FőoldalKonstruktőrLEO műholdak telemetriai rendszerének optimalizálása
2019. február 18., hétfő ::

LEO műholdak telemetriai rendszerének optimalizálása

Az utóbbi időben az alacsony Föld körüli pályán (LEO – Low-Earth Orbit) keringő műholdak népszerűsége a kereskedelmi alkalmazásokban megnőtt, mivel több szempontból is nagyon kedvező megoldását jelentik a különböző kis késleltetésű, szélessávú szolgáltatások, vagy akár gépközti kommunikáció és képalkotási rendszerek implementálásának. A földfelszín felett 180 … 2000 km magasságban keringő LEO műholdak fellövése és pályára állítása relatíve sokkal kedvezőbb a 12 000 km-en keringő, közepes Föld körüli pályára (MEO – Mid-Earth Orbit), illetve 36 000 km-en keringő geostacionárius (GEO) pályára állított műholdakhoz képest, ráadásul üzemeltetésük az alkalmazott rádiófrekvenciás teljesítmény szempontjából is gazdaságosabb

Mivel kereskedelmi alkalmazásról van szó, kiemelten fontos szempont az anyagköltség, így a figyelem mostanában egyre inkább erre a kérdésre, illetve az üzemeltetési költségek visszaszorítására és a hosszú távú megbízhatóság növelésére összpontosul. A sugárzásálló, analóg és kevert jelű integrált áramkörök a sugárzásbiztos, RISC-V nyílt utasításkészletet támogató mikroprocesszormagokkal erősített FPGA-kkal karöltve ebben a feladatban kiváló támogatást nyújtanak.

A telemetriai rendszer helyigényének csökkentése

Egy tipikus LEO műholdban a telemetriáért felelős áramkör jelentős helyigénnyel bír, emellett elektromos fogyasztása is számottevő. A telemetriai rendszer nem csupán állapotmonitorozásra és hibaérzékelésre használatos, hanem alkalmas leválasztási és helyreállítási műveletek végrehajtására is, amelyre a parancsok a földi vezérlésből érkeznek. Ezenfelül a műhold összfogyasztásának és termikus disszipációjának kézben tartása is a telemetria feladatkörébe tartozik.

A telemetriáért felelős áramköri kártyák (amelyeket gyakran hívnak I/O kártyáknak is) nagyszámú analóg multiplexert, analóg-digitális átalakítót, áramgenerátort és feszültségreferenciát tartalmaznak, lehetőséget biztosítva a feszültségszintek, áramfelvétel, hőmérséklet, mechanikai deformálódás, nyomás, mágneses térerősség stb. mérésére, amelyek mind kritikusak a hasznos teher állapotának monitorozása szempontjából. A telemetriai rendszer helyigénye akár az 1100 cm2-t is meghaladhatja, és egy korszerű, nagy bonyolultságú hasznos teher (ami lehet például egy digitális kommunikációs frekvenciasáv-kiosztó, képalkotó vagy radaros jelfeldolgozó rendszer) működéséhez több ilyen kártyára is szükség lehet, amelyek nemcsak helyet foglalnak, de elektromos energiát is fogyasztanak, hőt generálnak, és a teljes rendszer szempontjából jelentős költségtöbbletet is okoznak. Hovatovább az átlagos I/O kártyák olyan diszkrét alkatrészeket tartalmaznak, amelyek fix beépítésűek és funkcionalitás tekintetében rugalmatlanok, ezáltal csak drága és körülményes fejlesztést tesznek lehetővé.

A Microchip eredendően sugárzásállóra tervezett, LX7730 típusnevű telemetriai vezérlőjében extenzív, kevert jelű áramköri integrációt valósítottak meg, ezáltal multiplexerek, erősítők, szűrők, A/D-átalakítók és D/A-átalakítók kombinált rendszerét tartalmazza egyetlen integrált áramkörbe építve, amely egy FPGA gazdavezérlő kisegítőrendszereként alkalmas felhasználásra. A kompakt méretű, 132 csatlakozós, kerámiaanyagú QFP tokozásba épített vezérlő Class Q és Class V környezeti feltételek mellett is rendelkezik QML-kvalifikációval.

A központi egység megmentése

Egy lépéssel tovább is mehetünk a legújabb, RISC-V utasításkészlet-architektúra lehetőségeinek kihasználásával. Ennek köszönhetően a rendszer részét képező FPGA-ban „szoft CPU-t” lehet megvalósítani a dedikált fizikai eszköz helyett, amely rendkívül költséghatékony, és a telemetria forrásánál lokális információfeldolgozást tesz lehetővé. Az FPGA és telemetriai vezérlő kombinációja minden műholdfedélzeti hasznos teherben gazdaságosan implementálható, lehetőséget teremtve autonóm adatnaplózásra, állapotmonitorozásra és vezérlési feladatok ellátására, valamint a támogatott buszprotokoll (ami lehet MIL-STD-1553, SpaceWire, CAN vagy egyedi implementáció is) jeleinek megfelelően adatküldésre a műhold központi számítógépe felé. Mindez jelentősen tehermentesíti a műhold központi vezérlő számítógépét, amely ez idő alatt más feladatokat láthat el.

Az új Microchip „Six Sensor” demó rendeltetése ezen összeállítás nagyszerűségének bizonyítása. A demó képes szemléltetni, hogyan képesek a LEO műholdak a telemetriát hatékonyabban kezelni az LX7730 telemetriavezérlő és az RTG4 sugárzásálló, RISC-V szoftprocesszorral implementált FPGA együttes alkalmazásával. A két kulcsalkatrész együttműködve képes a szenzorhálózatból adatokat kinyerni, és a mérési eredményeket egy grafikus felhasználói interfészen egy laptopkijelzőn megjeleníteni.

A demó tökéletesen bemutatja, hogyan lehet az I/O-feladatokat jelentős mértékben leegyszerűsíteni és a központi műholdprocesszort tehermentesíteni, illetve a nagy mértékű, kevert jelű integrációt kihasználva az adatnaplózó/állapotmonitozoró alrendszer méretét és tömegét visszafogni úgy, hogy közben a megbízhatóság rendszerszinten nő. Mindezek a kereskedelmi LEO műholdas rendszerek további elterjedésének kulcsfontosságú összetevői.

A Microchip Technology honlapja

Tudomány / Alapkutatás

tudomany

CAD/CAM

cad

Járműelektronika

jarmuelektronika

Led technológia

Led technológia

Rendezvények / Kiállítások

Mostanában nincsenek események
Nincs megjeleníthető esemény