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第1章 小卫星事务管理系统概论 1

1.1 卫星自动化技术 1

1.1.1 自动化技术的发展 1

1.1.2 卫星自动化技术的内容 6

1.1.3 卫星自动化系统的发展阶段 9

1.2 星务系统 15

1.2.1 星务系统的定义 15

1.2.2 星务系统的基本设计思想 16

1.2.3 星务系统发展阶段 19

1.2.4 星务系统的组成 24

1.2.5 星务系统的功能 28

1.2.6 星务系统的技术特点 29

1.2.7 星务系统的标准文件 36

第2章 星务系统的嵌入式技术 44

2.1 概述 44

2.1.1 嵌入式系统的基本概念 44

2.1.2 嵌入式系统的基本特点 46

2.1.3 嵌入式系统概念在小卫星的扩展 49

2.2 内嵌式系统硬件、MEU建造 54

2.2.1 片上系统和MCM 54

2.2.2 MEU建造 56

2.2.3 内嵌式计算机的抗干扰技术 67

2.3 内嵌式系统软件及MEU配套软件 81

2.3.1 常用的嵌入式软件架构 81

2.3.2 DFH-OS for MEU的系统概述 85

2.3.3 MEU的应用程序 87

2.4 DFH-OS for MEU的内核原理 116

2.4.1 任务管理 116

2.4.2 任务同步与通信 119

2.4.3 信号量 120

2.5 DFH-OS for MEU的系统和用户资源配置 121

2.5.1 系统软件数据结构 121

2.5.2 系统底层硬件配置 125

2.6 DFH-OS for MEU软件编程框架 128

2.6.1 编程框架概述 128

2.6.2 系统软件设计约定 130

2.6.3 用户任务创建 134

2.6.4 软件接口设计 136

2.6.5 用户任务扩展 138

2.6.6 软件在轨更新方式 139

2.7 系统提供的函数API接口DFH-OS for MEU 144

2.7.1 中断服务函数接口 144

2.7.2 任务调度函数API接口 145

2.7.3 底层驱动函数API接口 147

第3章 小卫星的星上网技术 153

3.1 星上计算机网络 153

3.1.1 星上网的定义 153

3.1.2 星上网的组成 155

3.1.3 星上网的拓扑结构 156

3.1.4 星上网的体系架构 158

3.1.5 星上网的协议 159

3.1.6 星上载荷信息高速总线 162

3.1.7 星上用实时控制总线 167

3.2 星上现场总线 172

3.2.1 为什么要在小卫星上引入现场总线 172

3.2.2 现场总线定义 174

3.2.3 现场总线的优点 177

3.3 CAN总线（控制器局域网） 179

3.3.1 基本概念 179

3.3.2 报文传送 184

3.3.3 报文的正常处理 190

3.3.4 报文出错处理和故障界定 194

3.3.5 位定时要求 196

3.3.6 CAN的修改 197

3.4 星上网应用层协议 199

3.4.1 应用层数据传送方法 199

3.4.2 应用层数据传送过程 208

3.4.3 星上网络连接图 209

第4章 遥测管理 211

4.1 小卫星星务系统的遥测技术 212

4.1.1 卫星无线电遥测系统的组成和工作原理 213

4.1.2 卫星遥测系统特点 215

4.1.3 小卫星遥测系统的进化 216

4.2 统一遥测 221

4.2.1 PCM遥测 221

4.2.2 分包遥测 222

4.2.3 统一遥测 223

4.3 可控式遥测 232

4.3.1 可控遥测的涵义 232

4.3.2 可控遥测的内容 234

4.3.3 可控遥测的方法 235

4.4 虚拟遥测分系统 236

4.4.1 软件遥测概念 236

4.4.2 虚拟遥测分系统的工作过程 238

4.5 遥测功能设计 239

4.5.1 遥测工作内容 239

4.5.2 遥测缓冲区 241

4.5.3 遥测缓冲区指针变量表示法 244

4.5.4 遥测读写指针移位规则 245

4.5.5 实时遥测数据汇集管理和格式生成 249

4.5.6 存储遥测数据压缩处理，延时遥测（压缩存储遥测）功能 253

4.5.7 附加遥测数据汇集方法 254

4.5.8 载荷管理功能 255

4.5.9 地面测试辅助功能 255

4.6 遥测数据格式约定 256

4.6.1 说明 256

4.6.2 主要参数 256

4.6.3 遥测数据包格式 257

4.6.4 传送帧格式 258

4.6.5 遥测帧格式 259

4.6.6 遥测数据处理要求 260

4.6.7 遥测数据使用范例 262

第5章 遥控管理 265

5.1 遥控分系统的组成和工作原理 265

5.1.1 遥控分系统的组成 265

5.1.2 基本工作原理 269

5.1.3 小卫星遥控的特点 271

5.1.4 遥控体制 274

5.2 PCM遥控 275

5.2.1 PCM遥控数据流格式 275

5.2.2 PCM遥控直接指令帧格式 277

5.2.3 PCM遥控注入数据帧格式 278

5.2.4 PCM遥控信息在星内的传送类型 280

5.3 分包遥控和统一遥控 290

5.3.1 统一遥控的信息组合 292

5.3.2 统一遥控的特点 298

5.4 差错控制和加密技术 306

5.4.1 统一遥控的差错控制 306

5.4.2 统一遥控的数据保护技术 312

5.5 虚拟遥控系统 322

5.6 遥控数据格式约定 323

5.6.1 卫星遥控指令说明 323

5.6.2 遥控指令的数据加载格式 324

5.6.3 直接指令 324

5.6.4 间接指令 325

5.6.5 上行注入程控数据 326

5.6.6 上行注入星务主机和各下位机数据 327

5.6.7 各个下位机注入代码 329

