何熊文 李楠 徐勇 郭堅(jiān)

(1 北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094)(2 海裝天津局，北京 100073)

隨著我國(guó)綜合國(guó)力的增強(qiáng)和航天技術(shù)的進(jìn)步，軍用和民用方面都對(duì)航天器的智能化、網(wǎng)絡(luò)化提出了迫切的需求，要求航天器“好用、易用、管用”。軍用方面要求航天器具備在軌目標(biāo)識(shí)別和情報(bào)生成、自主任務(wù)規(guī)劃、信息實(shí)時(shí)傳送、打擊評(píng)估等能力。民用方面要求航天器提升操控性和自主管理能力，減少地面運(yùn)行維護(hù)的負(fù)擔(dān)。航天器綜合電子系統(tǒng)作為航天器的大腦和神經(jīng)中樞，是支撐上述能力實(shí)現(xiàn)的核心。

國(guó)外有代表性的航天器綜合電子系統(tǒng)包括阿斯特留姆(Astrium)公司的通信衛(wèi)星平臺(tái)“阿爾法”(Alphabus)[1]、美國(guó)“獵戶座”飛船電子系統(tǒng)[2]、ESA正在研發(fā)的空間綜合電子開(kāi)放接口體系架構(gòu)(SAVOIR)[3]等。其主要技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)為：在體系結(jié)構(gòu)方面，向分布式綜合方向發(fā)展；在功能方面，向提升自主管理能力、網(wǎng)絡(luò)管理能力方向發(fā)展；在信息方面，向協(xié)議、總線和接口標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展；在硬件方面，向模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、輕小型化方向發(fā)展；在軟件方面，向分層軟件體系結(jié)構(gòu)及構(gòu)件化設(shè)計(jì)方向發(fā)展。

國(guó)內(nèi)航天器綜合電子系統(tǒng)經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，在技術(shù)上取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步，為航天器智能化、網(wǎng)絡(luò)化構(gòu)建了所必需的通信能力、計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力[4]，并在遙感、導(dǎo)航、深空、通信等領(lǐng)域應(yīng)用上獲得了明顯的成果。但與用戶需求相比，已有的綜合電子系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)處理能力、總線及信息傳輸能力、網(wǎng)絡(luò)通信能力等方面仍然存在差距。本文針對(duì)上述差距，結(jié)合國(guó)內(nèi)外綜合電子系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)國(guó)內(nèi)智能化航天器綜合電子系統(tǒng)需求進(jìn)行分析，提出了一種體系架構(gòu)，并對(duì)其中應(yīng)用的主要技術(shù)進(jìn)行闡述，可為未來(lái)智能化航天器綜合電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提供參考。

1 智能化航天器綜合電子系統(tǒng)需求分析

綜合電子系統(tǒng)作為智能化航天器的電子信息基礎(chǔ)支撐平臺(tái)，其需求主要體現(xiàn)在服務(wù)用戶使用、支撐平臺(tái)及載荷設(shè)備兩個(gè)維度。

1.1 服務(wù)用戶使用的智能化需求

智能化航天器綜合電子系統(tǒng)除具備傳統(tǒng)遙測(cè)、遙控、內(nèi)務(wù)管理、時(shí)間管理、熱控管理、能源管理、解鎖與轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)管理等常規(guī)需求[5]外，圍繞用戶“好用、易用、管用”需求，一般還應(yīng)具備如下智能化及網(wǎng)絡(luò)化相關(guān)需求。

(1)支持航天器自主任務(wù)規(guī)劃。用戶僅注入要觀測(cè)的目標(biāo)地名或目標(biāo)區(qū)域位置數(shù)據(jù)，航天器就能根據(jù)當(dāng)前軌道、姿態(tài)、能源、熱控、數(shù)傳、存儲(chǔ)等約束條件，自動(dòng)規(guī)劃?rùn)C(jī)動(dòng)路徑、相機(jī)拍照、數(shù)據(jù)下行等動(dòng)作，自主產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的指令并調(diào)度各分系統(tǒng)執(zhí)行，不需要地面干預(yù)，從而使地面操作大為簡(jiǎn)化，提升航天器的易用性。

