用于航天器多器间总线数据传输的通路结构
阅读说明：本技术 用于航天器多器间总线数据传输的通路结构 (Passage structure for bus data transmission among multiple spacecraft ) 是由 杨祎 蔡晓东 杜青 夏宁 汪静 吴乐群 刘艳丽 于 2020-04-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种用于航天器多器间总线数据传输的通路结构,所述航天器至少包括第一器件、第二器件、第三器件,其中,所述第一器件与第器件之间,以及所述第三器件与第二器件之间分别配置有用于传输数据的至少一套总线数据传输通路,每套总线数据传输通路包括第一数据传输总线和第二数据传输总线,所述第一器件和第二器件内均设置有用于切换总线数据传输通路与终端匹配负载的第一总线开关和第二总线开关,所述第一总线开关和第一数据传输总线连接,所述第二总线开关和第二数据传输总线连接。相对于现有技术,本发明能满足航天器多器之间数据实时、可靠、高速、多路并行传输的需求。(The invention discloses a path structure for bus data transmission among multiple spacecrafts, which at least comprises a first device, a second device and a third device, wherein at least one set of bus data transmission paths for transmitting data are respectively arranged between the first device and the second device and between the third device and the second device, each set of bus data transmission path comprises a first data transmission bus and a second data transmission bus, a first bus switch and a second bus switch for switching the bus data transmission paths to match with a terminal for load are arranged in the first device and the second device, the first bus switch is connected with the first data transmission bus, and the second bus switch is connected with the second data transmission bus. Compared with the prior art, the method can meet the requirements of real-time, reliable, high-speed and multi-path parallel transmission of data among multiple spacecraft.)
技术领域
本发明涉及航天器的供配电技术领域，尤其涉及一种用于航天器多器间总线数据传输的通路结构。
背景技术
随着航天技术的不断进步与应用领域的扩展，航天器分系统间信息交互越来越复杂，信息量不断加大。这对信息交互的可靠性、稳定性及实时性的要求也越来越高。总线可以满足上述要求，已成为航天器信号传输的主要方式之一。
传统的航天器总线数据在单器内部传输，如图1所示。随着深空探测器、载人飞船类航天器的发展，多器联合工作与单器独立工作成为常态，为保证航天器实时高效响应，总线数据在多器之间传输的需求越来越突出。
但是，目前的航天器分系统之间的数据往往不能满足实时、可靠、高速、多路并行传输的需求。
发明内容
本发明提出了一种用于航天器多器间总线数据传输的通路结构，旨在满足航天器多器之间数据实时、可靠、高速、多路并行传输的需求。
为实现上述目的，本发明提供一种用于航天器多器间总线数据传输的通路结构，所述航天器至少包括第一器件、第二器件、第三器件，其中，所述第一器件与第器件之间，以及所述第三器件与第二器件之间分别配置有用于传输数据的至少一套总线数据传输通路，每套总线数据传输通路包括第一数据传输总线和第二数据传输总线，所述第一器件和第二器件内均设置有用于切换总线数据传输通路与终端匹配负载的第一总线开关和第二总线开关，所述第一总线开关和第一数据传输总线连接，所述第二总线开关和第二数据传输总线连接。
