一种基于UWB技术的航天器RS422接口无缆化传输装置

技术领域

本发明涉及航天器通用数据接口领域，尤其涉及设计航天器无缆化数据传输，具体是一种基于UWB技术的航天器RS422接口无缆化传输装置及一种航天器。

背景技术

RS422接口是当前在各类航天器中配套的电单机设备之间进行数据交互的常用接口，因其可靠性、实时性和安全性较高而被广泛应用。但随着航天器载荷技术的发展，航天器体积大型化使得配套单机设备数量增加、单机之间间距增大，导致串通的基于低频电缆网连接的RS422接口的电缆长度成倍增加，进而造成航天器电缆网设计复杂度越来越大，电缆布局和敷设愈发复杂，也对电缆网在航天器地面测试过程中的改造造成了较大困难。

发明内容

本发明的目的在于解决当前航天器RS422接口之间电缆长度长、重量大、布局敷设困难的问题，提出一种基于UWB技术的航天器RS422接口无缆化传输装置，通过无线信道替代低频电缆，提高了单机布局和接口更改的灵活性，显著降低了航天器电缆网设计和敷设难度，减轻了航天器的重量。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种基于UWB技术的航天器RS422接口无缆化传输装置，包括RS422收发芯片、核心处理单元MCU、UWB通信模组、UWB天线，其中：所述RS422收发芯片用于实现差分信号与TTL信号或CMOS信号之间的转换，所述RS422收发芯片内的发送器将输入的TTL/CMOS信号转换为差分信号并输出，所述RS422收发芯片内的接收器将输入的差分信号转换为TTL/COMS信号并输出，并配置终端匹配、断开/短路故障终端保护措施；所述核心处理单元MCU用于接收和监视所述UWB通信模组的工作状态以反馈系统健康状态信息、处理和调度所述RS422接口芯片收发的业务数据流以实现与UWB通信模组进行数据交互；UWB通信模组用于对经所述核心处理单元MCU处理并传输的数据进行调制，转换为UWB脉冲信号经UWB天线向空间辐射，并对经UWB天线接收的信号进行解调，转发所述核心处理单元MCU处理；UWB天线用于向航天器舱内空间辐射经UWB模组调制的UWB射频信号，或接收来自舱内空间的其他UWB模组辐射的信号。

优选的，所述核心处理单元MCU与航天器的主控系统信号连接，接收主控系统发送的控制指令以对UWB通信模组的参数进行配置。

优选的，采用UWB通信体制作为RS422接口无缆化设计的信息传输方式。

优选的，所述的核心处理单元MCU包括处理器模块、I/O模块、接口通讯模块、缓存模块，其中：处理器模块用于检测和控制UWB通信模组的状态，接收UWB通信模组控制指令，完成对包括UWB通信模组辐射功率、通信模式在内的参数的配置；控制模块用于接收航天器的控制指令，并将控制指令转发至所述处理器模块，将处理器模块的状态信息反馈至航天器；接口通讯模块用于实现核心处理单元MCU中的控制模块、处理器模块、I/O模块、缓存模块之间的接口通信及核心处理单元的外部通信；缓存模块用于匹配所述RS422收发芯片与所述核心处理单元MCU之间的数据传输速率，避免传输数据速率波动引起的数据丢失等。

优选的，所述核心处理单元MCU还包括电源模块，所述电源模块用于接收航天器一次电源或接口所在单机的二次电源供电，为核心处理单元MCU内的各个单元进行供电。

优选的，所述的接口通讯模块包括内部接口通信子模块和外部接口通信子模块两部分，其中内部接口通讯子模块用于实现核心处理单元MCU内各模块之间的数据通讯，外部接口通讯模块用于核心处理单元MCU与RS422收发芯片和UWB通讯模组之间的外部数据通讯。

优选的，所述的核心处理单元之间各个模块通过VPX总线进行数据交互。

基于相同的构思，本发明还提供一种航天器，所述的航天器包括任意一项所述的无缆化传输装置。本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1、本发明基于UWB技术实现航天器舱内RS422接口的无缆化设计，与目前常用的蓝牙、Zigbee等无线传输协议无缆化设计相比，利用UWB信号频带较宽的特性，可有效解决无线信号在航天器舱体内部复杂多径传播问题，实现稳定可靠信息的传输。

