徐楠 李東 魏強(qiáng) 熊曉將

（1 中國空間技術(shù)研究院通信衛(wèi)星事業(yè)部，北京 100094）（2 中國航天科技集團(tuán)公司，北京 100048）

1 引言

轉(zhuǎn)發(fā)器是通信衛(wèi)星有效載荷的重要組成部分，是完成通信衛(wèi)星任務(wù)空間無線電中繼的主要設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)對地球站發(fā)來的通信信號進(jìn)行接收、放大、變頻等處理，并經(jīng)過功率放大后通過天線將信號轉(zhuǎn)發(fā)至地面［1］。通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器分系統(tǒng)有源設(shè)備主要包括行波管、線性通道放大器（Linear Channel Amplifier，LCAMP）、變頻器、接收機(jī)、信標(biāo)機(jī)等。其中，每個LCAMP 采集的遙測量包括行波管陽壓、螺流、母線電流、擋位信息等，每個LCAMP 接收增益擋位設(shè)置、模式設(shè)置、靜噪狀態(tài)設(shè)置等遙控指令［1］。實(shí)現(xiàn)LCAMP 的遙控遙測信息傳輸方式有很多種，目前，國內(nèi)通信衛(wèi)星基本都采用點(diǎn)對點(diǎn)的方式，即每個遙測參數(shù)、每條遙控指令都通過一根單獨(dú)的電纜進(jìn)行傳輸，若將電路的回線包含在內(nèi)，則實(shí)現(xiàn)一臺LCAMP 需要幾十根電纜，按一顆衛(wèi)星50 臺LCAMP的配置計(jì)算，則總共需要上千根電纜。隨著載荷艙儀器布局空間受限、整星質(zhì)量受限等問題的不斷凸顯，點(diǎn)對點(diǎn)式的遙測遙控傳輸方式已不能適應(yīng)當(dāng)前通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器分系統(tǒng)擴(kuò)容的需求，也就無法滿足新型大容量通信衛(wèi)星的發(fā)展需要［1-2］。

本文從提升我國通信衛(wèi)星平臺載荷承載能力的角度出發(fā)，通過采用同步串行總線的方式實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)發(fā)器分系統(tǒng)LCAMP 測控?cái)?shù)據(jù)的傳輸。首先，介紹國外主流通信衛(wèi)星平臺數(shù)據(jù)總線應(yīng)用現(xiàn)狀；其次，詳細(xì)論述了轉(zhuǎn)發(fā)器分系統(tǒng)不同總線架構(gòu)的比較；再次，從總線的設(shè)計(jì)原則、總線類型的選擇、總線數(shù)據(jù)架構(gòu)、總線通信協(xié)議、接口電路等方面介紹了同步串行總線的設(shè)計(jì)；最后，介紹了同步串行總線的驗(yàn)證以及航天器上的應(yīng)用和影響分析等。

2 總線技術(shù)在國外衛(wèi)星平臺中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 SpaceBus4000衛(wèi)星平臺總線技術(shù)應(yīng)用

SpaceBus4000平臺是法國Thales Alenia Space公司的主要平臺，該衛(wèi)星平臺代表著21世紀(jì)初國際先進(jìn)水平，采用了先進(jìn)的Avionics 4000綜合電子分系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)的核心思想是由一個功能強(qiáng)大的衛(wèi)星管理單元（Satellite Management Unit，SMU），又稱中心計(jì)算單元，通過總線網(wǎng)絡(luò)控制標(biāo)準(zhǔn)的平臺與載荷接口單元，實(shí)現(xiàn)姿態(tài)軌道控制、數(shù)據(jù)管理、供配電等功能［3］，該平臺數(shù)據(jù)總線架構(gòu)如圖1所示。

