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深空探测器测控通信控制器的设计与实现

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深空探测器测控通信控制器的设计与实现

深空探测器测控通信控制器的设计与实现

THE DESIGN AND REALIZATION OF THE TELEMETRY/TELECOMMAND COMMUNICATION CONTROLLER ON THE DEEP SPACE EXPLORER

摘要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题意义与背景

1.2 月球车探测器的发展现状

1.3 嵌入式系统发展现状

1.3.1 嵌入式系统的概念及特点

1.3.2 嵌入式系统的发展

1.4 本文研究内容和结构

第2章 月球车测控通信系统协议研究

2.1 深空通信概述

2.1.1 深空通信的研究内容

2.2.2 深空通信的特点

2.2 深空通信协议的研究

2.2.1 深空通信协议的基本要求

2.2.2 CCSDS通信协议族介绍

2.2.3 基于OMNI的空间通信协议族介绍

2.2.4 链路层协议功能分析

2.3 深空通信的编码技术

2.4 通信控制器月表链路协议设计

2.4.1 月表信道特性分析

2.4.2 月表通信协议设计

2.4.3 HDLC协议介绍

2.4.4 月表链路协议性能分析

2.5 通信控制器月地链路协议设计

2.5.1 月地通信信道特性分析

2.5.2 月地信道链路层协议设计

2.5.3 月地链路协议分析

2.6 本章小结

第3章 月球车测控通信控制器的硬件设计

3.1 月球车测控通信控制系统介绍

3.1.1 月球车测控通信控制系统设计原则

3.2 通信控制器硬件总体设计

3.3 通信控制器通信接口设计

3.4 通信控制器车内总线设计

3.5 信道编码模块介绍

3.6 本章小结

第4章 月球车通信控制器的软件实现

4.1 嵌入式Linux简介

4.1.1 嵌入式Linux的起源

4.1.2 嵌入式Linux的特点

4.2 嵌入式Linux下的软件开发

4.2.1 嵌入式Linux开发环境的构造

4.2.2 Gcc交叉编译器介绍

4.2.3 嵌入式Linux调试技术

4.3 Linux设备驱动程序的开发

4.3.1 设备驱动程序的功能

4.3.2 Linux系统下的驱动程序开发

4.4 基于MPC850平台的月球车通信控制器软件实现

4.4.1 同步串口驱动的实现

4.4.2 以太网接口驱动的研究

4.5 本章小结

结论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致谢

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摘要

随着航天事业的发展,人类对于太空探索的要求越来越迫切,神舟五号、六号的相继成功发射标志着中国航天事业发展有了长足的进步,但是当前中国航天技术与世界先进水平相比还有较大差距,也不适应国家现代化建设的需求。在我国成功发射了载人航天飞船之后,对于太空的探索有了更进一步的要求,所以月球探测成为了我国航天发展的下一个重要目标。
  本文主要研究内容就是对月球车测控通信控制器进行设计,使其能够在月表与着陆器和地面站进行测控和数据通信,并保证其在体积、功率有限条件下的可靠性。
  首先,研究了深空通信的特点以及应用较为广泛的空间通信协议,如CCSDS、OMNI等空间通信协议族。根据通信控制器对链路层协议进行控制的主要功能,分别分析了月地、月上空间通信的信道特点,进而提出了相应链路协议的控制方案。月地信道方面,选择了基于HDLC的改进帧格式,并采用Turbo码作为纠错编码;月表方面由于信道性能良好,采用标准HDLC的帧格式,对于高速率的图像信息同时应用Turbo码作为信道编码。
  接着,依据月上测控通信系统的具体要求,设计出通信控制器的硬件结构。选用MPC850芯片作为核心处理器,介绍了芯片的硬件结构和功能,着重说明了应用到的通信接口和以太网口部分的接口性能和特点,并给出了与核心处理器相连接的外围硬件电路。
  本文中最后研究了如何使用嵌入式系统的软件平台开发通信控制器,课题中采用了MPC850+Linux作为系统开发平台,说明了在Linux下如何建立开发环境和进行驱动程序的开发。我们针对采用的链路协议,在嵌入式平台上进行了软件设计,并完成了功能测试。

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