如何简化空间数据记录

卫星有效载荷仪器执行的通信和成像功能变得越来越复杂。他们需要收集大量的遥测数据，以确保安全可靠的卫星运行。

遥测是一项多方面的功能。除了监测卫星的健康状况外，它还检测故障，帮助在出现问题时将卫星与地面站隔离和恢复，并允许卫星自主控制有效载荷仪器的加载。这反过来又有助于功耗和散热，这对于避免过载和保持卫星寿命至关重要。

传统上，遥测数据记录是使用多个电路卡完成的，这些电路卡耗电且包含许多分立元件。通过利用抗辐射混合信号集成电路的最新进展，这些I/O卡的组件数量及其消耗的面积和功耗都可以显著减少。

减少电路板空间利用率的直接好处在木卫三激光高度计（GALA）等应用中可见一斑，GALA是正在测试用于欧洲航天局（ESA）木星冰月球探测器（JUICE）任务的科学仪器之一，计划于2022年发射。该高度计系统将通过计算激光束到达表面、反射并返回仪器内的望远镜所需的时间，测量航天器与木星冰冷卫星木卫三、木卫二和木卫二表面的距离。激光高度计系统供应商Hensoldt Optronics选择LX7730遥测控制器来处理仪器数据，包括温度、电压和电源电流。LX7730占地面积小，可在多个闭环控制中发挥作用，这对于以低电磁干扰（EMI）水平进行精确的激光操作是必要的。定期校准程序可减少温度和寿命相关的漂移，并确保采集的数字化值具有所需的精度。

分立式解决方案的局限性和缺点

大型电路卡（通常称为 I/O 卡）装有分立元件，如模拟多路复用器、模数转换器、电流驱动器和基准电压源，可捕获遥测数据。这些组件捕获不同的数据，包括电压水平和电流消耗、温度、机械应变、压力和磁场强度，这些都是监控有效载荷健康状况的基本参数。这些 I/O 卡通常非常大，在每个有效载荷设备内部占用 12 到 18 平方英寸的宝贵空间。数字通道选择器是用于通信应用、成像或雷达应用的信号处理系统的复杂有效载荷，并且通常基于机箱，需要多个 I/O 卡进行遥测。遥测 I/O 卡消耗大量电力并产生热量，这大大增加了有效载荷设备的物料清单成本。此外，围绕分立器件设计的电路卡不灵活或可配置。

减少组件数量提高可靠性

抗辐射混合信号IC技术的最新进展导致更好的集成，最大限度地减少了元件数量，从而减少了这些I/O卡占用的面积。多路复用器、放大器、滤波器、ADC和DAC等功能以前可以通过小规模集成和分立元件实现，现在可以封装在一个IC中。由于电路板空间的大幅减少，现在可以读取和处理与传感器持续监控的关键卫星参数有关的数据。这种集成为卫星制造商带来了双重好处，即由于组件更少，并且减少了筛选、测试和鉴定这些众多组件所需的时间和成本，从而提高了可靠性，因为现在只需一个 IC 即可完成这项工作。美高森美的LX7730遥测控制器就是这种进步的一个例子。它将这些功能集成到紧凑的 132 引脚密封陶瓷或 208 引脚塑料四方扁平封装中，并且符合 QML 标准，适用于最苛刻的空间应用通常需要的 Q 类和 V 类流量。

混合信号和数字伴侣IC

FPGA，例如RTG4，可用于每个有效载荷以进行遥测处理;首先从混合信号遥测采集IC读取遥测数据，其次使用来自混合信号设备的数据执行处理和决策的双重功能，第三使用现行命令总线协议向卫星中央计算机报告健康状况。FPGA通常用于实现标准航天器控制总线，如Mil Std 1553、SpaceWire和CAN总线，以及卫星集成商专有的非标准总线协议。

使用高度集成的IC和FPGA，可以实现完整的遥测收集系统。该系统可以通过美高森美的六传感器演示进行演示，该演示利用该公司的RTG4 FPGA通过SPI连接到LX7730遥测控制器。控制器 IC 从与其连接的小型传感器网络获取数据，并通过 GUI 在笔记本电脑屏幕上显示测量值。FPGA 将 SPI 帧的地址、数据和读/写位发送到 IC，IC 将 ADC 数据返回给 FPGA。最后， FPGA 对 ADC 输出 应用 必要的 缩放， 并 通过 UART 将 缩放 后 的 数据 发送 到 GUI。

尺寸、重量和可靠性

最新的遥测收集解决方案大大简化了数据记录任务，并释放了主处理器用于其他任务。同时，混合信号功能的高度集成大大降低了遥测记录子系统的整体尺寸和重量，同时提高了可靠性，从而满足了当今卫星系统的三个关键要求。

审核编辑：郭婷