(2)支持航天器自主健康管理。綜合電子系統(tǒng)對(duì)各分系統(tǒng)產(chǎn)生的大量原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，平時(shí)只下傳航天器健康與否的狀態(tài)，以及極少量的關(guān)鍵參數(shù)；具備一定的故障預(yù)報(bào)能力，在有故障前預(yù)警，自主對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行快速采集并下傳至地面；在發(fā)生故障時(shí)，可以快速下傳事件報(bào)告，并定位故障和進(jìn)行自主重構(gòu)和恢復(fù)，能大幅減輕地面運(yùn)行維護(hù)的負(fù)擔(dān)。

(3)支持天地一體化網(wǎng)絡(luò)。用戶可以實(shí)時(shí)獲取所需要的信息，多個(gè)航天器間可以進(jìn)行協(xié)同工作。例如：高軌普查衛(wèi)星可以通過(guò)星間網(wǎng)絡(luò)為低軌詳查衛(wèi)星提供目標(biāo)指引，實(shí)現(xiàn)協(xié)同；兩者都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將信息實(shí)時(shí)下傳至地面，為用戶提供更好的服務(wù)，提升衛(wèi)星的好用性。

(4)支持航天器信息實(shí)時(shí)處理。航天器可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，對(duì)多種信息進(jìn)行融合，形成情報(bào)下傳至地面用戶。

(5)支持軟件定義航天器。航天器上提供基礎(chǔ)平臺(tái)，隨著技術(shù)的更新，用戶可以方便地更新航天器上的算法及軟件，也可以上注不同的APP，實(shí)現(xiàn)軟件定義航天器，提高用戶使用的靈活性。

1.2 支撐平臺(tái)及載荷設(shè)備的多樣化需求

智能化航天器綜合電子系統(tǒng)一般應(yīng)在以下幾個(gè)方面對(duì)平臺(tái)及載荷設(shè)備提供支撐。

(1)提供統(tǒng)一的接口和協(xié)議，支撐各設(shè)備傳輸不同速率、不同種類、不同傳輸服務(wù)質(zhì)量要求的數(shù)據(jù)，支持設(shè)備靈活添加和移除，而不用改變現(xiàn)有平臺(tái)軟件或硬件。

(2)提供靈活的信息共享機(jī)制，支持信息訂閱/發(fā)布模式，設(shè)備可以很方便地從平臺(tái)獲取所需要的信息，而不用關(guān)注信息的發(fā)布者，發(fā)布信息時(shí)也不用關(guān)注信息的接收者。

(3)提供高性能的計(jì)算和處理平臺(tái)，根據(jù)設(shè)備所具備的能力，提供設(shè)備信息的包裝、壓縮、存儲(chǔ)、目標(biāo)信息提取、信息融合等多級(jí)別的處理功能。

2 智能化航天器綜合電子系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)智能化航天器綜合電子系統(tǒng)的需求，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有綜合電子系統(tǒng)的差距主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)器載計(jì)算機(jī)處理能力難以適應(yīng)智能化處理需求。為支撐新的應(yīng)用需求，現(xiàn)有地面應(yīng)用的任務(wù)規(guī)劃、目標(biāo)識(shí)別、網(wǎng)絡(luò)管理等算法未來(lái)將由航天器執(zhí)行，對(duì)器載計(jì)算機(jī)的處理能力提出了新的要求。目前，器載處理器受制于處理能力的限制，如目前廣泛使用的國(guó)產(chǎn)宇航BM3803處理器，按照最大的100 MHz主頻配置處理能力，也只有86百萬(wàn)條指令每秒(MIPS)，與支持智能化、網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用算法需要的計(jì)算能力相比，仍存在較大差距。

(2)現(xiàn)有總線及信息傳輸能力難以滿足智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展需求。未來(lái)，智能化處理需要載荷與多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行高速信息交換，其速率高達(dá)幾吉比特每秒，甚至幾十吉比特每秒，要求圖像獲取設(shè)備與信息處理設(shè)備之間有高速的信息傳輸通道?，F(xiàn)有高速接口大多為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，無(wú)法滿足網(wǎng)絡(luò)化的信息交換需求，已經(jīng)應(yīng)用的支持網(wǎng)絡(luò)的總線(如SpaceWire)速率最大只有200 Mbit/s，也難以滿足需求。

