以綜合電子技術(shù)構(gòu)筑航天器智能化的坦途

趙和平

(北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094)

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以綜合電子技術(shù)構(gòu)筑航天器智能化的坦途

趙和平

(北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094)

未來(lái)航天任務(wù)要求航天器具備在軌智能處理的能力，而綜合電子系統(tǒng)是航天器智能化的中心。一種為未來(lái)智能化應(yīng)用開(kāi)發(fā)的航天器綜合電子系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的遙控、遙測(cè)和數(shù)據(jù)管理功能集成為一個(gè)簡(jiǎn)便易用的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)功能包，同時(shí)在具有統(tǒng)一信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的通信能力，以及支持分布并行計(jì)算、模塊化擴(kuò)展升級(jí)、系統(tǒng)重構(gòu)的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力等，為在軌智能處理建立了所需的硬件和軟件支持。利用這些基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用過(guò)程可以專(zhuān)注于航天器智能處理的實(shí)現(xiàn)，從而完成各種復(fù)雜任務(wù)。

航天器綜合電子系統(tǒng)；智能化；空間通信；標(biāo)準(zhǔn)化

1 引言

未來(lái)應(yīng)用對(duì)航天器能力提出了新的需求。軍用方面，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的模式轉(zhuǎn)變?yōu)樽鲬?zhàn)體系的較量。作戰(zhàn)體系由情報(bào)偵察、預(yù)警探測(cè)、指揮控制、通信網(wǎng)絡(luò)、導(dǎo)航定位等部分組成，提供信息獲取、傳遞、處理、存儲(chǔ)、分發(fā)和使用的功能。在作戰(zhàn)體系中，以全球信息柵格(GIG)為特征的綜合電子信息系統(tǒng)，將起到粘合劑和倍增器的作用[1]。因此，天基信息系統(tǒng)是全軍綜合電子信息系統(tǒng)的重要組成部分。民用方面，國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入了轉(zhuǎn)型、創(chuàng)新的新時(shí)期。航天領(lǐng)域須要整合通信、遙感、導(dǎo)航、氣象等各方面的能力和資源，提升正常情況下和極端情況下的航天應(yīng)用能力和效率，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供服務(wù)和支撐。

新的任務(wù)要求航天器在體系應(yīng)用中發(fā)揮重要作用，做到能用、好用、夠用。以遙感衛(wèi)星為例，目標(biāo)觀測(cè)時(shí)效要達(dá)到實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)，衛(wèi)星系統(tǒng)將遙感數(shù)據(jù)在軌實(shí)時(shí)處理成圖像產(chǎn)品并直傳給用戶(hù)，允許用戶(hù)定制所需的遙感產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)多用戶(hù)與衛(wèi)星遙感系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交互操作。因此，航天器系統(tǒng)必將進(jìn)入智能化和網(wǎng)絡(luò)化的時(shí)代[2-3]。

為了滿(mǎn)足這些新的需求，未來(lái)航天器電子信息系統(tǒng)的發(fā)展必須實(shí)現(xiàn)兩個(gè)轉(zhuǎn)變：①?gòu)囊詳?shù)據(jù)處理為中心向以信息處理為中心轉(zhuǎn)變；②任務(wù)模式從單個(gè)航天器執(zhí)行規(guī)定任務(wù)為主向多個(gè)航天器協(xié)同執(zhí)行規(guī)定任務(wù)和自主任務(wù)相結(jié)合轉(zhuǎn)變。支撐這兩個(gè)轉(zhuǎn)變的基石是滿(mǎn)足未來(lái)航天器智能化任務(wù)要求的通信能力、計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力，以及確保系統(tǒng)在復(fù)雜度顯著增加后仍能夠穩(wěn)定可靠運(yùn)行的綜合保障措施。大力發(fā)展綜合電子技術(shù)的根本目的，正是為航天器系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化建立穩(wěn)固的技術(shù)基礎(chǔ)。

2 通信能力

2.1 統(tǒng)一的信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

未來(lái)航天器系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化需要完善的通信功能提供支撐，其中包括與傳統(tǒng)的航天器通信不同的新要求。

(1)多航天器、航天器內(nèi)多應(yīng)用過(guò)程與多用戶(hù)之間的任務(wù)協(xié)同，需要器內(nèi)、器間和器地一體化的網(wǎng)絡(luò)通信。

