地球站智能切换的卫星通信论文范文

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1硬件设计

1．1硬件组成硬件部分主要由单片机主控、监控和切换矩阵3部分组成。单片机通过识别本控和远控开关的工作模式，根据串口中断送来的控制信号对在线工作的设备进行操作，同时和数据采集器Nport通信，发送参数注入指令，监控机按指令将正确参数注入到优先级最高的备用设备，完成倒换开关的控制。硬件系统的组成如图2所示。单片机是主控部分［7］的核心，主要完成本控/远控的判断及主要程序的执行、射频设备的倒换以及与监控机的通信，实现电路的选通、面板显示等功能。其主要包括单片机外围辅助电路、输入输出口驱动电路、射频切换控制数据口、中频切换控制数据口、4线RS－485串口通信电路、外部指示灯控制电路及电源电路。监控部分通过网口与数据采集设备通信，轮询设备的当前工作状态，依据设备工作状态向单片机发送调整信息，并进行参数的注入，实现智能切换单元的远程控制竞争－冒险”现象而导致系统崩溃。切换矩阵通过控制元件完成切换控制。开关矩阵中选择了可控功率大、损耗小的PIN管作为核心控制器件。由于吸收式PIN开关改善了端口驻波，“开”与“断”状态下的驻波较好，兼顾系统的稳定性，在此选择吸收式PIN开关［9］。

1．2硬件电路功能模块根据功能模块划分，实际电路分为5个模块:CPU接口电路模块、串口通信模块、键盘控制模块、液晶驱动模块及PIN开关切换控制模块。①CPU接口电路模块CPU接口电路主要完成外围电路的控制。外围电路主要包括晶振电路、外部复位电路、JTAG接口电路及电源指示电路。设计中采用AVR公司的ATMEL6450单片机，此类单片机拥有68个双向I/O口，同时具有64K字节的Flash，2K字节的EEP-ROM，4K字节的RAM，满足设计需求。②串口通信模块串口通信模块用来完成单片机与计算机的通信，实现计算机在远控模式下对整个切换网络的控制，选用MAX1482器件完成双工通信。③键盘控制模块设计中选用74C922键盘控制集成电路模块，运用12个键组合完成所有的设置功能，采用中断方式实现与单片机的数据交换和控制。④液晶驱动显示模块液晶显示模块选用LCM128645zk模块，该模块主要特点是内带8000多GB1/2中文汉字字库液晶显示模块，串行/并行两用接口。设计中采用并行传输模式，由指令位(DLFLAG)来选择8－BIT或4－BIT接口，单片机配合(RS，R/W，E，DB0．．DB7)完成传输动作。⑤PIN开关切换控制模块PIN开关采取自主研制，选用吸收式PIN开关改善端口驻波。通过单片机的3个I/O管脚直接控制单刀6掷开关，单刀3掷开关则是先通过74HC139译码器译码，然后通过74LS04后作为中频PIN开关的控制信号。

2软件设计

2．1软件结构设计智能切换单元的软件部分［10］通过对中/射频切换单元和射频设备定期轮询［11］，经串口或网口从硬件获取数据信息，将提取到的状态信息进行分析、统计综合、决策，根据优先级策略控制切换单元和射频设备的参数，完成监控和切换。单片机作为控制核心，通过中断完成相关功能。不断查询中断口是否有信号输入，从而触发不同动作。单片机控制的主流程及中断子程序流程如图3所示。监控机通过不断轮询射频设备的工作状态，验证在线设备是否故障。在线设备故障时，监控机根据备用设备的优先级选择设备，同时向单片机发出状态调整信号，完成设备倒换后，监控机会对故障进行记录和压缩，以备用户查询。在线设备正常工作时，监控机继续轮询设备工作状态。

2．2各功能模块设计软件模块主要分为串口数据通信、数据传输与存储、综合处理和设备状态显示4个模块。①串口数据通信模块通过串口服务器与被控设备通信，以轮询的方式采集各设备的上报数据，并发送控制命令。②数据传输与存储模块该模块将接收到的设备上报数据进行解封装，提取出设备状态参数，将其保存并传递给综合处理模块进一步处理;将综合处理模块发出的设备控制命令封装后送至串口数据通信模块。③综合处理模块综合被控设备的状态参数，分析得出系统配置状态，将所有状态信息传送至设备状态显示模块。手动模式下，处理用户的各种操作，完成用户管理、设备控制命令发送和日志记录查询等功能;自动模式下，当检测到在线射频设备故障时，按优先级策略控制切换单元实现切换，并设置备份射频设备频率和衰减等参数，完成自动切换功能。射频设备切换优先级策略如表1所示。④设备状态显示模块将各种信息(系统配置状态和设备状态参数等)以图形化的方式显示在软件的各功能界面上。

3切换策略和逻辑关系

3．1切换策略①射频设备切换策略3站射频设备之间切换需建立正确的切换机制［12］，避免“竞争－冒险”而导致系统崩溃。默认情况下，各地球站射频设备都将一台设为备用，此设备的优先级最高。平时管理中，A站对应射频设备1和射频设备2，B站对应射频设备3和射频设备4，C站对应射频设备5和射频设备6。当A站主用1出现故障时，倒换优先级2为最高，另外2站的备用设备也设置响应的优先级。每一台设备对于3个站都具有不同的优先级，如表2所示。②本控/远控切换策略从本控状态切换至远控状态后，键盘按键(除设置键)不起作用;从远控状态切换至本控状态后，串口进行有选择性地执行指令，仅对查询命令回应当前状态。

3．2切换的逻辑关系①联动切换逻辑关系切换矩阵是实现射频设备倒换的关键部分，矩阵中3个单刀6掷中频PIN开关和3个单刀6掷射频PIN开关依据逻辑关系进行动作，实现射频设备的主备切换，如表3所示。M1、M2和M3分别表示3个站中频单刀6掷PIN开关6个管脚的某一个，N1、N2和N3分别表示3个站射频单刀6掷PIN开关6个管脚的某一个，要保证射频设备正常倒换，中频和射频PIN开关要实现联动。②交叉切换逻辑关系在一般情况下，智能切换单元进行联动切换，各站终端设备始终和各站射频设备配合使用。但在特殊情况下，需要各站终端设备与射频设备交叉使用，交叉使用的切换逻辑如表4所示。

4结束语

地球站智能切换单元的引入，合理调配了地球站系统资源，提高了关键设备的使用效率，解决了关键环节故障导致卫星通信系统瘫痪的难题，消除了主备设备同时故障导致系统崩溃的隐患。同时，智能切换单元操作简单，切换迅速，为提高系统稳定性提供了一种便捷高效的解决方案。采用基于优先级的切换策略，结合射频设备频率和衰减的自动修正，可迅速可靠地实现地球站主备设备的自动切换。

作者：孟学军赵艳朝林贺单位：西安卫星测控中心