(3)天地一體化網(wǎng)絡(luò)通信能力不足。為了支持信息的實(shí)時(shí)下傳及多個(gè)航天器智能化協(xié)同工作，航天器需要具備器間聯(lián)網(wǎng)能力，并需要配套的天地一體化網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、硬件、軟件支持。在協(xié)議層面，國(guó)內(nèi)大多數(shù)航天器中應(yīng)用的空間通信協(xié)議主要采用空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(huì)(CCSDS)空間鏈路業(yè)務(wù)領(lǐng)域的協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)層及以上層支持不足，無(wú)法滿足組網(wǎng)通信需求。在硬件層面，現(xiàn)有的航天器大多缺乏器間網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的設(shè)備，或者即使有，其速率也難以滿足要求。在軟件層面，也缺乏對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的支持。

針對(duì)上述差距，智能化航天器綜合電子系統(tǒng)在現(xiàn)有綜合電子系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，主要通過(guò)升級(jí)處理器、增加高速信息處理及器間網(wǎng)絡(luò)路由等新的硬件模塊、增加網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、增加配套軟件構(gòu)件等手段進(jìn)行改進(jìn)。設(shè)計(jì)完成的智能化航天器綜合電子系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

注：PUS為遙控和遙測(cè)包應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)；TTE為時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)；DTN為容延遲網(wǎng)絡(luò)；BSP為板級(jí)支持包；SRIO為串行RapidIO總線；TCP為傳輸控制協(xié)議；IP為因特網(wǎng)協(xié)議。圖1 智能化航天器綜合電子系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.1 Intelligent spacecraft avionics system architecture

總體架構(gòu)以14種標(biāo)準(zhǔn)硬件模塊為基礎(chǔ)，可根據(jù)不同航天器的需求，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)硬件模塊組裝形成單機(jī)，進(jìn)而構(gòu)成系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)硬件模塊中的通用計(jì)算機(jī)模塊是整個(gè)智能化航天器綜合電子系統(tǒng)的管理核心，可通過(guò)多個(gè)通用計(jì)算機(jī)模塊構(gòu)成支持重構(gòu)和任務(wù)遷移的分布式計(jì)算系統(tǒng)，為各類智能化應(yīng)用提供硬件運(yùn)行平臺(tái)。智能化航天器綜合電子系統(tǒng)的軟件運(yùn)行于通用計(jì)算機(jī)模塊中，采用分層的體系架構(gòu)，每一層包含若干個(gè)軟件構(gòu)件，不同航天器可根據(jù)需求對(duì)軟件構(gòu)件進(jìn)行組裝。智能化航天器綜合電子系統(tǒng)各模塊之間、系統(tǒng)與外部設(shè)備之間，采用標(biāo)準(zhǔn)的接口和協(xié)議實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。

下面從3個(gè)方面對(duì)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

2.1 硬件模塊化設(shè)計(jì)

硬件模塊化設(shè)計(jì)重點(diǎn)針對(duì)未來(lái)在軌智能信息處理和網(wǎng)絡(luò)互連，其設(shè)計(jì)思想體現(xiàn)在：①統(tǒng)一。對(duì)多領(lǐng)域航天器綜合電子系統(tǒng)進(jìn)行功能模塊的統(tǒng)一設(shè)計(jì)。②優(yōu)化。通過(guò)頂層規(guī)劃實(shí)現(xiàn)成本、復(fù)雜度、性能、可靠性的結(jié)構(gòu)最優(yōu)化設(shè)計(jì)。③標(biāo)準(zhǔn)。在構(gòu)架、協(xié)議、接口等方面采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品、服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化。④靈活。軟件定義功能、模塊組合定義設(shè)備、交換互聯(lián)定義拓?fù)湓O(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的靈活性，支持靈活裁剪或功能擴(kuò)展，支持在軌的軟件定義和拓?fù)渲貥?gòu)。⑤高速。以高性能的多核處理器、高速網(wǎng)絡(luò)提供智能化應(yīng)用計(jì)算平臺(tái)。模塊化設(shè)計(jì)需要解決總線選型和標(biāo)準(zhǔn)模塊劃分兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