(2)智能化的系統(tǒng)或算法(如多智能體系統(tǒng)、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等)需要在多種通信實(shí)體間進(jìn)行信息交換，實(shí)現(xiàn)信息共享。

(3)智能系統(tǒng)可根據(jù)任務(wù)要求進(jìn)行擴(kuò)展和重構(gòu)，并迅速建立新的通信機(jī)制，需要靈活的設(shè)備接入方法。

(4)為應(yīng)用過(guò)程提供完善、透明的通信服務(wù)功能，以使其專(zhuān)注于信息的處理，而不必關(guān)注信息的傳遞過(guò)程。

(5)為天地一體化的通信網(wǎng)絡(luò)提供可靠的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理。

在為未來(lái)智能化、網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用開(kāi)發(fā)的航天器綜合電子系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)綜合電子系統(tǒng))，為航天器平臺(tái)和有效載荷提供滿(mǎn)足上述要求的統(tǒng)一的信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

2.2 支持空間網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的通信協(xié)議

綜合電子系統(tǒng)在現(xiàn)有相關(guān)國(guó)際和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，以空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢(xún)委員會(huì)(CCSDS)制定的航天器接口業(yè)務(wù)(SOIS)標(biāo)準(zhǔn)[4]為核心，整合和規(guī)范空間子網(wǎng)和器載子網(wǎng)的通信協(xié)議體系，建立統(tǒng)一的空間通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 空間通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)Fig.1 Architecture of space communication protocols

該體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：

(1)以歐洲航天標(biāo)準(zhǔn)化合作組織(ECSS)的遙控遙測(cè)包應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)(PUS)[5]和CCSDS的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，確定應(yīng)用支持層的標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)，包括遙測(cè)遙控、航天器運(yùn)行監(jiān)視、設(shè)備訪問(wèn)和信息交換等，為應(yīng)用過(guò)程提供標(biāo)準(zhǔn)化通信服務(wù)。

(2)建立統(tǒng)一的器載網(wǎng)絡(luò)對(duì)象尋址命名機(jī)制，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層協(xié)議為航天器平臺(tái)和有效載荷應(yīng)用過(guò)程提供統(tǒng)一的信息網(wǎng)絡(luò)尋址路由服務(wù)。應(yīng)用過(guò)程采用這一機(jī)制，可在由多航天器和地面系統(tǒng)組成的全網(wǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)端到端的透明信息交換。

(3)整合CCSDS的空間鏈路業(yè)務(wù)領(lǐng)域和空間互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)領(lǐng)域系列標(biāo)準(zhǔn)，如信道編碼和同步、空間遙測(cè)遙控、高級(jí)在軌系統(tǒng)(AOS)、空間網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)[6-8]，形成了統(tǒng)一的空間子網(wǎng)通信規(guī)范。

(4)采用SOIS標(biāo)準(zhǔn)中推薦的在器載子網(wǎng)中設(shè)置匯聚協(xié)議的技術(shù)，通過(guò)匯聚協(xié)議將1553B、SpaceWire等常用器載外部總線(xiàn)、串行數(shù)據(jù)傳輸接口、專(zhuān)用硬件接口等通信設(shè)備匯聚成具有相同對(duì)上業(yè)務(wù)接口的組件，根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要進(jìn)行組裝、增加、刪除和替換。

2.3 器載通信硬件接口

綜合電子系統(tǒng)對(duì)各種硬件接口進(jìn)行歸納和分類(lèi)，根據(jù)各類(lèi)接口的特點(diǎn)分別進(jìn)行規(guī)范化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了接口的標(biāo)準(zhǔn)化和即插即用。

(1)專(zhuān)用硬件接口用于連接應(yīng)答機(jī)等專(zhuān)用硬件設(shè)備，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)適應(yīng)系統(tǒng)配置組成的變化和重構(gòu)要求。①標(biāo)準(zhǔn)化信道接口支持不同數(shù)量和碼速率的應(yīng)答機(jī)靈活接入，支持器地和器間鏈路連接；②前向通道支持遙控指令通道的模塊化擴(kuò)展，注入數(shù)據(jù)可以多路徑接入系統(tǒng)指定的處理中心，支持系統(tǒng)重構(gòu)；③返向通道支持多信源動(dòng)態(tài)調(diào)度，支持系統(tǒng)重構(gòu)。

