本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星遙測信號源，特別是涉及一種實時可控可調式衛(wèi)星遙測信號源。

背景技術：

在星上單機研制階段，模擬量遙測采集屬于數(shù)管計算機的基本功能，其地面功能測試包括兩部分：測試采樣地址正確性、測試采集精度。衛(wèi)星遙測信號源具有采樣地址編輯功能，接收數(shù)管計算機發(fā)送的采樣地址并相應輸出模擬電壓，可用于檢查數(shù)管計算機輸出遙測采樣地址的正確性。衛(wèi)星遙測信號源輸出模擬電壓精度優(yōu)于1mV，并具有電壓可調節(jié)的功能，可用于測試數(shù)管計算機模擬量遙測采集精度。

在衛(wèi)星電測試階段，模擬遙測電壓故障模擬是驗證數(shù)管計算機程控功能的必要手段，包括：加熱器控制、電源程控等。模擬量遙測信號源提供的電壓可調功能為實現(xiàn)衛(wèi)星故障模擬提供了手段，可以驗證數(shù)管計算機軟件健壯性及程控準確性。

在測控對接試驗中，衛(wèi)星遙測信號源提供的模擬電壓可用于測試星地接口匹配性，為驗證地面測控系統(tǒng)遙測解析的正確性提供了便利條件。

衛(wèi)星遙測信號源主要是用于提供高精度模擬電壓，并具有接收采樣地址并按地址輸出模擬電壓的功能。衛(wèi)星遙測信號源與普通地面信號源的區(qū)別為：衛(wèi)星遙測信號源提供的是高精度電壓值，而地面信號源提供的是具有特定頻率周期或特定規(guī)律的模擬與數(shù)字信號；衛(wèi)星遙測信號源由數(shù)管計算機輸入的采樣地址進行程控，而地面信號源由TCP/IP網(wǎng)絡輸入的特定命令進行程控。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種實時可控可調式衛(wèi)星遙測信號源，其提供各遙測采樣地址模擬電壓配置界面，并具有模擬電壓修改、FPGA參數(shù)配置、配置數(shù)據(jù)回讀等功能。

本發(fā)明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：一種實時可控可調式衛(wèi)星遙測信號源，其包括：

衛(wèi)星模擬量遙測信號收發(fā)控制板，用于實現(xiàn)該設備與衛(wèi)星單機之間的硬件連接；

衛(wèi)星模擬量遙測信號源模塊，用于實現(xiàn)采樣地址的接收與模擬電壓量的控制功能；用于完成采樣地址與RAM區(qū)控制信號間的映射，并輸出D/A控制信號與通道輸出控制信號；

衛(wèi)星模擬量遙測信號源上位機，用于實現(xiàn)模擬電壓量實時調節(jié)、控制功能；

衛(wèi)星模擬量遙測信號收發(fā)控制板主要是硬件電路設計，包括：多通道422接收電路、電平轉換電路、FPGA處理電路、D/A轉換電路、模擬電壓多通道選擇電路、運放輸出電路。

優(yōu)選地，所述衛(wèi)星模擬量遙測信號源模塊包括：

同步信號接收模塊，用于接收“三線制”傳輸?shù)倪b測采樣地址，完成數(shù)據(jù)串并轉換和數(shù)據(jù)緩存，并提取用于多路開關、遙測通道的有效控制信號；

多路輸入選擇模塊，用于接收同步信號接收模塊產(chǎn)生的采樣地址控制信號，通過優(yōu)先級選擇一路輸出至下一模塊；

地址與控制映射模塊，用于完成采樣地址與軟件配置信號之間的映射；同時實時接收上位機配置數(shù)據(jù)，對各通道遙測模擬電壓、輸出通道進行實時修改；

D/A控制模塊，按照AD5660芯片時序要求，D/A控制模塊產(chǎn)生相應的門控、時鐘、串行數(shù)據(jù)；

CPCI通信模塊，接收上位機發(fā)送的遙測信號源配置信息，修改RAM區(qū)配置參數(shù)；

遙測電壓D/A轉換電路，采用了16位D/A芯片AD5660，該芯片輸入信號為三線制串行數(shù)據(jù)，其輸入時鐘速率為5MHz；

電源變換模塊，用于轉換電源；

SPI-FLASH(串行外圍設備接口閃存)芯片，用于存儲信息；

通道選擇開關電路，分別選用了ADG732、ADG708兩款芯片，用于選擇星上單機遙測和衛(wèi)星遙測信號源遙測；

遙測信號源輸出電路，經(jīng)運放電路將D/A轉換后的遙測電壓射隨輸出。

優(yōu)選地，所述同步信號接收模塊中采樣地址接口電平轉換電路，用于422接口電平轉換。

優(yōu)選地，所述采樣地址接口電平轉換電路共六路，將422電平轉換為TTL電平后輸出至FPGA芯片。

優(yōu)選地，所述衛(wèi)星模擬量遙測信號源模塊實時修改任意一路遙測電壓數(shù)值，其電壓設置精度為1mV；模擬量遙測信號源軟件按照電壓遞增方式、電壓遞減方式或固定電壓方式同時對所有采樣地址遙測進行修改，其電壓修改精度為1mV。