星載計(jì)算機(jī)通過采用5 條星載數(shù)據(jù)處理（On-Board Data Handling，OBDH）總線實(shí)現(xiàn)整個衛(wèi)星測控?cái)?shù)據(jù)傳輸與處理。OBDH 總線采用RS485電平進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，總線通信協(xié)議為異步模式，每條總線支持32個終端同時接入，總線共包含收發(fā)兩路信號。如圖1所示，星載計(jì)算機(jī)采用Bus 3總線實(shí)現(xiàn)通信艙北板所有載荷LCAMP 及信標(biāo)機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸與指令控制，采用Bus 5總線實(shí)現(xiàn)通信艙南板所有載荷LCAMP及TTC 應(yīng)答機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸與指令控制。作為終端設(shè)備，每個接入總線的設(shè)備都具有遠(yuǎn)置用戶總線接口（Remote User Bus Interface，RUBI），該芯片是OBDH 總線專用的專用集成電路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC），其主要功能用于實(shí)現(xiàn)總線協(xié)議的解析、總線電平的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集、指令譯碼等［3］。該ASIC 電路具有一定通用性，只要是帶有RUBI接口的任何終端設(shè)備，均可以接入衛(wèi)星平臺綜合電子數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，為衛(wèi)星平臺載荷容量的擴(kuò)展提供了極大的便利性［3］。

2.2 Eurostar-3000衛(wèi)星平臺總線技術(shù)應(yīng)用

Eurostar-3000平臺是歐洲ASTRIUM 公司主流的衛(wèi)星平臺，其星載數(shù)據(jù)總線網(wǎng)絡(luò)是根據(jù)美軍標(biāo)MIL-7-1750型航天器計(jì)算機(jī)單元的發(fā)展水平，在使用美軍標(biāo)MIL-STD-1553B數(shù)據(jù)總線的基礎(chǔ)上建立起來的，星載數(shù)據(jù)自動處理方面得到了較大改進(jìn)。衛(wèi)星的遙測、指令和測距以及姿態(tài)測定控制分系統(tǒng)和衛(wèi)星的總線管理都由衛(wèi)星中心單元（Satellite Central Unit，SCU）來完成［4］，Eurostar-3000 平臺衛(wèi)星數(shù)據(jù)總線架構(gòu)如圖2所示。

與SpaceBus4000 平臺相比，Eurostar-3000 平臺采用了多級數(shù)據(jù)總線架構(gòu)的方式，整個數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)以一臺SCU 為數(shù)據(jù)處理核心，1553B總線作為一級數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)SCU 與各類總線終端設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。其中，2 臺模塊化的載荷接口單元（Modular Payload Interface Unit，MPIU）作為一級數(shù)據(jù)總線終端設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)整星載荷所有設(shè)備的遙測采集與指令控制，每臺MPIU 提供2～3 條低速串行總線（Low Speed Serial Bus，LSSB）接口，用于實(shí)現(xiàn)載荷艙LCAMP 測控?cái)?shù)據(jù)的傳輸。LSSB 總線是Eurostar-3000衛(wèi)星平臺專用的低速數(shù)據(jù)總線，傳輸速率最大16.7kHz，總線采用RS485差分電平，總線共5路信號，數(shù)據(jù)傳輸采用同步傳輸協(xié)議，能夠支持32個終端設(shè)備同時接入［4］。

SpaceBus4000、Eurostar-3000衛(wèi)星平臺是當(dāng)前國際上具有代表性的通信衛(wèi)星平臺，兩者在載荷分系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸上均利用總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)通信艙載荷設(shè)備的測控?cái)?shù)據(jù)傳輸。總線技術(shù)的應(yīng)用能夠最大程度地減少低頻電纜網(wǎng)數(shù)量及質(zhì)量，節(jié)省布局空間，大幅提升衛(wèi)星平臺的有效載荷承載能力，有利于衛(wèi)星有效載荷設(shè)備的擴(kuò)容［5］。

圖2 Eurostar-3000衛(wèi)星平臺數(shù)據(jù)總線分布架構(gòu)Fig.2 Eurostar-3000Data Bus distributed structure

3 同步串行總線設(shè)計(jì)

3.1 總線設(shè)計(jì)原則

由于本文設(shè)計(jì)的總線主要應(yīng)用于高軌、長壽命通信衛(wèi)星平臺，因此，在借鑒工業(yè)成熟總線標(biāo)準(zhǔn)的同時，總線的設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)主要考慮以下幾個方面：

（1）總線工作在衛(wèi)星電磁兼容性（EMC）環(huán)境較為復(fù)雜和惡劣的載荷艙，總線在電路設(shè)計(jì)上應(yīng)具有抗干擾措施，能夠?qū)ν獠康母蓴_進(jìn)行有效抑制。