(2)通用硬件接口包括串行輸入輸出接口、并行輸入輸出接口等，為各類(lèi)硬件設(shè)備接入系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)化的接口。①存儲(chǔ)器加載接口(即串行輸出接口)和串行輸入接口(SDI)具有4線(xiàn)制自動(dòng)應(yīng)答控制機(jī)制，自適應(yīng)各種數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和傳輸速率；②設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可將接口配置成定長(zhǎng)數(shù)據(jù)、不定長(zhǎng)數(shù)據(jù)、有格式數(shù)據(jù)和無(wú)格式數(shù)據(jù)等多種工作模式，適應(yīng)不同種類(lèi)的設(shè)備接入；③支持接收數(shù)據(jù)單元的自動(dòng)尋址路由。

(3)外部總線(xiàn)硬件接口、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和匯聚軟件組成相對(duì)獨(dú)立的總線(xiàn)組件，可在系統(tǒng)中組裝、刪除和替換，用于設(shè)備間的信息交換。1553B總線(xiàn)組件為設(shè)備間通信提供了時(shí)間觸發(fā)的通信機(jī)制。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)化通信服務(wù)機(jī)制

通過(guò)采用CCSDS制定的異步消息業(yè)務(wù)(AMS)[9]，信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)為用戶(hù)提供一系列通用的基礎(chǔ)服務(wù)機(jī)制，支持智能處理過(guò)程中的信息交換過(guò)程，其主要功能如下。

(1)邀約-傳送：一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以發(fā)出一個(gè)邀約請(qǐng)求原語(yǔ)，表示它愿意接收來(lái)自原語(yǔ)中指定節(jié)點(diǎn)的特定主題的私人消息；若該請(qǐng)求通過(guò)認(rèn)證批準(zhǔn)，受邀節(jié)點(diǎn)在有消息時(shí)向給其發(fā)出過(guò)邀約的節(jié)點(diǎn)發(fā)送相關(guān)主題私人消息。其中，私人消息是指特定節(jié)點(diǎn)間傳送的消息，是相對(duì)于用于發(fā)布的公開(kāi)消息而言。

(2)邀約-群發(fā)：一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以發(fā)出一個(gè)群發(fā)請(qǐng)求原語(yǔ)，請(qǐng)求向其中指定的向其發(fā)出過(guò)邀約的多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送指定的消息；若該請(qǐng)求通過(guò)認(rèn)證批準(zhǔn)，AMS按照要求將該消息發(fā)送到指定的每個(gè)節(jié)點(diǎn)。

(3)訂閱-發(fā)布：一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以發(fā)出一個(gè)訂閱請(qǐng)求原語(yǔ)，表示它請(qǐng)求訂閱公開(kāi)發(fā)布的特定主題的消息；每個(gè)節(jié)點(diǎn)在有消息發(fā)布時(shí)向AMS發(fā)出一個(gè)發(fā)布請(qǐng)求原語(yǔ)，請(qǐng)求發(fā)布特定主題的消息，若該請(qǐng)求通過(guò)認(rèn)證批準(zhǔn)，AMS將該消息發(fā)送給每一個(gè)訂閱該主題消息的節(jié)點(diǎn)。

2.5 網(wǎng)絡(luò)管理

采用CCSDS制定的AMS標(biāo)準(zhǔn)，使器載網(wǎng)絡(luò)具有自組織能力。系統(tǒng)中的所有模塊都可以在任何時(shí)候加入系統(tǒng)，也可以在任何時(shí)候退出系統(tǒng)，而不影響系統(tǒng)其他部分的工作。由于上述特點(diǎn)，系統(tǒng)可以在任何必要的時(shí)候進(jìn)行重構(gòu)。

3 計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力

3.1 智能處理的要求

計(jì)算智能是各種智能系統(tǒng)的核心部分，具有分布、并行、自學(xué)習(xí)、自組織、自適應(yīng)等特性[10]。綜合電子系統(tǒng)應(yīng)為器載智能處理提供所需的硬件和軟件支持，其最基礎(chǔ)的部分是支持分布并行計(jì)算、模塊化升級(jí)、系統(tǒng)重構(gòu)的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力。具體包括：支持更換更高性能的模塊化部件提升系統(tǒng)的計(jì)算和存儲(chǔ)性能；支持通過(guò)模塊擴(kuò)展、以足夠多的模塊分布并行地實(shí)現(xiàn)各種智能算法；支持系統(tǒng)重構(gòu)完成不同類(lèi)型的任務(wù)及故障修復(fù)。