1)總線選型

國(guó)內(nèi)常用的內(nèi)總線有自定義并行總線及ARINC659總線，國(guó)外則以緊湊型外設(shè)組件互聯(lián)(CPCI)總線為主，都滿足不了1～100 Gbit/s的高速載荷互聯(lián)需求。SRIO[6]具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活、節(jié)點(diǎn)數(shù)量可擴(kuò)展、傳輸延遲小、協(xié)議開(kāi)銷小、碼率低、支持服務(wù)質(zhì)量(QoS)等多種特性，且其3.0版本最高傳輸速率達(dá)到10.312 5 Gbit/s(單路)，能通過(guò)多路組成通道獲得80 Gbit/s及160 Gbit/s的速率，可以滿足100 Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸需求，因此可選用SRIO作為設(shè)備內(nèi)高速載荷信息處理模塊之間的互聯(lián)總線。此外，為保證可靠性，可同時(shí)繼承原有的ARINC659總線作為控制總線。

外總線選型方面，1553B總線1 Mbit/s的速率無(wú)法滿足航天器智能化數(shù)據(jù)交換的需求，SpaceWire總線速率雖然達(dá)到200 Mbit/s，卻無(wú)法提供時(shí)間確定的傳輸特性。而TTE[7]可達(dá)到同時(shí)兼容1553B、SpaceWire、1394B等多種總線的應(yīng)用效果，且被美國(guó)確定為統(tǒng)一平臺(tái)及載荷信息的高速總線，于2015年在美國(guó)“獵戶座”飛船上應(yīng)用。因此，在外總線上可以選用TTE總線作為1 Gbit/s以下速率的高可靠總線。同時(shí)，為滿足1～100 Gbit/s傳輸需求，可繼續(xù)選用SRIO進(jìn)行局部網(wǎng)絡(luò)高速載荷數(shù)據(jù)互聯(lián)。

2)標(biāo)準(zhǔn)模塊劃分

結(jié)合航天器智能化、網(wǎng)絡(luò)化的新需求，相比我國(guó)現(xiàn)有的綜合電子系統(tǒng)9種標(biāo)準(zhǔn)模塊[4]，重點(diǎn)提升通用計(jì)算機(jī)模塊的處理能力，用于實(shí)現(xiàn)自主任務(wù)規(guī)劃、自主健康管理、載荷管理、航天器間網(wǎng)絡(luò)管理等新功能，解決前面提到的計(jì)算機(jī)處理能力不足的問(wèn)題。增加高速信息處理模塊，用于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別、信息融合等航天器上信息實(shí)時(shí)處理功能。升級(jí)總線與時(shí)間同步模塊，支持更高速的總線，解決現(xiàn)有總線及信息傳輸能力不足的問(wèn)題。增加器間網(wǎng)絡(luò)路由模塊和器內(nèi)高速交換模塊，用于實(shí)現(xiàn)航天器間路由及航天器內(nèi)高速數(shù)據(jù)交換，支持天地一體化網(wǎng)絡(luò)，解決天地一體化網(wǎng)絡(luò)通信能力不足的問(wèn)題。最終，形成(9+5)種標(biāo)準(zhǔn)化功能模塊，從類型上又可分為計(jì)算與存儲(chǔ)類、網(wǎng)絡(luò)類、接口(IO)類，詳見(jiàn)表1。

表1 智能化航天器綜合電子系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化功能模塊

各類航天器可以根據(jù)需求，應(yīng)用上述模塊進(jìn)行組裝，形成所需要的綜合電子系統(tǒng)。面向智能化遙感衛(wèi)星的一種綜合電子系統(tǒng)硬件組成示意見(jiàn)圖2，各設(shè)備內(nèi)的通用計(jì)算機(jī)可組成分布式的計(jì)算平臺(tái)，結(jié)合智能信息處理單元內(nèi)部的高速信息處理模塊，共同提供各種智能化的算法處理。通過(guò)星間路由器實(shí)現(xiàn)多個(gè)航天器聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)TTE交換機(jī)實(shí)現(xiàn)星內(nèi)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)。