（2）總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為轉(zhuǎn)發(fā)器分系統(tǒng)重要的遙測參數(shù)與指令控制數(shù)據(jù)，若遙測數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯誤，則會導(dǎo)致地面參數(shù)監(jiān)視異常，若指令數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯誤，則會導(dǎo)致轉(zhuǎn)發(fā)器分系統(tǒng)意外指令發(fā)送或者發(fā)送失敗，因此，為增強(qiáng)總線傳輸?shù)目煽啃?，總線在數(shù)據(jù)傳輸時應(yīng)設(shè)計(jì)容錯機(jī)制。

（3）總線上傳輸?shù)倪b測參數(shù)及指令數(shù)據(jù)對實(shí)時性的要求并不高，因此，在滿足用戶要求的前提下，總線傳輸速率不宜過高，為低速數(shù)據(jù)總線。

（4）為了實(shí)現(xiàn)總線接口電路和元器件的通用性，總線接口電路應(yīng)盡量不依賴于專用的電平轉(zhuǎn)換芯片，例如CAN 總線的電平轉(zhuǎn)換芯片82C250，RS485總線的電平轉(zhuǎn)換芯片DS96F174、DS96F175 等，電氣特性的選擇應(yīng)盡量使用通信衛(wèi)星平臺常用的電平標(biāo)準(zhǔn)，如CMOS電平、晶體管邏輯電路電平（TTL）等。

3.2 總線類型選擇

目前，工業(yè)領(lǐng)域各類型的總線應(yīng)用非常廣泛，按照總線傳輸方式區(qū)分有同步總線與異步總線，按照總線傳輸電路形式區(qū)分有并行總線與串行總線［6-8］。

相比于異步總線，同步總線由于具有時鐘同步信號和握手控制信號，因此簡化了總線數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的邏輯。Eurostar-3000 平臺的LSSB 總線為同步總線，總線上共包含5路信號，其中時鐘信號是總線控制器與總線終端數(shù)據(jù)采樣的基準(zhǔn)源，總線上任意數(shù)據(jù)的讀取與發(fā)送均基于總線時鐘的上升沿和下降沿，5路信號之間的時序關(guān)系是實(shí)現(xiàn)總線數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)。因此，對于總線控制器與總線終端而言，兩者只要保證好總線的時序特性就能保證總線數(shù)據(jù)正常的通信，而不需要復(fù)雜的握手協(xié)議。而SpaceBus4000平臺的OBDH 總線為異步總線，總線上只包含收發(fā)兩路信號，總線數(shù)據(jù)通信利用特定的起始碼字實(shí)現(xiàn)雙方通信的握手，總線控制器與總線終端利用相同的波特率對總線電平信號進(jìn)行采樣及控制數(shù)據(jù)邏輯，其協(xié)議解析過程較為復(fù)雜。綜上所述，同步總線具有協(xié)議簡潔、實(shí)時性強(qiáng)、占用軟硬件資源少、系統(tǒng)開銷小等優(yōu)勢，便于總線專用集成電路的開發(fā)，因此，本文所設(shè)計(jì)的總線為同步總線。

串行總線與并行總線相比具有連線少、易維修、成本低、適合遠(yuǎn)程傳輸?shù)忍攸c(diǎn)［9］。如SpaceBus4000平臺的OBDH 總線，Eurostar-3000平臺的LSSB總線，兩種總線均采用了串行通信方式。采用串行總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，需要的信號路數(shù)少，能夠達(dá)到優(yōu)化衛(wèi)星電纜數(shù)量的目的，本文所設(shè)計(jì)的總線采用串行方式。

3.3 總線數(shù)據(jù)架構(gòu)