3.2 接口重定向機(jī)制

系統(tǒng)擴(kuò)展、重構(gòu)和任務(wù)動(dòng)態(tài)遷移必須解決計(jì)算單元和相關(guān)接口的動(dòng)態(tài)連接，即接口重定向。接口重定向的實(shí)現(xiàn)方法如圖2所示。

注：m和n分別表示接口和計(jì)算機(jī)總數(shù)。圖2 接口重定向的實(shí)現(xiàn)方法Fig.2 Method of interface re-allocation

(1)空間域的接口重定向以系統(tǒng)連接矩陣為核心，由重定向指令控制矩陣連接節(jié)點(diǎn)的通斷，使接口正確連接到相應(yīng)的計(jì)算單元；

(2)時(shí)域的接口重定向通過(guò)時(shí)間觸發(fā)總線(xiàn)規(guī)劃系統(tǒng)各部件(包括接口和計(jì)算單元)的通信時(shí)段，按照幀周期重復(fù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算單元和接口之間的交叉訪問(wèn)。

3.3 總線(xiàn)體系

根據(jù)功能要求、通信速率、容錯(cuò)和重構(gòu)能力，構(gòu)建了由CPU總線(xiàn)、局部總線(xiàn)、I/O通道總線(xiàn)和外部總線(xiàn)組成的4級(jí)航天器綜合電子系統(tǒng)總線(xiàn)體系，能夠滿(mǎn)足通用化、高效合理、高可靠的要求，如圖3所示。

注：SoC為片上系統(tǒng)；CPCI為緊湊型外設(shè)組件互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)；AMBA為高級(jí)微控制器總線(xiàn)架構(gòu)。圖3 分層的綜合電子系統(tǒng)總線(xiàn)體系結(jié)構(gòu)Fig.3 Architecture of layered avionics system data bus

3.4 硬件模塊化

(1)硬件模塊統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)綜合電子系統(tǒng)功能的詳細(xì)分析、抽象和綜合，將綜合電子系統(tǒng)的硬件規(guī)劃為通用計(jì)算機(jī)、總線(xiàn)與時(shí)間同步、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與復(fù)接、信道關(guān)口、遙控指令譯碼、大電流指令驅(qū)動(dòng)、功率驅(qū)動(dòng)、火工品管理、遙測(cè)采集9種基本模塊，制定了擴(kuò)展模塊設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。形成以模塊為基本產(chǎn)品的器載硬件設(shè)計(jì)規(guī)范，支持基于模塊化產(chǎn)品的系統(tǒng)升級(jí)和重構(gòu)。

(2)硬件模塊通用框架。提出由通用框架加特定功能組件組成不同硬件模塊的設(shè)計(jì)方法。其中：模塊通用框架包括供電管理、標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)接口、操作協(xié)議、模塊測(cè)試容錯(cuò)等通用支持功能；功能組件在通用框架的支持下完成模塊規(guī)定的功能。另外，完成通用框架的設(shè)計(jì)驗(yàn)證，研制了通用框架核心接口協(xié)議處理芯片。

(3)模塊功能設(shè)計(jì)。完成以提高集成度和可靠性為中心的硬件模塊功能組件設(shè)計(jì)，使指令譯碼、遙測(cè)采集、功率驅(qū)動(dòng)(熱控)、火工品管理等模塊功能密度和可靠性顯著提高。

3.5 軟件構(gòu)件化

(1)標(biāo)準(zhǔn)化軟件體系結(jié)構(gòu)。采用CCSDS制定的SOIS標(biāo)準(zhǔn)將綜合電子系統(tǒng)的基本功能劃分為一系列標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)，對(duì)上為PUS業(yè)務(wù)提供支撐服務(wù)，對(duì)下為硬件模塊提供驅(qū)動(dòng)連接。SOIS業(yè)務(wù)采用分層遞次支持服務(wù)的形式，各個(gè)業(yè)務(wù)相對(duì)獨(dú)立，可以根據(jù)需要和系統(tǒng)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)和組裝。