2.2 業(yè)務(wù)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

業(yè)務(wù)和協(xié)議方面，通過(guò)應(yīng)用CCSDS空間鏈路業(yè)務(wù)(SLS)、航天器接口業(yè)務(wù)(SOIS)[8]、空間網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)業(yè)務(wù)(SIS)及歐洲航天標(biāo)準(zhǔn)化組織(ECSS)的PUS[9]等多種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)綜合電子系統(tǒng)內(nèi)部各模塊之間、航天器內(nèi)部綜合電子系統(tǒng)與其他分系統(tǒng)之間、本航天器與其他航天器之間的標(biāo)準(zhǔn)化通信，支持天地一體化網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、信息靈活共享及設(shè)備即插即用。在現(xiàn)有的綜合電子系統(tǒng)業(yè)務(wù)及協(xié)議體系架構(gòu)[5]的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)圍繞航天器在智能化、網(wǎng)絡(luò)化的需求對(duì)業(yè)務(wù)及協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)展。

(1)在應(yīng)用層增加自主任務(wù)規(guī)劃、載荷管理、器間網(wǎng)絡(luò)管理等智能化應(yīng)用，提升航天器的好用性和易用性。

(2)在傳遞層(包含傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層)考慮天地一體化的應(yīng)用需求，增加改進(jìn)TCP/用戶數(shù)據(jù)報(bào)(UDP)/IP、開(kāi)放式最短路徑優(yōu)先(OSPF)路由協(xié)議、動(dòng)態(tài)接入?yún)f(xié)議等的支持，經(jīng)由IP通過(guò)CCSDS(IP over CCSDS，IPoC)協(xié)議支持IP在空間鏈路的傳輸，同時(shí)器內(nèi)網(wǎng)絡(luò)也采用IP協(xié)議傳輸，在網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)器內(nèi)、器間的統(tǒng)一，達(dá)到器內(nèi)、器間一體化聯(lián)網(wǎng)的目的?？紤]到深空高延遲、高動(dòng)態(tài)、鏈路頻繁中斷的特點(diǎn)，增加DTN協(xié)議簇中利克萊德傳輸協(xié)議(LTP)的支持。

(3)在亞網(wǎng)層(包含數(shù)據(jù)鏈路層和物理層)器載鏈路增加對(duì)TTE、SRIO等高速總線的支持，以形成低速、實(shí)時(shí)、高可靠、高確定性的平臺(tái)信息與高速、非實(shí)時(shí)、突發(fā)的載荷信息統(tǒng)一傳輸。

圖3為業(yè)務(wù)及協(xié)議體系架構(gòu)。其中：AMS為異步消息業(yè)務(wù)；BP為束協(xié)議；AOS為高級(jí)在軌系統(tǒng)；TC為遙控；TM為遙測(cè)；DS為串行數(shù)字量；ML為存儲(chǔ)器加載。以圖2中智能化遙感衛(wèi)星綜合電子系統(tǒng)硬件組成為例，地面站與衛(wèi)星各設(shè)備之間的信息交互示例如圖4所示。

2.3 軟件分層及構(gòu)件化設(shè)計(jì)

在現(xiàn)有綜合電子系統(tǒng)軟件體系架構(gòu)的基礎(chǔ)上，融入第2.2節(jié)業(yè)務(wù)及協(xié)議體系架構(gòu)中新的功能、業(yè)務(wù)及協(xié)議構(gòu)件，形成如圖1中通用計(jì)算機(jī)模塊中包含的綜合電子系統(tǒng)軟件體系架構(gòu)(由操作系統(tǒng)層、中間件層、應(yīng)用層組成)。操作系統(tǒng)層重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)時(shí)間、空間的分區(qū)隔離機(jī)制，中間件層內(nèi)部分為應(yīng)用支持層、傳遞層、亞網(wǎng)層，將CCSDS、ECSS等多種標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)和協(xié)議通過(guò)軟件構(gòu)件予以實(shí)現(xiàn)。構(gòu)件采用統(tǒng)一的接口，包含初始化接口、對(duì)外提供的接口、使用的接口、配置接口等，支持通過(guò)軟件構(gòu)件組裝和按需配置快速形成應(yīng)用軟件，提高軟件的開(kāi)發(fā)效率。另外，通過(guò)中間件中提供的通用業(yè)務(wù)和協(xié)議，應(yīng)用層的各類系統(tǒng)功能應(yīng)用軟件及用戶APP可以調(diào)用中間件的接口，實(shí)現(xiàn)信息共享、數(shù)據(jù)獲取與分發(fā)、時(shí)間訪問(wèn)、網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)等功能，而開(kāi)發(fā)人員無(wú)需關(guān)注其如何實(shí)現(xiàn)，從而將其主要精力集中在與智能化相關(guān)的算法開(kāi)發(fā)上，提高軟件的開(kāi)發(fā)效率。