在通信衛(wèi)星平臺綜合電子系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸一般采用兩級分布式總線架構(gòu)。一級數(shù)據(jù)總線一般采用具有傳輸速率高、成熟度高的1553B 總線，用于實(shí)現(xiàn)星務(wù)計(jì)算機(jī)與各遠(yuǎn)置單元的高速數(shù)據(jù)傳輸。二級數(shù)據(jù)總線由遠(yuǎn)置單元輸出，用于實(shí)現(xiàn)各遠(yuǎn)置單元和終端設(shè)備的數(shù)據(jù)通信，適用于對通信速率、實(shí)時性要求不高的終端用戶。本文所提出的同步串行總線主要用于載荷艙轉(zhuǎn)發(fā)器分系統(tǒng)單機(jī)測控?cái)?shù)據(jù)的傳輸，對數(shù)據(jù)傳輸速率并不高，且總線網(wǎng)絡(luò)主要分布在衛(wèi)星的載荷艙，因此，從系統(tǒng)架構(gòu)的角度考慮，利用衛(wèi)星載荷艙的遠(yuǎn)置單元作為總線控制端以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)器分系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸與控制是較優(yōu)的方案。本文提出的同步串行總線分布架構(gòu)如圖3所示，總線由一臺總線控制器及多個終端載荷設(shè)備組成，其中，載荷艙遠(yuǎn)置單元為總線控制端，轉(zhuǎn)發(fā)器分系統(tǒng)的載荷設(shè)備為總線的終端設(shè)備，總線控制端通過屏蔽電纜與各終端設(shè)備相連。

圖3 同步串行總線分布架構(gòu)Fig.3 Synchronousserial bus distributed structure

為實(shí)現(xiàn)總線傳輸?shù)目煽啃?，滿足通信衛(wèi)星在軌長壽命的要求，在同步串行總線架構(gòu)的設(shè)計(jì)上需要考慮冗余備份。如圖3所示，總線控制端為冗余設(shè)計(jì)，其包含了主備兩份電路，每份電路都具備A、B兩個通道，A、B通道分別連接至同步串行總線的主份和備份。與總線控制端相同，總線終端也采用冗余設(shè)計(jì)，總線終端的主份接口和備份接口分別連接至同步串行總線的主份和備份，當(dāng)總線上主份接口出現(xiàn)故障時，總線可切換至備份接口以確保數(shù)據(jù)正常傳輸。冗余設(shè)計(jì)消除了單點(diǎn)故障失效模式，提升了總線的可靠度。

3.4 總線通信協(xié)議

通信協(xié)議是總線數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)谋ＷC與前提。為簡化總線協(xié)議的復(fù)雜度，提升總線傳輸?shù)目煽啃?，本文?yīng)用的同步串行總線工作模式設(shè)計(jì)為半雙工，指令數(shù)據(jù)與遙測數(shù)據(jù)獨(dú)立傳輸，同一時刻總線上只能傳輸指令數(shù)據(jù)或遙測數(shù)據(jù)兩者之一?？偩€信號包含：時鐘信號、指令門控信號、遙測門控信號、指令數(shù)據(jù)、遙測數(shù)據(jù)共五路信號。時鐘信號用于完成總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?，時鐘信號為收發(fā)共用，由總線控制端輸出；指令門控信號用于使能總線上傳輸?shù)闹噶顢?shù)據(jù)，由總線控制端輸出，當(dāng)總線控制端輸出串行命令數(shù)據(jù)時，該信號為高電平；遙測門控信號用于使能總線上傳輸?shù)倪b測數(shù)據(jù)，由總線控制端輸出，當(dāng)總線控制端從終端讀取遙測數(shù)據(jù)時，該信號為高電平［9］?？偪乜刂破髋c總線終端信號接口連接關(guān)系如圖4所示。

圖4 總線控制器與總線終端連接關(guān)系Fig.4 Connectionbetween bus controller and remote terminals

總線的通信機(jī)制設(shè)計(jì)為應(yīng)答響應(yīng)方式，總線的每次通信行為均由總線控制端發(fā)起，終端設(shè)備不具有自主向總線控制端發(fā)送請求命令的權(quán)限，終端設(shè)備僅根據(jù)指令數(shù)據(jù)中的地址信息來區(qū)分指令數(shù)據(jù)的有效性。