(2)構(gòu)件化設(shè)計(jì)技術(shù)。將功能接口、程序代碼、數(shù)據(jù)和內(nèi)部變量等封裝成一個(gè)可獨(dú)立配置、與外部環(huán)境分離的原子化軟件單元，稱(chēng)為軟件構(gòu)件。由軟件構(gòu)件組成不同層次的標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)，最終形成構(gòu)件化、層次化的器載軟件。軟件構(gòu)件化與業(yè)務(wù)、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化相結(jié)合，從根本上解決器載軟件復(fù)用、適應(yīng)用戶(hù)需求多變和在軌維護(hù)等問(wèn)題，降低復(fù)雜系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的復(fù)雜度。同時(shí)，隨著不斷地復(fù)用和維護(hù)，器載軟件的可靠性也能夠不斷提高。

(3)基于信息流分析的軟件設(shè)計(jì)方法。將系統(tǒng)信息流分析作為基本方法，貫穿于需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、測(cè)試驗(yàn)證的全過(guò)程，并將軟件構(gòu)件資源與可視化設(shè)計(jì)方法相結(jié)合，探索一種高效、高可靠的器載軟件設(shè)計(jì)新方法。

4 綜合保障技術(shù)

智能化、網(wǎng)絡(luò)化功能必然使系統(tǒng)的復(fù)雜度顯著增加。為了使系統(tǒng)仍然能夠可靠地工作，須要采用多方面的綜合保障技術(shù)，其中包含可測(cè)試性設(shè)計(jì)、容錯(cuò)與系統(tǒng)重構(gòu)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品化設(shè)計(jì)、軟硬件資源的復(fù)用設(shè)計(jì)、專(zhuān)用集成電路設(shè)計(jì)等。

4.1 可測(cè)試性設(shè)計(jì)

采用從元器件固有失效模式出發(fā)，基于電路仿真的客觀化故障模式及其影響分析(FMEA)技術(shù)，解決長(zhǎng)期以來(lái)FMEA準(zhǔn)確度和完備性嚴(yán)重依賴(lài)于分析者經(jīng)驗(yàn)和主觀認(rèn)識(shí)水平的問(wèn)題，對(duì)輸入的原理圖進(jìn)行性能仿真、故障掃描、影響結(jié)果分析歸納，最終自動(dòng)輸出FMEA報(bào)表，通過(guò)客觀分析的方法保證FMEA的準(zhǔn)確度和完備性。基于FMEA分析結(jié)果，將可測(cè)試性理論和技術(shù)應(yīng)用于硬件模塊設(shè)計(jì)和專(zhuān)用集成電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)元器件級(jí)的故障檢測(cè)和故障隔離。

探索軟件在線(xiàn)測(cè)試技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果，通過(guò)在線(xiàn)和離線(xiàn)測(cè)試、實(shí)時(shí)和事后分析定位軟件故障并實(shí)施在軌維護(hù)。

通過(guò)分級(jí)測(cè)試、報(bào)告、分析，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障測(cè)試診斷，為故障情況下的系統(tǒng)重構(gòu)提供依據(jù)。

4.2 容錯(cuò)與系統(tǒng)重構(gòu)設(shè)計(jì)

上行注入任務(wù)可由系統(tǒng)中的任何一個(gè)通用計(jì)算機(jī)模塊接收?qǐng)?zhí)行，由系統(tǒng)自主管理，從而實(shí)現(xiàn)任務(wù)動(dòng)態(tài)遷移和故障情況下的系統(tǒng)重構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性。信道關(guān)口模塊支持多路下行數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)調(diào)度，當(dāng)一路信源故障時(shí)，可自動(dòng)無(wú)縫切換到其他信源。

基于系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的支持，重要接口、模塊與多個(gè)通用計(jì)算機(jī)模塊可交叉連接，必要時(shí)可完成重構(gòu)。

以上述技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主控功能可轉(zhuǎn)移設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中的各設(shè)備(如衛(wèi)星管理單元、數(shù)據(jù)接口單元等)在一定程度上功能對(duì)等，可相互替代，故障情況下系統(tǒng)可重構(gòu)，系統(tǒng)管理功能可自動(dòng)從故障單元遷移到正常單元，使系統(tǒng)功能恢復(fù)。

4.3 產(chǎn)品化設(shè)計(jì)和資源復(fù)用技術(shù)