3 可行性和優(yōu)勢(shì)分析

3.1 可行性分析

本文設(shè)計(jì)的智能化航天器綜合電子系統(tǒng)體系架構(gòu)中的大部分硬件模塊、軟件構(gòu)件，都已通過(guò)前期的研發(fā)及工程任務(wù)進(jìn)行了原理實(shí)現(xiàn)，協(xié)議體系中的協(xié)議均采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)可在此基礎(chǔ)上將新的硬件模塊、軟件構(gòu)件、協(xié)議等予以實(shí)現(xiàn)和集成，即可構(gòu)成智能化航天器綜合電子系統(tǒng)，因而具備工程實(shí)施的可行性。智能化航天器綜合電子系統(tǒng)將在硬件、軟件兩方面滿足前面提到的服務(wù)用戶使用、支撐平臺(tái)及載荷設(shè)備兩個(gè)維度的需求，用戶需求對(duì)照詳見(jiàn)表2。

表2 用戶需求與智能化航天器綜合電子系統(tǒng)硬件、軟件對(duì)照

3.2 優(yōu)勢(shì)分析

本文提出的智能化航天器綜合電子系統(tǒng)體系架構(gòu)，相比現(xiàn)有的綜合電子系統(tǒng)體系架構(gòu)，其主要優(yōu)勢(shì)如下。

(1)硬件模塊中增加了5類通用模塊，可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別、器間高速路由、星內(nèi)高速交換等新的功能；

(2)操作系統(tǒng)中增加了分時(shí)分區(qū)的新功能，可實(shí)現(xiàn)按需動(dòng)態(tài)加載APP；

(3)中間件中增加了TTE驅(qū)動(dòng)、改進(jìn)TCP、UDP、IP、DTN等新的軟件構(gòu)件，在可靠傳輸、網(wǎng)絡(luò)路由、容延遲容中斷傳輸?shù)确矫嫣峁┬碌墓δ埽?/p>

(4)應(yīng)用層軟件中增加了自主任務(wù)規(guī)劃、器間網(wǎng)絡(luò)管理等新的功能，可提升航天器的智能化、網(wǎng)絡(luò)化能力；

(5)協(xié)議體系支持CCSDS空間網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、器內(nèi)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及地面互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議融合，為天地一體化網(wǎng)絡(luò)通信提供支撐。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的智能化航天器綜合電子系統(tǒng)，能從服務(wù)用戶和支持平臺(tái)及載荷的角度提供更強(qiáng)的功能和性能，提供高性能的計(jì)算和處理平臺(tái)，支持高速數(shù)據(jù)傳輸，支持器內(nèi)、器間一體化聯(lián)網(wǎng)，支持載荷信息融合等智能化處理，支持自主任務(wù)規(guī)劃、自主健康管理等各類智能化應(yīng)用的加載，將有力提升航天器的智能化、網(wǎng)絡(luò)化能力，提升航天器的好用性和易用性。本文體系架構(gòu)中提到的TTE總線、RapidIO總線綜合應(yīng)用，還需要進(jìn)一步驗(yàn)證，另外，與智能自主管理相關(guān)的各類算法等還有待進(jìn)一步研究。在該體系架構(gòu)的基礎(chǔ)上，后續(xù)還可以通過(guò)應(yīng)用人工智能芯片提升單個(gè)航天器內(nèi)部通用計(jì)算機(jī)模塊的計(jì)算能力，通過(guò)將人工智能算法與自主任務(wù)規(guī)劃、自主健康管理等需求相結(jié)合，提升航天器在智能規(guī)劃、決策、故障預(yù)測(cè)與處置方面的能力，通過(guò)群體智能等技術(shù)實(shí)現(xiàn)多個(gè)航天器的智能組網(wǎng)協(xié)同，提升系統(tǒng)的整體應(yīng)用效能。