本发明进一步的技术方案是，所述第一数据传输总线和第二数据传输总线互为冗余备份。
本发明进一步的技术方案是，所述第一器件和第二器件之间、以及所述第三器件和第二器件之间设置有一套或两套分离连接器；
当所述分离连接器为一套时，所述第一总线和第二总线均设置于所述分离连接器内，配置成用于传输数据的总线数据传输通路；
当所述分离连接器为两套时，所述第一总线和第二总线分设于所述两套分离连接器内，配置成用于传输数据的总线数据传输通路。
本发明进一步的技术方案是，所述第一数据传输总线和第二数据传输总线均包括总线开关状态遥测和器件总线信号传输状态遥测。
本发明进一步的技术方案是，所述第一总线开关和第二总线开关均包括主总线接口BUS1端、主总线接口BUS2端、控制接口，所述控制接口为切换指令端。
本发明进一步的技术方案是，当所述第一器件的第一总线开关和第二总线开关，位于所述主总线接口BUS2端时，所述第一器件采集总线开关状态遥测为“0”，所述第一器件采集器间总线信号传输状态遥测为“1”；
在所述第一器件与所述第二器件分离前，所述第一器件的数管发送高平指令，控制所述第一器件和第二器件之间的第一数据传输总线上的第一总线开关、第二数据传输总线上的第二总线开关均由总线数据传输通路切换至终端匹配负载，此时，所述第一器件采集总线开关状态遥测为“1”，所述第一器件采集器件总线信号传输状态遥测为“0”；
当总线数据传输通路切换至终端匹配负载成功后，所述第一器件和第二器件之间的分离连接器解锁，所述第一器件和第二器件分离。
本发明进一步的技术方案是，当所述第三器件的第一总线开关和第二总线开关，位于所述主总线接口BUS2端时，所述第三器件采集总线开关状态遥测为“0”，所述第三器件采集器间总线信号传输状态遥测为“1”；
在所述第三器件与所述第二器件分离前，所述第三器件的数管发送高平指令，控制所述第三器件和第二器件之间的第一数据传输总线上的第一总线开关、第二数据传输总线上的第二总线开关均由总线数据传输通路切换至终端匹配负载，此时，所述第三器件采集总线开关状态遥测为“1”，所述第三器件采集器件总线信号传输状态遥测为“0”；
当总线数据传输通路切换至终端匹配负载成功后，所述第三器件和第二器件之间的分离连接器解锁，所述第三器件和第二器件分离。
本发明进一步的技术方案是，所述第一总线开关和第二总线开关均设置有自检接口，使用时，所述自检接口连接地面总线监视器，对所述第一器件和第二器件之间，或者第三器件和第二器件之间的总线数据进行实时的地面监视与检测；不使用时，所述自检接口外接终端匹配电阻。
本发明进一步的技术方案是，所述总线数据传输通路至少包括总线通路、供电通路、RS422信号、遥测信号、或者遥控指令中的一种或几种。
本发明进一步的技术方案是，所述供电通路、或者RS422信号、或者遥测信号、或者遥控指令的一端连接所述分离电连接器，另一端连接转接插头。
本发明用于航天器多器间总线数据传输的通路结构与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明采用分离电连接器实现了多器联合工作状态下多路总线数据的实时可靠传输。传统的航天器内部总线数据在单器内部工作，目前深空探测领域、载人航天领域具有该需求，该设计方法扩充了总线数据的应用场景。
(2)本发明采用总线开关切换至终端匹配负载，实现组合体分离后单器工作时内部总线数据的实时可靠传输。由数管设备发送高电平指令，驱动分离开关切换至终端匹配负载。在组合体分离前，由数管设备采集总线开关切换状态遥测。总线开关切换成功后，控制两器分离，实现单器工作时总线数据传输的可靠性。
(3)总线开关的自检接口，连接地面总线监视器，实现了器间与单器总线数据的实时监视与检测，较传统的主总线串接总线监视电缆的检测方式相比，简化了总线数据检测通路的设计。
(4)两器间总线数据通路由总线通路、供电通路、其他信号通路共同构成。总线通路与供电通路、其他信号通路通过总线电连接器进行连接，有效降解了总线通路与供电通路、其他信号通路的耦合度。
附图说明
图1是现有技术中航天器器件间总线通路设计示意图；
图2是本发明用于航天器多器间总线数据传输的通路结构在多器联合工作状态下总线数据通路设计示意图；
图3是第一器件独立工作、第二器件和第三器件联合工作状态下总线数据通路设计示意图；