建立包括設(shè)計(jì)規(guī)范、硬件設(shè)計(jì)、軟件構(gòu)件、現(xiàn)貨產(chǎn)品在內(nèi)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)資源庫(kù)，為后續(xù)航天器工程設(shè)計(jì)提供支撐。

確定以硬件模塊為基本硬件產(chǎn)品，制定模塊和機(jī)箱設(shè)計(jì)規(guī)范、兼容ARINC659總線(xiàn)和CPCI總線(xiàn)的底板設(shè)計(jì)規(guī)范，建立綜合電子硬件產(chǎn)品化的基礎(chǔ)。

完成涵蓋綜合電子系統(tǒng)基本功能的通用計(jì)算機(jī)、總線(xiàn)與時(shí)間同步、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與復(fù)接、信道關(guān)口、遙控指令譯碼、大電流指令驅(qū)動(dòng)、功率驅(qū)動(dòng)、火工品管理、遙測(cè)采集9種基本模塊產(chǎn)品研制。以9種基本模塊產(chǎn)品為核心，組成滿(mǎn)足任務(wù)要求的器載設(shè)備，保障系統(tǒng)的可靠性持續(xù)增長(zhǎng)。

4.4 專(zhuān)用集成電路研制

以提高綜合電子硬件產(chǎn)品的功能密度和可靠性，并解決核心器件國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題為目標(biāo)，規(guī)劃并研制ARINC659總線(xiàn)協(xié)議、ARINC659總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)、信道關(guān)口、分包遙控指令譯碼、模塊接口協(xié)議處理、遙測(cè)采集系統(tǒng)級(jí)封裝(SIP)、功率驅(qū)動(dòng)SIP共7類(lèi)8種專(zhuān)用集成電路，完成設(shè)計(jì)、流片和試驗(yàn)驗(yàn)證，與“十一五”期間完成研制并先期投入航天器應(yīng)用的2種遙控指令驅(qū)動(dòng)專(zhuān)用集成電路和已有的計(jì)算機(jī)類(lèi)國(guó)產(chǎn)芯片產(chǎn)品一起，構(gòu)成基本完整的器載綜合電子硬件核心芯片系列產(chǎn)品。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜合電子系統(tǒng)技術(shù)在通信能力、計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力等方面以標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)的方式為航天器智能化、網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用過(guò)程建立了方便、高效、靈活的系統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并通過(guò)綜合保障技術(shù)的應(yīng)用確保系統(tǒng)在完成復(fù)雜任務(wù)的過(guò)程中安全可靠。

綜合電子系統(tǒng)將傳統(tǒng)的遙控、遙測(cè)和數(shù)據(jù)管理功能集成為一個(gè)簡(jiǎn)便易用的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)功能包(通過(guò)PUS接口)，同時(shí)大大提升支持器載智能處理的性能，應(yīng)用過(guò)程可專(zhuān)注于任務(wù)相關(guān)的智能化信息處理，而將下層的事務(wù)性工作完全交給服務(wù)系統(tǒng)完成。采用這種方法，航天器將能夠完成高度智能的復(fù)雜任務(wù)，如由多顆遙感衛(wèi)星聯(lián)合完成在軌目標(biāo)識(shí)別和高分辨率自主成像。

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(編輯：夏光)

To Build a Highway to Spacecraft Intelligentization with Avionics Technology

ZHAO Heping

(Beijing Institute of Spacecraft System Engineering，Beijing 100094，China)

Future space missions require that spacecraft has the capability of on-orbit intelligent process and the on-board avionics system is the center of spacecraft intelligentization. An avionics system developed for future intelligent applications integrates the traditional telecommand, tele-metry and data handling into a flexible service package while a unified infrastructure required by the on-orbit intelligent process is built. The infrastructure includes communication capability that provides common information and network service, computing and storage capability that supports distributed and parallel computing, module level expansion and upgrade, as well as system reconfiguration. With the infrastructure the applications can focus on on-orbit intelligent process to implement various complex missions.

spacecraft avionics system；intelligentization；space communication；standardization

2015-11-19；

2015-12-03

趙和平，男，研究員，從事航天器電子信息系統(tǒng)和信息安全方面的設(shè)計(jì)和研究工作。Email：zhpcast@hotmail.com。

V474

A

10.3969/j.issn.1673-8748.2015.06.001