對于總線控制端而言，其輸出信號共4路，包括時鐘信號、指令數(shù)據(jù)、遙測門控信號、指令門控信號，輸入信號為遙測信號。總線控制器突發(fā)式的向各個終端設(shè)備發(fā)送指令數(shù)據(jù)，并周期性的輪詢訪問總線上的各終端設(shè)備，并獲取各終端設(shè)備返回的遙測數(shù)據(jù)，將接收到的各總線終端的遙測數(shù)據(jù)匯集后進(jìn)行組幀，將組幀后的遙測數(shù)據(jù)傳輸至星務(wù)計(jì)算機(jī)，總線控制端工作流程如圖5所示?？偩€控制端每次向總線終端傳輸?shù)闹噶顢?shù)據(jù)由兩個字節(jié)組成，指令內(nèi)容包含地址信息、指令類型信息、指令數(shù)據(jù)內(nèi)容、校驗(yàn)和等?？偩€控制端輸出總線指令數(shù)據(jù)時，總線上指令門控信號維持為高電平，遙測門控信號維持為低電平。只有當(dāng)指令使能信號和遙測使能信號同時有效時，總線指令數(shù)據(jù)才被認(rèn)為是有效的［9］。

總線終端是總線上各服務(wù)節(jié)點(diǎn)，總線終端大部分時間處于待命狀態(tài)，僅當(dāng)識別到總線控制端發(fā)送的請求命令時才處于活躍狀態(tài)。對于總線終端而言，其輸入信號共4路，包括時鐘信號、指令數(shù)據(jù)、遙測門控信號、指令門控信號，輸出信號為遙測信號?？偩€終端周期性的控制采集電路完成對終端自身各類遙測參數(shù)的采集，采集的遙測參數(shù)類型包含模擬量、溫度量、數(shù)字量等。當(dāng)總線控制端請求發(fā)送遙測數(shù)據(jù)時，總線終端按照總線通信協(xié)議將遙測數(shù)據(jù)傳輸至總線控制端；總線終端突發(fā)式的接收來自總線控制端的指令數(shù)據(jù)，并根據(jù)總線協(xié)議對指令數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性判斷，當(dāng)指令數(shù)據(jù)有效性校驗(yàn)錯誤時，則邏輯電路丟棄該錯誤數(shù)據(jù)，并將錯誤狀態(tài)保存至緩存區(qū)用于遙測下傳［9］?？偩€終端工作流程如圖6所示。

圖5 總線控制器工作流程圖Fig.5 Flow chart ofbus controller working

圖6 總線終端工作流程圖Fig.6 Flow chartof remote terminal working

總線終端每次向總線控制端返回的遙測數(shù)據(jù)長度固定，以兩個字節(jié)為最小傳輸單元?？偩€控制端接收終端遙測數(shù)據(jù)時，總線上指令使能信號維持為低電平，遙測使能信號維持為高電平，且指令使能信號在遙測使能信號置高之前變?yōu)榈碗娖?，只有?dāng)指令使能信號和遙測使能信號同時有效時，總線遙測數(shù)據(jù)才被認(rèn)為是有效的，遙測數(shù)據(jù)要先于在時鐘上升沿［9］。

3.5 總線接口電路的選擇

總線接口電路屬于總線通信的物理層范疇，接口電路主要用于實(shí)現(xiàn)總線電平信號的驅(qū)動、匹配、發(fā)送與接收，總線接口電路設(shè)計(jì)的優(yōu)劣決定了總線通信的質(zhì)量。按照總線設(shè)計(jì)的基本原則，本文所設(shè)計(jì)的同步串行總線接口電路基于TTL 標(biāo)準(zhǔn)，包含發(fā)送電路和接收電路兩部分。

總線發(fā)送電路由通用的NPN 型三極管串聯(lián)組成，能夠滿足低頻信號的傳輸要求，主要用于指令發(fā)送信號的驅(qū)動與放大，利用三極管輸出截止與飽和特性實(shí)現(xiàn)總線高低邏輯電平的輸出［6-7］。

總線接收電路主要用于對接收信號電平的匹配和整形，是基于比較器所搭建的遲滯電路，通過采用遲滯比較器對總線上接收的信號進(jìn)行整形，使信號的上升沿和下降沿變得更陡，滿足后級邏輯電路接收的要求。為了提升比較器抗噪聲干擾，引入反饋電路，使得比較器輸入信號在判別門限電壓一定范圍內(nèi)波動時，不會導(dǎo)致比較器輸出邏輯的改變，本文設(shè)計(jì)的總線接收門限為2.4 V，遲滯窗口寬度為±0.45V，使得接收電路在判別門限附近能夠抑制電壓峰峰值Vpp為0.9V 的干擾源。比較器閾值電壓的差值越大，電路的抗干擾能力越強(qiáng)，但靈敏度也隨之下降［7］。同時，在比較器電路輸入處，設(shè)計(jì)了由電阻電容組成的低通濾波器，能夠有效濾除總線上的高頻干擾分量［7，9］?？偩€接收電路原理如圖7所示。