優(yōu)選地，所述同步信號接收模塊接收時鐘速率、接收信號時序關系任意調換。

優(yōu)選地，所述多路輸入選擇模塊對接收的采樣地址信號進行優(yōu)先級選擇，具有多路數(shù)據(jù)沖突規(guī)避的功能。

優(yōu)選地，所述地址與控制映射模塊，RAM大小調配靈活，具有同時讀寫的功能。

優(yōu)選地，所述CPCI通信模塊，實時將采樣地址配置信息寫入到RAM區(qū)，配置信息包括D/A控制、64路多路開關控制、信源選擇、通道選擇。

優(yōu)選地，所述遙測電壓D/A轉換電路實現(xiàn)0～5V范圍內精度為1mV的遙測信號輸出。

本發(fā)明的積極進步效果在于：本發(fā)明完成數(shù)據(jù)串并轉換和數(shù)據(jù)緩存，并提取用于多路開關、遙測通道的有效控制信號。多路輸入選擇模塊接收上一模塊產(chǎn)生的采樣地址控制信號，通過優(yōu)先級選擇一路輸出至下一模塊。實時接收上位機配置數(shù)據(jù)，對各通道遙測模擬電壓、輸出通道進行實時修改。CPCI通信模塊接收上位機發(fā)送的遙測信號源配置信息，修改RAM區(qū)配置參數(shù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實時可控可調式衛(wèi)星遙測信號源的原理框圖。

圖2為本發(fā)明中衛(wèi)星遙測信號源與星上單機連接關系圖。

圖3為本發(fā)明中遙測采樣地址輸入接口電路圖。

圖4為本發(fā)明中遙測采樣地址輸入接口時序圖。

圖5為本發(fā)明中衛(wèi)星遙測電壓輸出接口電路圖。

圖6為本發(fā)明中FPGA輸出至AD5660串行數(shù)據(jù)格式要求圖。

圖7為本發(fā)明中模擬量遙測信號源FPGA軟件邏輯框圖。

具體實施方式

下面結合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細說明本發(fā)明的技術方案。

如圖1、圖2所示，本發(fā)明公開了一種實時可控可調式衛(wèi)星遙測信號源，其包括衛(wèi)星模擬量遙測信號收發(fā)控制板、衛(wèi)星模擬量遙測信號源模塊、衛(wèi)星模擬量遙測信號源上位機，其中：

衛(wèi)星模擬量遙測信號收發(fā)控制板，用于實現(xiàn)該設備與衛(wèi)星單機之間的硬件連接；

衛(wèi)星模擬量遙測信號源軟件，用于實現(xiàn)采樣地址的接收與模擬電壓量的控制功能；用于完成采樣地址與RAM(隨機存取存儲器)區(qū)控制信號間的映射，并輸出D/A(數(shù)/模)控制信號與通道輸出控制信號；

衛(wèi)星模擬量遙測信號源上位機軟件，用于實現(xiàn)模擬電壓量實時調節(jié)、控制功能；

衛(wèi)星模擬量遙測信號收發(fā)控制板主要是硬件電路設計，包括：多通道422(差分傳輸電平)接收電路、電平轉換電路、FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)(嵌入式可編程門陣列)處理電路、D/A(數(shù)/模)轉換電路、模擬電壓多通道選擇電路、運放輸出電路；

同步信號接收模塊101，用于接收“三線制”傳輸?shù)倪b測采樣地址，完成數(shù)據(jù)串并轉換和數(shù)據(jù)緩存，并提取用于多路開關、遙測通道的有效控制信號；

多路輸入選擇模塊102，用于接收同步信號接收模塊101產(chǎn)生的采樣地址控制信號，通過優(yōu)先級選擇一路輸出至下一模塊；

地址與控制映射模塊103，用于完成采樣地址與軟件配置信號之間的映射；同時實時接收上位機配置數(shù)據(jù)，對各通道遙測模擬電壓、輸出通道進行實時修改；

D/A(數(shù)/模)控制模塊104，按照AD5660芯片時序要求，D/A(數(shù)/模)控制模塊產(chǎn)生相應的門控、時鐘、串行數(shù)據(jù)；

CPCI(緊湊型外圍器件互連)總線通信模塊105，接收上位機發(fā)送的遙測信號源配置信息，修改RAM(隨機存取存儲器)區(qū)配置參數(shù)；

遙測電壓D/A(數(shù)/模)轉換電路，采用了16位D/A(數(shù)/模)芯片AD5660，該芯片輸入信號為三線制串行數(shù)據(jù)，其輸入時鐘速率為5MHz；

