地球站智能切換的衛星通信論文范文

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1硬件設計

1．1硬件組成硬件部分主要由單片機主控、監控和切換矩陣3部分組成。單片機通過識別本控和遠控開關的工作模式，根據串口中斷送來的控制信號對在線工作的設備進行操作，同時和數據采集器Nport通信，發送參數注入指令，監控機按指令將正確參數注入到優先級最高的備用設備，完成倒換開關的控制。硬件系統的組成如圖2所示。單片機是主控部分［7］的核心，主要完成本控/遠控的判斷及主要程序的執行、射頻設備的倒換以及與監控機的通信，實現電路的選通、面板顯示等功能。其主要包括單片機外圍輔助電路、輸入輸出口驅動電路、射頻切換控制數據口、中頻切換控制數據口、4線RS－485串口通信電路、外部指示燈控制電路及電源電路。監控部分通過網口與數據采集設備通信，輪詢設備的當前工作狀態，依據設備工作狀態向單片機發送調整信息，并進行參數的注入，實現智能切換單元的遠程控制競爭－冒險”現象而導致系統崩潰。切換矩陣通過控制元件完成切換控制。開關矩陣中選擇了可控功率大、損耗小的PIN管作為核心控制器件。由于吸收式PIN開關改善了端口駐波，“開”與“斷”狀態下的駐波較好，兼顧系統的穩定性，在此選擇吸收式PIN開關［9］。

1．2硬件電路功能模塊根據功能模塊劃分，實際電路分為5個模塊:CPU接口電路模塊、串口通信模塊、鍵盤控制模塊、液晶驅動模塊及PIN開關切換控制模塊。①CPU接口電路模塊CPU接口電路主要完成外圍電路的控制。外圍電路主要包括晶振電路、外部復位電路、JTAG接口電路及電源指示電路。設計中采用AVR公司的ATMEL6450單片機，此類單片機擁有68個雙向I/O口，同時具有64K字節的Flash，2K字節的EEP-ROM，4K字節的RAM，滿足設計需求。②串口通信模塊串口通信模塊用來完成單片機與計算機的通信，實現計算機在遠控模式下對整個切換網絡的控制，選用MAX1482器件完成雙工通信。③鍵盤控制模塊設計中選用74C922鍵盤控制集成電路模塊，運用12個鍵組合完成所有的設置功能，采用中斷方式實現與單片機的數據交換和控制。④液晶驅動顯示模塊液晶顯示模塊選用LCM128645zk模塊，該模塊主要特點是內帶8000多GB1/2中文漢字字庫液晶顯示模塊，串行/并行兩用接口。設計中采用并行傳輸模式，由指令位(DLFLAG)來選擇8－BIT或4－BIT接口，單片機配合(RS，R/W，E，DB0．．DB7)完成傳輸動作。⑤PIN開關切換控制模塊PIN開關采取自主研制，選用吸收式PIN開關改善端口駐波。通過單片機的3個I/O管腳直接控制單刀6擲開關，單刀3擲開關則是先通過74HC139譯碼器譯碼，然后通過74LS04后作為中頻PIN開關的控制信號。

2軟件設計

2．1軟件結構設計智能切換單元的軟件部分［10］通過對中/射頻切換單元和射頻設備定期輪詢［11］，經串口或網口從硬件獲取數據信息，將提取到的狀態信息進行分析、統計綜合、決策，根據優先級策略控制切換單元和射頻設備的參數，完成監控和切換。單片機作為控制核心，通過中斷完成相關功能。不斷查詢中斷口是否有信號輸入，從而觸發不同動作。單片機控制的主流程及中斷子程序流程如圖3所示。監控機通過不斷輪詢射頻設備的工作狀態，驗證在線設備是否故障。在線設備故障時，監控機根據備用設備的優先級選擇設備，同時向單片機發出狀態調整信號，完成設備倒換后，監控機會對故障進行記錄和壓縮，以備用戶查詢。在線設備正常工作時，監控機繼續輪詢設備工作狀態。

2．2各功能模塊設計軟件模塊主要分為串口數據通信、數據傳輸與存儲、綜合處理和設備狀態顯示4個模塊。①串口數據通信模塊通過串口服務器與被控設備通信，以輪詢的方式采集各設備的上報數據，并發送控制命令。②數據傳輸與存儲模塊該模塊將接收到的設備上報數據進行解封裝，提取出設備狀態參數，將其保存并傳遞給綜合處理模塊進一步處理;將綜合處理模塊發出的設備控制命令封裝后送至串口數據通信模塊。③綜合處理模塊綜合被控設備的狀態參數，分析得出系統配置狀態，將所有狀態信息傳送至設備狀態顯示模塊。手動模式下，處理用戶的各種操作，完成用戶管理、設備控制命令發送和日志記錄查詢等功能;自動模式下，當檢測到在線射頻設備故障時，按優先級策略控制切換單元實現切換，并設置備份射頻設備頻率和衰減等參數，完成自動切換功能。射頻設備切換優先級策略如表1所示。④設備狀態顯示模塊將各種信息(系統配置狀態和設備狀態參數等)以圖形化的方式顯示在軟件的各功能界面上。

3切換策略和邏輯關系

3．1切換策略①射頻設備切換策略3站射頻設備之間切換需建立正確的切換機制［12］，避免“競爭－冒險”而導致系統崩潰。默認情況下，各地球站射頻設備都將一臺設為備用，此設備的優先級最高。平時管理中，A站對應射頻設備1和射頻設備2，B站對應射頻設備3和射頻設備4，C站對應射頻設備5和射頻設備6。當A站主用1出現故障時，倒換優先級2為最高，另外2站的備用設備也設置響應的優先級。每一臺設備對于3個站都具有不同的優先級，如表2所示。②本控/遠控切換策略從本控狀態切換至遠控狀態后，鍵盤按鍵(除設置鍵)不起作用;從遠控狀態切換至本控狀態后，串口進行有選擇性地執行指令，僅對查詢命令回應當前狀態。

3．2切換的邏輯關系①聯動切換邏輯關系切換矩陣是實現射頻設備倒換的關鍵部分，矩陣中3個單刀6擲中頻PIN開關和3個單刀6擲射頻PIN開關依據邏輯關系進行動作，實現射頻設備的主備切換，如表3所示。M1、M2和M3分別表示3個站中頻單刀6擲PIN開關6個管腳的某一個，N1、N2和N3分別表示3個站射頻單刀6擲PIN開關6個管腳的某一個，要保證射頻設備正常倒換，中頻和射頻PIN開關要實現聯動。②交叉切換邏輯關系在一般情況下，智能切換單元進行聯動切換，各站終端設備始終和各站射頻設備配合使用。但在特殊情況下，需要各站終端設備與射頻設備交叉使用，交叉使用的切換邏輯如表4所示。

4結束語

地球站智能切換單元的引入，合理調配了地球站系統資源，提高了關鍵設備的使用效率，解決了關鍵環節故障導致衛星通信系統癱瘓的難題，消除了主備設備同時故障導致系統崩潰的隱患。同時，智能切換單元操作簡單，切換迅速，為提高系統穩定性提供了一種便捷高效的解決方案。采用基于優先級的切換策略，結合射頻設備頻率和衰減的自動修正，可迅速可靠地實現地球站主備設備的自動切換。

作者：孟學軍趙艷朝林賀單位：西安衛星測控中心