5.6.8 直接上网上注数传送格式 330

第6章 程序控制与自主管理 332

6.1 程序控制系统 332

6.1.1 概述 332

6.1.2 绝对时间程控 338

6.1.3 事件程控 345

6.1.4 相对时间程控 355

6.1.5 位置程控 359

6.2 卫星自主管理 361

6.2.1 概述 361

6.2.2 星内设备安全运行自主管理 363

6.2.3 飞行任务自主调度 371

6.2.4 遥代理（远程代理） 373

6.3 全星运行架构与工作流 379

6.3.1 全星运行架构 379

6.3.2 工作流管理 381

第7章 轨道数据服务管理 384

7.1 轨道数据服务管理概述 384

7.2 卫星轨道运动的基本模型 386

7.2.1 轨道根数 386

7.2.2 卫星位置和速度公式 395

7.2.3 两个时刻的位置矢量和速度矢量的关系 397

7.2.4 从卫星的位置矢量和速度矢量，求轨道的根数 399

7.3 Encke法 400

7.4 一种可能的星上轨道计算方法 403

7.4.1 轨道外推计算步骤 403

7.4.2 摄动力的离散化 406

7.4.3 偏差方程的通解 407

7.5 轨道数据服务 412

7.5.1 轨道数据的上注和外推计算 412

7.5.2 轨道数据的校准和分发 416

7.6 星时数据服务 418

7.6.1 星上授时系统 418

7.6.2 星时的上注、校准和分发 418

7.7 其他的轨道数据服务 419

7.8 轨道数据广播和星时广播 420

第8章 姿态控制及其数据服务管理 421

8.1 概述 421

8.2 姿态确定任务从姿控中分离出来 422

8.2.1 单周期顺序流程 422

8.2.2 快慢双周期并行流程 423

8.3 网络姿态控制系统 427

8.3.1 网络姿态控制系统的组成和关键问题 427

8.3.2 TECAN协议 431

8.3.3 TECAN协议调度算法及其在小卫星姿态控制中的应用 434

第9章 电源管理 444

9.1 概述 444

9.1.1 电源分系统的组成 444

9.1.2 工作原理和发展 445

9.2 数字分流调节器 448

9.2.1 传统卫星电源的分流调节器 449

9.2.2 数字分流调节器的组成 454

9.2.3 数字分流调节器的工作原理 456

9.2.4 三余度信号表决器功能 456

9.2.5 数字分流调节器的好处 458

9.3 自主充放电管理的蓄电池模块 458

9.3.1 概述 458

9.3.2 双向DC/DC变换器 460

9.3.3 蓄电池控制管理器 475

9.4 太阳电池阵的两个极值跟踪问题 479

9.4.1 问题的提出 479

9.4.2 自寻最优峰值功率跟踪 485

9.4.3 太阳电池对日跟踪 512

9.4.4 两种极值跟踪的星载电源智能综合控制系统 523

9.5 蓄电池的过充过放保护、安时控制和均衡充电控制 541

9.5.1 蓄电池过充过放电的保护 541

9.5.2 蓄电池充电的安时控制 542

9.5.3 锂离子电池组的均衡充电控制 543

9.6 带管理总线的电源母线技术 544

9.6.1 问题的提出 545

9.6.2 带电源管理的星上电网实现技术 548

第10章 载荷系统管理 552

10.1 引言 552

10.2 载荷设备的总体架构 553

10.2.1 电子卫星的载荷系统 558

10.2.2 光学遥感卫星的载荷系统 560

10.3 对载荷系统的服务管理 562

10.3.1 对遥感器的时间服务 562

10.3.2 提供遥感器控制参数的服务 563

10.3.3 遥感器图像像元定位应用服务 569

第11章 小卫星星载自主测试技术 574

11.1 概述 574

11.2 小卫星的分层架构测试性设计 577

11.2.1 产品设计和测试性设计同时展开 578

11.2.2 产品设计和测试性设计反复迭代进行 578

11.2.3 小卫星的分层测试性设计 579

11.3 小卫星的测试方法和测试设备 582

11.3.1 小卫星自测试设备 582

11.3.2 小卫星自测试方法 583

11.4 小卫星自测试和诊断技术设计样例 585

11.4.1 基于星上网的系统级自主测试和诊断原理 586

11.4.2 基于星上CAN总线的自主测试技术主要功能 586

11.4.3 基于星上网的自主测试实现 587

第12章 小卫星制造的一种技术 591

12.1 引言 591

12.2 即插即用卫星（PnPSat） 595

12.2.1 概述 595

12.2.2 SPA目标、概念、原理和结构 597

12.2.3 SPA标准 605

12.2.4 SPA应用 612

12.3 基于星务的小卫星（XWSat） 616

12.3.1 概述 617

12.3.2 基于星务的新型小卫星架构 617

12.3.3 XWSat的技术特点 623

12.3.4 XWSat的关键技术和生产过程 629

12.4 PnPSat与XWSat比对 633

12.4.1 主要目的基本相似——快 634

12.4.2 制造的技术路线不同 635

12.4.3 基本组成结构相同：计算机系统＋网络 636

12.4.4 集成生产的基本元素（硬件）来源不同 636

12.4.5 星上基本元素（硬件）的架构基本相同——设备本体＋计算机系统 637

12.4.6 软件生产方式不同 637

12.4.7 星上网的类型不同 639

12.4.8 星上网运行管理原则基本相同——发布／订阅模型 639

12.5 XWSat的一种应用（群体概念卫星） 640

12.5.1 群体小卫星概念 641

12.5.2 群体卫星的组成 642

12.5.3 群体卫星的关键技术 644

12.5.4 应用举例——空间生产和试验基地群体卫星方案设想 645

参考文献 648

附录 全书缩略语和专有词对照表 656