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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MCM54

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 MEU144

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