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小卫星常用数据总线技术 来源：中国航天 2007年第2期 ???作者：赵　剑　尤　政　张高飞 ???发表时间：2010-07-08 10:39:36??? 　从20世纪80年代开始，微电子技术的发展使得制造较高功能密度的小卫星(重量500kg)成为可能，许多国家开展了相关研究。近几年来，随着微纳米技术的发展，小卫星有了更广阔的发展空间。与大卫星相比，小卫星具有成本低、重量轻、体积小、性能高、功耗低、研制周期短等特点。 　　小卫星由卫星平台与有效载荷两部分组成。平台是有效载荷的服务系统，有效载荷是完成特定飞行任务的设备或仪器。卫星平台又可分为星载计算机、电源、姿态与轨道控制、推进、测控、热控、结构与机构等分系统。以星载计算机为中心，各分系统、各有效载荷之间数据、指令等的通信要依靠数据总线来完成。本文研究的小卫星数据总线针对的是各分系统、各有效载荷(即主要模块)之间的数据通信，并不考虑分系统内部的数据通信方式，因此，小卫星数据总线功能类似于现场总线。一般来说，小卫星可有不止一条数据总线，比如一条用于传输测控数据信息，一条用于传输星载计算机对其余模块的控制指令。 　　 　　1、小卫星对数据总线的要求 　　 　　小卫星运行在复杂的空间环境中，数据总线作为各分系统之间的数据传输枢纽，不仅要求能实现数据传输功能，还要求有较强的空间环境适应能力，因此对数据总线有一些特殊的要求： 　　 　　(1)可靠性高 　　小卫星运行的空间环境恶劣，太空粒子撞击、辐射、急剧热变化等都会影响电子系统的正常工作，因此要求数据总线具有很好的抗辐射性能，以保证数据传输的正确性，否则会影响控制过程的正常进行，从而影响小卫星的正常运行。 　　 　　(2)通信速率高 　　随着微电子、微机械和轻型结构材料的发展及在小卫星上的应用，小卫星的功能不断增强，系统也越来越复杂，各分系统之间的通信也越来越多，因此数据总线要有较高的速率。 　　 　　(3)实时性好 　　小卫星姿态控制对时间响应的要求决定了数据总线必须有较好的实时性。同时，星载计算机的主频不断提高，为了匹配星载计算机及应对复杂任务，数据总线除了要有高传输速率外，还要有一套有效的通信协议，确保数据传输的效率，从而满足实时性要求。 　　 　　(3)容错性好 　　数据总线必须有较强的容错能力，否则一个节点(分系统或有效载荷)出现故障，可能会导致整个系统瘫痪。此外，在传输数据时要求有一定的错误检测机制，能够自我检错、纠错。 　　 　　(4)开发简单、成本低 　　小卫星研制周期短、成本有限，因此选取的数据总线应尽可能具有简单的开发方式。在满足功能要求的前提下，应尽量选择成本低、体积小、质量轻、功耗低、灵活性较好的数据总线。 　　 　　2、常用数据总线介绍 　　 　　总的来说，数据总线分为串行、并行两大类。并行总线传输速度快，但是同步困难，接口相对复杂，一般用于设备内的简单数据传输，而不用作系统总线；串行总线一般接口较简单且适用于在距离较远的分系统间进行数据交换，因此在小卫星上应用较广。 　　目前在小卫星领域较常用和较有应用前景的数据总线分成三类：第一类是专门为军事目的设计的数据总线，如MIL-STD—1553B、SpaceWire等；第二类是利用成熟的工业现场总线或商业总线，改造后应用到航空航天领域，如RS—232,RS-485,I2C、CAN、Ether—net、BITBUS、IEEE1394 、USB、蓝牙等；第三类是比较新颖的，比如光纤通信总线等。下面将分别介绍。 　　 　　(1)MIL-STD-1553B总线 　　MIL-STD—1553B于1978年由美国军方提出，作为美国空军电子分系统联网的标准总线。1553B总线是一种中央集权式的串行总线，其组成包括一个总线控制器，负责总线调度、管理；若干(最多31个)远置终端，用于连接有效载荷进行数据通信。它的总线传输速率为1Mb／s，总线传错字差错率小于10-7，可以通过奇偶校验的方式进行错误检测，具有很高的稳定性和可靠性，因此在航空航天中有着广泛的应用。不过，1553B总线价格昂贵，功耗较大，传输匹配严格(需要用匹配耦合器)，连线要求较高，这些都限制了它在小卫星领域的大规模应用。 　　美国Leostar卫星平台采用了MIL-STD-1553B总线。Leostar平台由美国轨道科学公司为美国空军标准技术实验计划(STEP)研制，至目前为止支持了6颗卫星任务。 　　 　　(2)SpaceWire总线 　　SpaceWire总线是欧洲空间局(ESA)为航天应用而设计的一种高速、可升级、低功耗、低成本的串行总线。它是一种全双工点对点通信或通过路由开关形成大的通信网络的总线。该总线通信速率可达1Gb／s，支持高级协议，