；深空探测领域，其...

26

2.3.1　应用卫星

根据整星的任务功能，可将应用卫星划分成不同的星载计算机系统，常见的有导航卫星、气象卫星、通信卫星等。其采用的系统架构主要由中心计算机、姿轨控计算机、测控、全球导...

27

2.3.2　深空探测

深空探测是人类了解地球、太阳系和宇宙，进而考察、勘探和定居太阳系地球以外其他天体的第一步。深空探测是21世纪人类进行空间资源开发与利用、空间科学与技术创新的重要...

28

2.3.3　微纳卫星

微小卫星高功能密度计算机系统采用分层模块化、开放式体系架构，硬件模块按照航天器设备的接口类型设置，软硬件接口采用标准化设计，功能由软件定义，将卫星平台功能集成于...

29

第3章　处理器最小系统

自从1957年10月4日第一颗人造卫星上天以后，人类进入太空时代，正有计划、有目的地开发近地轨道空间资源。卫星的应用范围越来越广泛，如用于通信和信号转发、观察气...

30

3.1　星载计算机处理器概述

...

《星载嵌入式计算机技术与应用》简介

丛书编委会

本书编委会

前言

目录

第1章　绪　论

1.1　星载计算机概述

1.1.1　计算机发展史

1.1.2　星载计算机发展历程

1.1.3　体系结构的发展历程

1.2　星载计算机概念

1.2.1　功能定义

1.2.2　主要特点

1.2.3　分类与功能

1.2.4　基本组成

1.2.5　性能指标

1.3　本书内容安排

第2章　体系架构技术

2.1　系统架构概述

2.1.1　基本概念

2.1.2　系统架构分类

2.2　系统架构特征

2.2.1　模块化

2.2.2　开放式

2.2.3　冗余

2.3　典型架构应用

2.3.1　应用卫星

2.3.2　深空探测

2.3.3　微纳卫星

第3章　处理器最小系统

3.1　星载计算机处理器概述

《星载嵌入式计算机技术与应用》简介

丛书编委会

本书编委会

前言

目录

第1章 绪 论

1.1 星载计算机概述

1.1.1 计算机发展史

1.1.2 星载计算机发展历程

1.1.3 体系结构的发展历程

1.2 星载计算机概念

1.2.1 功能定义

1.2.2 主要特点

1.2.3 分类与功能

1.2.4 基本组成

1.2.5 性能指标

1.3 本书内容安排

第2章 体系架构技术

2.1 系统架构概述

2.1.1 基本概念

2.1.2 系统架构分类

2.2 系统架构特征

2.2.1 模块化

2.2.2 开放式

2.2.3 冗余

2.3 典型架构应用

2.3.1 应用卫星

2.3.2 深空探测

2.3.3 微纳卫星

第3章 处理器最小系统

3.1 星载计算机处理器概述

第1章　绪　论

1.1　星载计算机概述

1.1.1　计算机发展史

1.1.2　星载计算机发展历程

1.1.3　体系结构的发展历程

1.2　星载计算机概念

1.2.1　功能定义

1.2.2　主要特点

1.2.3　分类与功能

1.2.4　基本组成

1.2.5　性能指标

1.3　本书内容安排

第2章　体系架构技术

2.1　系统架构概述

2.1.1　基本概念

2.1.2　系统架构分类

2.2　系统架构特征

2.2.1　模块化

2.2.2　开放式

2.2.3　冗余

2.3　典型架构应用

2.3.1　应用卫星

2.3.2　深空探测

2.3.3　微纳卫星

第3章　处理器最小系统

3.1　星载计算机处理器概述