一種衛(wèi)星系統(tǒng)級抗輻照系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航天器電子設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種衛(wèi)星系統(tǒng)級抗輻照系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在航天器的設(shè)計中，元器件的抗輻照設(shè)計是電子設(shè)計中的最為關(guān)注的一點。一般來說需要元器件具有較強的抗單粒子能力，尤其是對主控制計算機要求較高。因此要求主控制計算機采用較高等級的元器件。但是，較高等級的元器件，價格較貴且很難采購，造成衛(wèi)星研制成本高、周期長。
[0003]因此，需要提供一種衛(wèi)星抗輻照方式，使得衛(wèi)星可以采用低等級的元器件，降低衛(wèi)星成本、重量以及功耗，縮短衛(wèi)星研制周期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)中衛(wèi)星抗輻照設(shè)計存在的技術(shù)問題，提供一種衛(wèi)星系統(tǒng)級抗輻照系統(tǒng)及方法，使得衛(wèi)星可以部分采用低等級的元器件，降低衛(wèi)星成本、重量以及功耗，縮短衛(wèi)星研制周期。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種衛(wèi)星系統(tǒng)級抗輻照系統(tǒng)，包括設(shè)置在底板上的安全模式管理芯片以及正常模式處理芯片；所述安全模式管理芯片，用于進行衛(wèi)星系統(tǒng)模式中安全模式下的工作處理以及對正常模式處理芯片中各元器件進行斷電以及喚醒管理，其中，在安全模式下衛(wèi)星有效載荷或數(shù)據(jù)傳輸不工作且衛(wèi)星采用對日定向設(shè)計；所述正常模式處理芯片，用于與所述安全模式管理芯片配合進行衛(wèi)星系統(tǒng)模式中正常模式下的工作處理；其中，在衛(wèi)星有效載荷或數(shù)據(jù)傳輸不工作時，所述安全模式管理芯片將正常模式處理芯片中的各元器件斷電，將衛(wèi)星系統(tǒng)置于安全模式；在衛(wèi)星需要工作時，所述安全模式管理芯片喚醒所述正常模式處理芯片中的各元器件，將衛(wèi)星系統(tǒng)置于正常模式。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種衛(wèi)星系統(tǒng)級抗輻照方法，適用于本發(fā)明所述的衛(wèi)星系統(tǒng)級抗輻照系統(tǒng)，包括:(I)在衛(wèi)星系統(tǒng)模式中加入安全模式，其中，在安全模式下衛(wèi)星有效載荷或數(shù)據(jù)傳輸不工作且衛(wèi)星采用對日定向設(shè)計；(2)在衛(wèi)星有效載荷或數(shù)據(jù)傳輸不工作時，安全模式管理芯片將正常模式處理芯片中的各元器件斷電，將衛(wèi)星系統(tǒng)置于安全模式；(3)在衛(wèi)星需要工作時，所述安全模式管理芯片喚醒所述正常模式處理芯片中的各元器件，將衛(wèi)星系統(tǒng)置于正常模式。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點在于:針對低軌一般壽命的衛(wèi)星在系統(tǒng)級、部組件級、元器件級采用綜合管理的辦法，使得衛(wèi)星可以部分采用低等級的元器件，降低衛(wèi)星成本、重量以及功耗，縮短衛(wèi)星研制周期。
【附圖說明】
[0008]圖1，本發(fā)明所述的衛(wèi)星系統(tǒng)級抗輻照系統(tǒng)一實施例的架構(gòu)示意圖；圖2，本發(fā)明所述的衛(wèi)星系統(tǒng)級抗輻照方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的衛(wèi)星系統(tǒng)級抗輻照系統(tǒng)及方法做詳細說明。