图4是第一器件与第三器件独立工作、第二器件不工作状态下总线数据通路设计示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为实现航天器多器之间数据实时、可靠、高速、多路并行传输的需求，多器间可以采用1553B总线通讯。通过含总线接口的分离电连接器进行数据传输，并通过总线开关实现器间总线数据传输与终端阻抗匹配的切换。两器分离前，通过数管发送指令控制总线开关由主总线切换至终端匹配负载，以确保分离后单器内部总线可靠工作。本发明为航天器器间及两器分离后单器内部1553B总线数据通讯提供了一种安全可靠的通路结构。
具体的，为克服现有技术中总线通路设计的局限，本发明提出一种用于航天器多器间总线数据传输的通路结构，可以应用于深空探测器、载人飞船等的航天器领域，实现航天器在多器联合工作与单器独立工作时各设备之间数据的实时、高速、高可靠传输。本发明实现了航天器组合体状态下各设备总线数据的双向可靠传输，以及组合体分离后单器内部总线数据的双向可靠传输，满足了航天器多器间时分制命令/响应式多路复用数据传输的需求。
请参照图2至图4，图2是本发明用于航天器多器间总线数据传输的通路结构在多器联合工作状态下总线数据通路设计示意图；图3是第一器件独立工作、第二器件和第三器件联合工作状态下总线数据通路设计示意图；图4是第一器件与第三器件独立工作、第二器件不工作状态下总线数据通路设计示意图。
本发明所提出的用于航天器多器间总线数据传输的通路结构，至少包括第一器件、第二器件、第三器件，其中，所述第一器件与第器件之间，以及所述第三器件与第二器件之间分别配置有用于传输数据的至少一套总线数据传输通路，每套总线数据传输通路包括第一数据传输总线和第二数据传输总线，所述第一器件和第二器件内均设置有用于切换总线数据传输通路与终端匹配负载的第一总线开关和第二总线开关，所述第一总线开关和第一数据传输总线连接，所述第二总线开关和第二数据传输总线连接。
其中，所述第一数据传输总线和第二数据传输总线互为冗余备份。
所述第一器件和第二器件之间、以及所述第三器件和第二器件之间设置有一套或两套分离连接器。
当所述分离连接器为一套时，所述第一总线和第二总线均设置于所述分离连接器内，配置成用于传输数据的总线数据传输通路。
当所述分离连接器为两套时，所述第一总线和第二总线分设于所述两套分离连接器内，配置成用于传输数据的总线数据传输通路。
所述第一数据传输总线和第二数据传输总线均包括总线开关状态遥测和器件总线信号传输状态遥测。
所述第一总线开关和第二总线开关均包括主总线接口BUS1端、主总线接口BUS2端、控制接口，所述控制接口为切换指令端。
当所述第一器件的第一总线开关和第二总线开关，位于所述主总线接口BUS2端时，所述第一器件采集总线开关状态遥测为“0”，所述第一器件采集器间总线信号传输状态遥测为“1”。
在所述第一器件与所述第二器件分离前，所述第一器件的数管发送高平指令，控制所述第一器件和第二器件之间的第一数据传输总线上的第一总线开关、第二数据传输总线上的第二总线开关均由总线数据传输通路切换至终端匹配负载，此时，所述第一器件采集总线开关状态遥测为“1”，所述第一器件采集器件总线信号传输状态遥测为“0”。
当总线数据传输通路切换至终端匹配负载成功后，所述第一器件和第二器件之间的分离连接器解锁，所述第一器件和第二器件分离。
当所述第三器件的第一总线开关和第二总线开关，位于所述主总线接口BUS2端时，所述第三器件采集总线开关状态遥测为“0”，所述第三器件采集器间总线信号传输状态遥测为“1”。
在所述第三器件与所述第二器件分离前，所述第三器件的数管发送高平指令，控制所述第三器件和第二器件之间的第一数据传输总线上的第一总线开关、第二数据传输总线上的第二总线开关均由总线数据传输通路切换至终端匹配负载，此时，所述第三器件采集总线开关状态遥测为“1”，所述第三器件采集器件总线信号传输状态遥测为“0”。
当总线数据传输通路切换至终端匹配负载成功后，所述第三器件和第二器件之间的分离连接器解锁，所述第三器件和第二器件分离。
本发明所提出的于航天器多器间总线数据传输的通路结构中，所述第一总线开关和第二总线开关均设置有自检接口，使用时，所述自检接口连接地面总线监视器，对所述第一器件和第二器件之间，或者第三器件和第二器件之间的总线数据进行实时的地面监视与检测；不使用时，所述自检接口外接终端匹配电阻。
所述总线数据传输通路至少包括总线通路、供电通路、RS422信号、遥测信号、或者遥控指令中的一种或几种。所述供电通路、或者RS422信号、或者遥测信号、或者遥控指令的一端连接所述分离电连接器，另一端连接转接插头。