圖7 總線接收電路原理示意Fig.7 Bus receiver schematic diagram

4 總線驗(yàn)證與應(yīng)用

根據(jù)第3節(jié)的原理設(shè)計(jì)，本文利用單片機(jī)系統(tǒng)、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）等電路，設(shè)計(jì)出了總線控制端和總線終端的驗(yàn)證電路，通過單片機(jī)、FPGA軟件完成對總線控制端和總線終端的行為模擬、工作流程模擬。總線控制端與總線終端驗(yàn)證電路如圖8所示。

圖8 總線控制端和總線終端驗(yàn)證電路Fig.8 Bus controller and bus remote terminal verification circuit

通過屏蔽電纜將總線控制端電路與30個總線終端電路相連，總線控制端輪詢的依次對每個終端電路進(jìn)行訪問，取回終端電路中預(yù)存的測試數(shù)據(jù)，并隨機(jī)發(fā)送總線數(shù)據(jù)，通過示波器監(jiān)測總線上的指令數(shù)據(jù)與遙測數(shù)據(jù)。利用原理驗(yàn)證電路完成了對總線通信時序、總線傳輸穩(wěn)定性、總線帶載能力的驗(yàn)證，在24h老練試驗(yàn)過程中，總線在工作速率50kHz的情況下，總線控制端與總線終端的數(shù)據(jù)通信穩(wěn)定，總線通信協(xié)議能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

同步串行總線已在某民用通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器分系統(tǒng)上得以應(yīng)用，衛(wèi)星通過兩條同步串行總線共實(shí)現(xiàn)整星56路LCAMP的遙測遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸，每條總線各接入28個終端設(shè)備。該同步串行總線的應(yīng)用，大幅地減少了通信艙電纜的數(shù)量，使衛(wèi)星質(zhì)量減少約25kg，有效地提升了衛(wèi)星平臺有效載荷承載能力。

5 總線技術(shù)應(yīng)用的影響分析

當(dāng)前通信衛(wèi)星發(fā)展迅速，衛(wèi)星用戶對衛(wèi)星的通信容量要求也越來越高，衛(wèi)星平臺采用總線式的標(biāo)準(zhǔn)接口有利于轉(zhuǎn)發(fā)器的擴(kuò)容，增加若干個具備總線接口的終端對于整個衛(wèi)星平臺而言代價很小，同時，總線技術(shù)的應(yīng)用也為通信艙儀器電纜布局帶來了極大便利，衛(wèi)星平臺電纜網(wǎng)的質(zhì)量也得到了大幅優(yōu)化。本文提出的同步串行總線采用標(biāo)準(zhǔn)的TTL 電平和通用的通信協(xié)議，可以推廣至轉(zhuǎn)發(fā)器分系統(tǒng)的更多單機(jī)，與SpaceBus4000平臺相仿，星載計(jì)算機(jī)通過串行總線同時還能實(shí)現(xiàn)載荷艙信標(biāo)機(jī)、測控應(yīng)答機(jī)等的數(shù)據(jù)傳輸，只要滿足總線電氣規(guī)范及總線通信協(xié)議的單機(jī)，均可以作為終端設(shè)備接入總線，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)載荷艙電纜網(wǎng)數(shù)量的精簡，提升衛(wèi)星集成度［9］。