[0010]參考圖1，本發(fā)明所述的衛(wèi)星系統(tǒng)級抗輻照系統(tǒng)一實施例的架構(gòu)示意圖，所述系統(tǒng)包括設(shè)置在底板10上的安全模式管理芯片12以及正常模式處理芯片14。
[0011]所述安全模式管理芯片12，用于進行衛(wèi)星系統(tǒng)模式中安全模式下的工作處理以及對正常模式處理芯片14中各元器件進行斷電以及喚醒管理。其中，在安全模式下衛(wèi)星有效載荷或數(shù)據(jù)傳輸不工作且衛(wèi)星采用對日定向設(shè)計。
[0012]具體而言，在安全模式下，衛(wèi)星采用對日定向設(shè)計保證系統(tǒng)能源；同時，衛(wèi)星有效載荷或數(shù)據(jù)傳輸不工作，因此對衛(wèi)星的姿態(tài)要求較低，使得對運算的算法要求也降低，部分單機(例如，正常模式處理芯片14中各元器件)處在關(guān)機狀態(tài)，僅所述安全模式管理芯片12中的各元器件處于工作狀態(tài)完成安全模式對應(yīng)的相應(yīng)工作，以節(jié)約系統(tǒng)能源以及遙測遙控資源。如圖1，所述安全模式管理芯片12中的元器件可以包括:FPGA(作為安全模式管理芯片12主處理器)、晶振、復(fù)位芯片、JTAG、164245芯片，LDO內(nèi)核、LDO接口以及模擬開關(guān)、運放、AD芯片、磁力矩器驅(qū)動等。其中，JTAG(Joint Test Act1n Group ;聯(lián)合測試工作組)是一種國際標準測試協(xié)議(IEEE 1149.1兼容)，主要用于芯片內(nèi)部測試。
[0013]所述正常模式處理芯片14，用于與所述安全模式管理芯片12配合進行衛(wèi)星系統(tǒng)模式中正常模式下的工作處理。也即正常模式下，可以進行衛(wèi)星的所有工作。如圖1，正常模式處理芯片14中的元器件可以包括:正常模式處理芯片14的主處理模塊、164245芯片、RS422 LVDS、CAN、AD芯片、磁驅(qū)動芯片、電磁閥驅(qū)動，LDO內(nèi)核、LDO接口以及多個SRAM(Static RAM，靜態(tài)隨機存儲器)等。
[0014]具體而言，結(jié)合衛(wèi)星系統(tǒng)模式設(shè)計，在系統(tǒng)模式中加入安全模式；在衛(wèi)星有效載荷或數(shù)據(jù)傳輸不工作時，所述安全模式管理芯片12將正常模式處理芯片14中的各元器件斷電，將衛(wèi)星系統(tǒng)置于安全模式；在衛(wèi)星需要工作時，所述安全模式管理芯片12喚醒所述正常模式處理芯片14中的各元器件，將衛(wèi)星系統(tǒng)置于正常模式。當衛(wèi)星不工作時，利用安全模式管理芯片12對正常模式處理芯片14中各元器件的供配電進行管理，例如，在系統(tǒng)進入安全模式時，安全模式管理芯片12可以對正常模式處理芯片14中各元器件徹底斷電。系統(tǒng)進入安全模式后若正常模式處理芯片14中有低等級元器件發(fā)生閂鎖，安全模式管理芯片12可以解除閂鎖。
[0015]作為可選的實施方式，所述安全模式管理芯片12利用LDO對所述正常模式處理芯片14中的各元器件進行斷電以及喚醒管理。其中，LDO (low dropout regulator)是一種低壓差線性穩(wěn)壓器電源轉(zhuǎn)換芯片。如圖1所示，安全模式管理芯片12的FPGA使能控制正常模式處理芯片14中各元器件是否工作。圖中LDO 1.2V內(nèi)核、LDO 2.5V內(nèi)核、LDO 3.3V內(nèi)核、LDO 2.5V接口等中的這些不同電壓表示為其后面的元器件進行加電的電壓。因為有的元器件需要多種不同電壓，所以有多個LDO控制。
[0016]在安全模式下，安全模式管理芯片12對正常模式處理芯片14中的存儲器可以采用EDAC (Error Detect1n And Correct1n，錯誤檢測與糾正)技術(shù)判斷其是否存在錯誤，若為錯誤芯片則對其進行斷電處理。