電源變換模塊，用于轉換電源；

SPI-FLASH(串行外圍設備接口閃存)芯片，用于存儲信息；

通道選擇開關電路106，分別選用了ADG732、ADG708兩款芯片，用于選擇星上單機遙測和衛(wèi)星遙測信號源遙測；

遙測信號源輸出電路107，經(jīng)運放電路將D/A(數(shù)/模)轉換后的遙測電壓射隨輸出。

所述同步信號接收模塊101中采樣地址接口電平轉換電路，用于422(差分傳輸電平)接口電平轉換。

所述采樣地址接口電平轉換電路共六路，將422(差分傳輸電平)轉換為TTL(晶體管間邏輯電平)后輸出至FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)芯片。

所述衛(wèi)星模擬量遙測信號源軟件實時修改任意一路遙測電壓數(shù)值，其電壓設置精度為1mV；模擬量遙測信號源軟件按照電壓遞增方式、電壓遞減方式或固定電壓方式同時對所有采樣地址遙測進行修改，其電壓修改精度為1mV。

所述同步信號接收模塊101接收時鐘速率、接收信號時序關系任意調換。

所述多路輸入選擇模塊102對接收的采樣地址信號進行優(yōu)先級選擇，具有多路數(shù)據(jù)沖突規(guī)避的功能。

所述地址與控制映射模塊103，RAM(隨機存取存儲器)大小調配靈活，具有同時讀寫的功能。

所述CPCI(緊湊型外圍器件互連)總線通信模塊105，實時將采樣地址配置信息寫入到RAM(隨機存取存儲器)區(qū)，配置信息包括D/A(數(shù)/模)控制、64路多路開關控制、信源選擇、通道選擇。

所述遙測電壓D/A(數(shù)/模)轉換電路實現(xiàn)0～5V范圍內精度為1mV的遙測信號輸出。

多通道422(差分傳輸電平)接收電路用于完成遙測采樣地址的接收，其上拉接口電路與數(shù)管計算機輸出接口電路相匹配，輸入的信號包括：門控、時鐘、數(shù)據(jù)。422(差分傳輸電平)接收電路接收六路采樣地址，采用多片422(差分傳輸電平)接收芯片實現(xiàn)。電平轉換電路用于將422(差分傳輸電平)接收芯片輸出電壓轉換為TTL(晶體管間邏輯電平)，滿足FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)芯片I/O(輸入/輸出口)輸入電壓要求。FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)處理電路是衛(wèi)星模擬量遙測信號源的核心部件，主要完成多通道采樣地址選擇、采樣地址與配置信息的映射、控制信號的輸出，實現(xiàn)輸入采樣地址輸出D/A(數(shù)/模)控制信號與通道控制信號的功能。D/A(數(shù)/模)轉換電路用于實現(xiàn)高精度模擬電壓輸出，由FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)處理電路輸入控制信號。模擬電壓多通道選擇電路用于實現(xiàn)模擬電壓輸出通道控制，與星上單機實際通道相對應。運放輸出電路與數(shù)管計算機輸入接口相匹配，并具有阻抗隔離作用。

衛(wèi)星模擬量遙測信號收發(fā)控制板接收數(shù)管計算機發(fā)送的遙測采樣地址信號，并按照采樣地址配置表控制輸出模擬量電壓。遙測采樣地址傳輸接口采樣422(差分傳輸電平)電路形式，并在接收端設計有上拉電路，其接口形式如圖3所示；422(差分傳輸電平)接收電路共設計有六組，每組包括門控、時鐘、數(shù)據(jù)共三個接收電路。遙測采樣地址傳輸接口采樣同步時序，其時序關系如圖4所示；采樣地址數(shù)據(jù)長度為16bit，時鐘周期為10us，門控寬度160us；門控低電平有效，時鐘下降沿對應數(shù)據(jù)跳變，時鐘上升沿取數(shù)；在采樣地址時序改變后，通過修改FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)程序適應不同的時序關系。模擬量遙測電壓輸出接口采用運放射隨電路，共設計有六個通道，其通道選擇信號由FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)程序控制，其接口電路如圖5所示。衛(wèi)星模擬量遙測信號收發(fā)控制板具有選通星上單機遙測電壓輸出的功能，共設計有64路模擬量選通開關。