针对深空探测器、载人飞船类航天器在多联合工作与单器工作时总线数据传输的需求，下面结合图2至图4，以三器件组合，设计一种1553B总线数据传输通路为例对本发明进一步详细阐述。
本发明所采用的技术方案主要是：利用分离电连接器实现航天器多器间总线数据的传输；利用总线开关切换至终端匹配负载，确保组合体分离后单器内部总线数据能够可靠工作。
其中，在分离电连接器中，总线数据接口周围应避免传输高功率供电、高频信号。总线数据通过A、B两条数据传输总线传输数据，数据传输总线A、B互为冗余备份。两器间含多套分离电连接器时，即两器间含多只分离插座及配套的分离插头时，数据传输总线A与数据传输总线B分别设置于两套分离电连接器，实现总线数据通路最大化的冗余备份。两器间含一套分离电连接器时，数据传输总线A与数据传输总线B设置于一套分离电连接器。
多器间总线数据传输通路图2～图4所示。航天器1与航天器2之间传输总线数据，航天器2与器航天3之间传输总线数据，两套总线数据传输通路互相独立，且每套总线数据传输通路含A、B数据传输总线。
总线开关的BUS1、BUS2为主总线接口。控制接口为总线开关切换指令端。每条数据传输总线包含总线开关状态遥测和器间总线信号传输状态遥测。
以航天器1与航天器2之间的总线数据传输通路为例，如图2所示，航天器1与航天器2组合体协同工作时，通过一路总线数据传输通路(含A、B两条数据传输总线)，进行两器之间各设备的实时数据通讯；航天器2与航天器3组合体协同工作时，通过另一路总线数据传输通路(含A、B两条数据传输总线)，进行两器之间各设备的实时数据通讯。
在组合协同工作状态下，总线开关位于总线通路BUS2端，实现器间总线通信。此时，航天器1采集总线开关状态遥测为“0”，航天器1采集器间总线信号传输状态遥测为“1”。
如图3所示，航天器1与航天器2分离前，航天器1数管发送高电平指令，控制航天器1与航天器2之间的数据传输总线A、B的总线开关均由主总线数据传输通路切换至终端匹配负载。再由数管设备采集总线开关状态遥测、两器间总线信号传输状态遥测，此时，航天器1采集总线开关状态遥测为“1”，航天器1采集器间总线信号传输状态遥测为“0”。当判断总线开关切换成功后，再执行航天器1与航天器2的分离电连接器的解锁，完成航天器1和航天器2的分离。分离后，航天器1独立工作，而航天器2与航天器3保持组合体协同工作状态。
如图4所示，航天器2与航天器3分离前，航天器3内部数管设备发送高电平指令，控制航天器3内部第一总线开关和第二总线开关切换至终端匹配负载。再由数管设备采集总线开关状态遥测、两器间总线信号传输状态遥测，判定第一总线开关和第二总线开关切换状态，并执行两器分离动作。分离后，航天器3独立工作，而航天器2不再工作。
第一总线开关和第二总线开关均设置有自检接口，该自检接口可以连接地面总线监视器，对两器之间总线数据进行实时的地面监视与检测，替代了传统的主总线串接总线监视电缆的检测方式。自检接口不使用时外接终端匹配电阻。
第一总线开关和第二总线开关设置在两器分离后仍需传输总线信号的航天器内部。
航天器之间的数据通路由总线通路、供电通路、其他信号(如RS422信号、遥测信号、遥控指令)通路共同构成。总线数据传输通路连接航天器内部需要进行总线通信的设备，以及转接插座。供电通路、其他信号通路一端为分离电连接器，另一端为转接插头。由此可以有效降解总线数据传输通路与供电通路、其他信号通路的耦合度。
本发明用于航天器多器间总线数据传输的通路结构与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明采用分离电连接器实现了多器联合工作状态下多路总线数据的实时可靠传输。传统的航天器内部总线数据在单器内部工作，目前深空探测领域、载人航天领域具有该需求，该设计方法扩充了总线数据的应用场景。
(2)本发明采用总线开关切换至终端匹配负载，实现组合体分离后单器工作时内部总线数据的实时可靠传输。由数管设备发送高电平指令，驱动分离开关切换至终端匹配负载。在组合体分离前，由数管设备采集总线开关切换状态遥测。总线开关切换成功后，控制两器分离，实现单器工作时总线数据传输的可靠性。
(3)总线开关的自检接口，连接地面总线监视器，实现了器间与单器总线数据的实时监视与检测，较传统的主总线串接总线监视电缆的检测方式相比，简化了总线数据检测通路的设计。
(4)两器间总线数据通路由总线通路、供电通路、其他信号通路共同构成。总线通路与供电通路、其他信号通路通过总线电连接器进行连接，有效降解了总线通路与供电通路、其他信号通路的耦合度。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。