2、本发明设计的无缆化RS422接口传输装置，使用无线传输模式替代了传统低频电缆网连接，降低了电缆网设计和更改的复杂度，减少了电缆网总装敷设难度，该系统可整合于单机内部，减轻了系统的重量。

3、本发明设计的无缆化RS422接口传输系统，配置核心处理单元，可通过指令配置UWB通信模组发射功率和脉冲宽度等参数，灵活适应不同数据传输业务、不同舱体结构的需求。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1为发明中提出的基于UWB技术的航天器RS422接口无缆化传输装置结构图；

图2为本发明中提出的核心处理单元结构图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

如图1所示，本发明的航天器RS422接口无缆化传输装置结构图，由图知本发明一种基于UWB(Ultra Wide Band，超宽带无线电)技术的航天器RS422接口无缆化传输装置，包括RS422收发芯片、核心处理单元MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)、UWB通信模组、UWB天线，其中：所述RS422收发芯片用于实现差分信号与TTL(Transistor-TransistorLogic，晶体管-晶体管逻辑)信号或CMOS(Complementary MOS Integrated Circuit，互补金属氧化物半导体)信号之间的转换，所述RS422收发芯片内的发送器将输入的TTL/CMOS信号转换为差分信号并输出，所述RS422收发芯片内的接收器将输入的差分信号转换为TTL/COMS信号并输出，并配置终端匹配、断开/短路故障终端保护措施；所述核心处理单元MCU用于接收和监视所述UWB通信模组的工作状态以反馈系统健康状态信息、处理和调度所述RS422接口芯片收发的业务数据流以实现与UWB通信模组进行数据交互；UWB通信模组用于对经所述核心处理单元MCU处理并传输的数据进行调制，转换为UWB脉冲信号经UWB天线向空间辐射，并对经UWB天线接收的信号进行解调，转发所述核心处理单元MCU处理；UWB天线用于向航天器舱内空间辐射经UWB通信模组调制的UWB射频信号，或接收来自舱内空间的其他UWB通信模组辐射的信号。

基于UWB通信体制通信带宽高、抗干扰、抗多径能力强的技术特点，使用UWB通信模组建立航天器舱内无线通信信道，通过MCU完成RS422芯片与UWB通信模组之间的数据缓存和信息交互，以无线通信替代RS422接口之间的低频电缆，可大幅降低电缆网复杂度和敷设难度。

如图2所示为本发明所述的核心处理单元MCU结构图，由图知本发明的核心处理单元MCU承担RS422收发芯片与UWB通信模组之间的数据处理与交互，并负责UWB通信模组的控制与状态采集。所述的核心处理单元MCU由处理器模块、控制模块、接口通讯模块、缓存模块和电源模块组成，模块之间通过VPX总线进行数据交互。

处理器模块用于检测和控制UWB通信模组的状态，接收UWB通信模组控制指令，完成对包括UWB通信模组辐射功率、通信模式在内的参数的配置；控制模块用于接收航天器的控制指令，并将控制指令转发至所述处理器模块处理，将处理器模块的工作状态信息通过接口通信模块外发至航天器；接口通讯模块用于实现核心处理单元MCU中的控制模块、处理器模块、I/O模块、缓存模块之间的内部接口通信，核心处理单元MCU与RS422接口芯片、UWB通信模组之间的外部接口通信；缓存模块用于匹配所述RS422收发芯片与所述核心处理单元MCU之间的数据传输速率，在RS422接口实时传输数据速率超出MCU处理能力时，缓存数据，后续接口通信中，MCU优先操作处理缓存中的数据而非接口实时数据，避免传输数据速率波动引起的数据丢失；电源模块用于接收航天器一次电源或接口所在单机的二次电源供电，为核心处理单元MCU内的各个模块进行供电。

基于无缆化RS422接口的传输装置，配置核心处理单元MCU，可通过指令配置UWB通信模块发射功率和脉冲宽度等参数，灵活适应不同数据传输业务、不同舱体结构的需求。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。