衛(wèi)星模擬量遙測信號源軟件主要實現(xiàn)六路遙測采樣地址輸入、控制64路模擬量選通開關、控制選擇六路運放輸出、通過D/A(數(shù)/模)產(chǎn)生模擬量遙測電壓。衛(wèi)星模擬量遙測信號源軟件通過CPCI(緊湊型外圍器件互連)總線接口接收上位機配置數(shù)據(jù)，實時修改模擬量遙測輸出電壓值。根據(jù)功能和性能要求，衛(wèi)星模擬量遙測信號源軟件進行模塊化設計，主要包括：同步信號接收模塊、多路輸入選擇模塊、地址與控制映射模塊、D/A(數(shù)/模)控制模塊、CPCI(緊湊型外圍器件互連)總線通信模塊。其中，CPCI(緊湊型外圍器件互連)總線通信模塊接收上位機發(fā)送的遙測信號源配置信息，修改RAM(隨機存取存儲器)區(qū)配置參數(shù)。

同步信號接收模塊接收“三線制”傳輸?shù)倪b測采樣地址，完成數(shù)據(jù)串并轉換和數(shù)據(jù)緩存，并提取用于多路開關、遙測通道的有效控制信號。同步信號接收模塊使用10MHz作為全局時鐘，讀取門控下降沿和輸入時鐘下降沿；輸入門控下降沿時將寄存器置0，輸入門控為低電平且輸入時鐘下降沿時將輸入數(shù)據(jù)移位寄存，輸入門控上升沿時將有效10bit數(shù)據(jù)輸出，并產(chǎn)生數(shù)據(jù)有效信號Rxdy。有效信號Rxdy寬度等于全局時鐘周期，即0.1us正脈沖。

如圖7所示。多路輸入選擇模塊接收同步信號接收模塊產(chǎn)生的6路采樣地址控制信號，通過優(yōu)先級選擇1路輸出至下一模塊。多路輸入選擇模塊以全局時鐘讀取同步信號接收模塊輸出信號Rxdy1、Rxdy2、Rxdy3、Rxdy4、Rxdy5、Rxdy6，當其中某一路有效時，將該路有效數(shù)據(jù)輸出；當多路有效時，按照優(yōu)先級選擇其中一路有效數(shù)據(jù)輸出。讀取某一路有效，SRdy置“1”，SPd輸出該路有效數(shù)據(jù)；無效時，SRdy置“0”。為避免兩路沖突的發(fā)生，設計有優(yōu)先級判斷語句。

衛(wèi)星模擬量遙測信號源軟件配置信號包括：D/A(數(shù)/模)控制、64路多路開關控制、信源選擇、通道選擇。地址與控制映射模塊按照采樣地址輸出相應的配置信息；同時實時接收上位機配置數(shù)據(jù)，對各通道遙測模擬電壓、輸出通道進行實時修改。地址與控制映射模塊采用ISE(集成軟件環(huán)境)自帶IPCORE(邏輯塊)：DACRAM(雙端口存儲塊)，A端口接收采樣地址，讀取相應地址對應的配置信號。B端口用于CPCI(緊湊型外圍器件互連)總線通信，通過軟件將采樣地址對應的控制信息配置到FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)。

衛(wèi)星遙測信號源采用了16位D/A(數(shù)/模)芯片AD5660，該芯片輸入信號為三線制串行數(shù)據(jù)。按照AD5660芯片時序要求，D/A(數(shù)/模)控制模塊產(chǎn)生相應的門控、時鐘、串行數(shù)據(jù)。D/A(數(shù)/模)控制模塊接收到地址與控制映射模塊輸出的DA控制信號，對應模塊輸入DATA。D/A(數(shù)/模)控制模塊接收到多路輸入選擇模塊輸出的SRdy，對應模塊輸入EN。按照AD5660芯片手冊的時序要求輸出門控、時鐘和24bit串行數(shù)據(jù)。AD5660芯片輸入的24bit串行數(shù)據(jù)定義：b23～b18設置為全0，b17～b16模式設置為全0，b15～b0對應16位串行DA控制信號，AD5660串行數(shù)據(jù)格式要求如圖6所示。在衛(wèi)星模擬量遙測信號源軟件設計中，全局時鐘2分頻后得到AD5660芯片輸入時鐘，即5MHz。AD5660芯片輸入門控脈寬為24個輸入時鐘寬度，輸入時鐘下降沿取數(shù)上升沿對應數(shù)據(jù)跳變沿。

衛(wèi)星模擬量遙測信號源上位機具有采樣地址與模擬遙測電壓的可視界面，按照采樣地址順序進行列表。遙測采樣地址對應的模擬遙測電壓按照單通道勾選、全選方式進行修改。各遙測采樣地址按照遞增、遞減、固定值設置模擬遙測電壓，其對應的電壓精度為1mV，步進精度為1mV。點擊“設置”轉化為各遙測采樣地址對應的D/A控制量，點擊“配置遙測板”將該配置項輸入到衛(wèi)星模擬量遙測信號源模塊。衛(wèi)星模擬量遙測信號源上位機具有配置數(shù)據(jù)回讀功能，比對配置信息與回讀信息。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的解決的技術問題、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。