[0017]在一些電磁環(huán)境比較惡劣的情況下，一些大規(guī)模集成電路常常會受到干擾，導(dǎo)致不能正常工作。特別是像RAM這種利用雙穩(wěn)態(tài)進行存儲的器件，往往會在強干擾下發(fā)生翻轉(zhuǎn)，使原來存儲的"O"變?yōu)?1"，或者〃1"變?yōu)?0"，造成的后果往往是很嚴重的。例如導(dǎo)致一些控制程序跑飛，存儲的關(guān)鍵數(shù)據(jù)出錯等等?，F(xiàn)在，隨著芯片集成度的增加，發(fā)生錯誤的可能性也在增大。在一些特定的應(yīng)用中，這已經(jīng)成為一個不能忽視的問題。例如在空間電子應(yīng)用領(lǐng)域，單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)就成為困擾設(shè)計師的一個難題。
[0018]在這種情況下，我們可以采用EDAC電路來有效地減少或避免這種情況的出現(xiàn)。根據(jù)檢錯、糾錯的原理，主要思想是在數(shù)據(jù)寫入時，根據(jù)寫入的數(shù)據(jù)生成一定位數(shù)的校驗碼，與相應(yīng)的數(shù)據(jù)一起保存起來；當讀出時，同時也將校驗碼讀出，進行判決。如果出現(xiàn)一位錯誤則自動糾正，將正確的數(shù)據(jù)送出，并同時將改正以后的數(shù)據(jù)回寫覆蓋原來錯誤的數(shù)據(jù)；如果出現(xiàn)兩位錯誤則產(chǎn)生中斷報告，通知CPU進行異常處理。所有這一切動作都是靠硬件設(shè)計自動完成的，具有實時性和自動完成的特點。通過這樣的EDAC電路，能大大提高系統(tǒng)的抗干擾能力，從而提高系統(tǒng)的可靠性。
[0019]作為可選的實施方式，定義一元器件等級標準，高于所述元器件等級標準的為高等級元器件，低于所述元器件等級標準的為低等級元器件；所述安全模式管理芯片12中的部分元器件采用高等級元器件，所述正常模式處理芯片14中的元器件均采用低等級元器件。由于安全模式的要求較低，安全模式管理芯片12中的部分元器件可以采用高等級元器件完成。例如，由于安全模式計算量較小、所需處理能力較低，因此可以采用高等級的單片機或小規(guī)模的FPGA的實現(xiàn)主處理功能，以及僅利用磁力矩器以及模擬太敏對衛(wèi)星進行安全模式管理。在正常模式下，計算量較大、所需處理能力較高，因此正常模式處理芯片14中的元器件需要采用常規(guī)低等級的高性能處理器以及存儲器，如Arm，DDR等。同時，正常模式處理芯片14在設(shè)計時充分考慮限流措施以及散熱措施，防止單粒子鎖定后造成永久性傷害。
[0020]作為可選的實施方式，所述安全模式管理芯片12中的低等級元器件采用間歇工作方式。具體而言，在安全模式下，部分低等級元器件仍需要工作，對這些低等級元器件可以采用間歇工作的方式提高其抗輻照能力。如溫度采集元器件，由于溫度是緩變量，溫度采集元器件可以采用每16秒工作5秒的辦法實現(xiàn)提高元器件抗輻照能力。
[0021]以下給出本發(fā)明提供的衛(wèi)星系統(tǒng)級抗輻照系統(tǒng)的原理說明，本系統(tǒng)主要有三個層次:
系統(tǒng)級:結(jié)合衛(wèi)星系統(tǒng)模式設(shè)計，在系統(tǒng)模式中加入安全模式；衛(wèi)星在有效載荷或數(shù)傳不工作時，將衛(wèi)星系統(tǒng)置于安全模式。在該模式下，衛(wèi)星采用對日定向設(shè)計保證系統(tǒng)能源；同時由于對衛(wèi)星的姿態(tài)要求較低，使得對運算的算法要求也降低，使部分單機處在關(guān)機狀態(tài)，以節(jié)約系統(tǒng)能源以及遙測遙控資源。
[0022]部組件級:有了上面的系統(tǒng)級設(shè)計，部組件級采用兩級措施解決元器件抗單粒子閂鎖問題。在星務(wù)的主處理模塊中采用安