[发明专利]一种基于波分复用技术的星载有效载荷光总线系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于波分复用技术的星载有效载荷光总线系统，主要用于卫星有效载荷的数据通信，属于卫星平台电子系统领域。

背景技术

随着深空探测、对地观测以及遥感遥测等技术的快速发展，在空间与环境探测领域面临前所未有的机遇和挑战。空间与环境探测卫星完成的任务不仅越来越多，而且越来越复杂，其姿态和轨道控制精度要求越来越高，系统内部各个单元之间需要交换的信息量也在迅速增加，对有效载荷数据总线的带宽、码速率、可靠性和容错能力等方面提出了越来越高的要求。

目前，在空间与环境探测卫星中使用的数据总线主要采用窄线宽的同轴电缆或双绞线作为传输介质，码速率低，易受电磁干扰影响，因而不利于系统稳定性的进一步提高，很难完成空间与环境探测技术的信息处理任务。由于空间环境存在诸多电磁干扰和电磁脉冲源，使用基于电缆的总线很难满足空间与环境技术的高性能和高可靠性要求，并且无法支持高速率的数据传输。此外，在基于电缆的传统数据总线中，信息交换是由点到点的电缆完成。随着设备的不断增加，电缆在空间与环境探测卫星内布线复杂、占用空间大、质量大，这些问题成为限制空间与环境探测技术进一步发展的瓶颈，急需要采用新型传输媒质代替电缆。利用光纤传输介质来取代屏蔽双绞线以及电缆，是一种非常有效的解决途径。

MIL-STD-1773是1553B的光纤版，颁发于1987年。1773总线在通信协议、吞吐量、总线终端定义、总线长度等方面与1553B总线标准定义完全相同，重要的区别就是采用光纤作为传输介质，用光收/发器替换电总线中的电收/发器。这种方案的优点是它具有抗电磁干扰、重量轻、传输输率高、功耗低、无辐射及故障隔离性好等优点。AS1773为MIL-STD-1773标准的改进版，1995年由SAE颁布。该标准允许数据以20Mbps和1Mbps两种速率进行传输。AS1773保持了向下的兼容性，适用于新旧终端共存的应用环境。然而，对于新型有效载荷而言1773总线的带宽仍然不够，且采用星型耦合器，存在单点失效的风险，可靠性较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于波分复用技术的星载有效载荷光总线系统，主要针对卫星有效载荷器之间信息流交互而开展的系统设计，解决总线的传输带宽低、电磁干扰、星内布线复杂、占用空间大、质量大等问题，在解决有效载荷数据的上行与下行的同时不影响其他载荷的通信。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种基于波分复用技术的星载有效载荷光总线系统，该系统包括光纤环I、光纤环II、控制器A、控制器B和n个有效载荷，控制器A与控制器B互为备份，在某一时间点只有一个控制器被星务计算机设置为当班控制器；当班控制器通过无线通信方式对有效载荷的数据通信进行管理、控制；当其中一个光纤环出现故障时，当班控制器将工作总线切换到令一个光纤环上；有效载荷数据通过激光信号接入光纤环，按照光传输方向编辑有效载荷序号，有效载荷包含激光发射器、激光接收器和可调谐滤波器，其中可调谐滤波器用于控制激光接收器的输入波长；不同有效载荷采用不同波长传输数据，有效载荷k发射的激光信号的波长为λ_k，实现载荷数据上行；当班控制器通过无线方式向有效载荷发送控制指令，可调谐滤波器根据控制指令从光纤环上选取特定的波长进入激光接收器，实现载荷数据下行；

该系统的工作流程为：

①系统在上电后完成初始化，在初始化的过程中当班控制器依次与所有的有效载荷通信，获取并存储有效载荷的状态，并进行光总线状态检查；

②假设完成初始化的时刻为0，在每个周期T内，当班控制器为每个有效载荷分配一个时隙,在相应的时隙范围内当班控制器与有效载荷通过无线通信方式协调光总线的通信；

③有效载荷i需要向有效载荷j发送数据时，首先有效载荷i在当班控制器所分配的时隙内向当班控制器发出发送数据请求；当班控制器检测有效载荷j的状态，判断有效载荷j是否正在接收数据或故障，如果是，则发送数据请求不被允许，通知有效载荷i先不要发送数据，否则，发送数据请求被允许，则通知有效载荷i发送数据和有效载荷j接收数据；此后，有效载荷i发射激光信号的波长为λ_i，有效载荷j接收信号的波长为λ_i；当完成数据传输后，有效载荷j向当班控制器反馈，更新其状态；