但作為一種新型的技術(shù)，在衛(wèi)星應(yīng)用時也存在一定的技術(shù)風(fēng)險。同步串行總線將幾臺或幾十臺設(shè)備連接至一起，如果總線某一處發(fā)生斷路故障，則總線控制器將失去對從斷路點(diǎn)開始的所有終端設(shè)備的控制，因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時必須考慮總線電路、總線接口、總線電纜的冗余設(shè)計(jì)。如果總線某一處發(fā)生對結(jié)構(gòu)地短路故障，則總線控制器將失去對總線上所有終端設(shè)備的控制，為了保證正常使用，則需要將總線進(jìn)行冗余切換，必要時還需要對總線進(jìn)行電氣隔離。為實(shí)現(xiàn)總線終端的小型化，總線終端最終的邏輯控制電路一般都采用專門定制的ASIC 芯片，其功能復(fù)雜，且存在數(shù)?；旌想娐罚虼?，工藝復(fù)雜度高，芯片的系統(tǒng)驗(yàn)證工作也具有一定難度［10］。

6 結(jié)束語

本文根據(jù)大容量通信衛(wèi)星的需求，提出了一種適用于轉(zhuǎn)發(fā)器分系統(tǒng)單機(jī)測控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)耐酱锌偩€，并已在某衛(wèi)星通信艙上采用，有效地減少了電纜數(shù)量，提升了衛(wèi)星平臺的載干比，降低了衛(wèi)星發(fā)射成本，從而提高了衛(wèi)星的經(jīng)濟(jì)效益。針對新技術(shù)應(yīng)用存在的風(fēng)險，應(yīng)加強(qiáng)對總線接口可靠性設(shè)計(jì)、總線通信協(xié)議的容錯機(jī)制的研究，進(jìn)一步提升總線通信的可靠性。同時，對總線終端所采用ASIC 芯片應(yīng)加強(qiáng)驗(yàn)證，充分關(guān)注在各類環(huán)境試驗(yàn)條件下ASIC芯片的功能與性能。

（References）

［1］陳宜元.衛(wèi)星工程系列叢書-通信衛(wèi)星有效載荷技術(shù)［M］.北京：宇航出版社，2007 Chen Yiyuan.Satellite engineering-communication satellite payload technology［M］.Beijing：Astronautics Press，2007（in Chinese）

［2］閔長寧.21世紀(jì)通信衛(wèi)星的發(fā)展和新技術(shù)［C］／／衛(wèi)星通信新業(yè)務(wù)新技術(shù)學(xué)術(shù)研討會論文集.北京：中國通信學(xué)會，2006：10-16 Min Changning.Evolution and new technical of communication satellite in 21th-century［C］／／Conference on New Technology Used in Satellite Communication.Beijing：China Communication Academy，2006：10-16（in Chinese）

［3］Jean-Marie Pasquet.SPACEBUS 4000avionics：key features and first flight return，AIAA 2006-5301［R］.Washington D.C.：AIAA，2006

［4］O Gérard，G Berger.Eurostar E3000in-flight experience，AIAA 2006-5380［R］.Washington D.C.：AIAA，2006

［5］Jae-dong Choi，Jong-seok Park，Koon-ho Yang.A study for payload interface design of GEO satellite［C］／／Telecommunications Energy Conference.New York：IEEE，2009

［6］童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：高等教育出版社，2004 Tong Shibai，Hua Chengying.Foundation of analog circuit［M］.Beijing：Higher Education Press，2004 （in Chinese）

［7］周壁玉.電路分析基礎(chǔ)［M］.北京：航空工業(yè)出版社，2003 Zhou Biyu.Basis of circuit analysis［M］.Beijing：Aviation Industry Press，2003（in Chinese）

［8］姚成虎，王磊.同步串行擴(kuò)展總線接口在單片機(jī)測控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.工業(yè)儀表與自動化裝置，2004（2）：44-46 Yao Chenghu，Wang Lei.The application of a synchronous serial expanded bus interface to a single-chip computer-based measurement and control system ［J］.Industrial Instrumentation ＆ Automation，2004（2）：44-46（in Chinese）

［9］徐楠.一種用于有效載荷分系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目偩€：中國，ZL201120326416.4［P］.2012-05-09 Serial Bus used in payload subsystem data transmission：China，ZL201120326416.4［P］.2012-05-09（in Chinese）

［10］沈理.SOC／ASIC 設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和測試方法學(xué)［M］.廣州：中山大學(xué)出版社，2006 Shen Li.SOC／ASIC design，verification and test methodology［M］.Guangzhou：Zhongshan University Press，2006（in Chinese）