Báo cáo môn Thông tin vệ tinh ONBOARD COMPUTER (OBC)

ONBOARD COMPUTER
(OBC)
Hoàng Việt Cường – KSTN-ĐTVT-K54
I. Giới thiệu về OBC
II. Cấu trúc của OBC
III. Thiết kế cơ khí của OBC
IV. Một số OBC thực tế
Nội dung
∗
OBC được ví như bộ não của một vệ tinh, nó thực hiện chức năng điều khiển và xử lý tín hiệu
I. Giới thiệu OBC
∗
So sánh OBC với hệ nhúng thông thường
∗
Tương thích với điều kiện môi trường không gian, với các tia bức xạ năng lượng cao,nhiệt độ
thay đổi liên tục với biên độ nhiệt lớn.
∗
Không thể đạt được theo tiêu chuẩn mạch tích hợp cao như các máy tính ngày nay, yêu cầu
mạch tích hợp mật độ thấp hơn với thiết kế riêng biệt
∗
Tích hợp nhiều loại giao tiếp: serial , lvds, analog, các giao diện bus dữ liệu, các giao diện dự
phòng.
Các thành phần của OBC
•
Bộ vi xử lý
•
Bộ nhớ
•
Data Buses, NetWorks and Point to Point Connections
•
Transponder Interface

•
Command Pulse Decoding Unit(CPDU)
•
Khối ReconXguration
•
Debug and Service Interfaces
•
Nguồn
•
Khối kiểm soát nhiệt độ
II. Cấu trúc OBC
Châu Âu ERC32 và kiến trúc Leon
Mỹ PowerPC 603, PowerPC 750, MIPS
R3000
Nhật Hitachi SuperH(SH)
Trung Quốc ARM IP, FPGAs
Bộ vi xử lý
∗
Bộ nhớ khởi động
Khu vực lưu trữ dữ liệu khởi động, không bị mất dữ liệu ngay cả khi mất điện PROM, EEPROM
hoặc Flash EEPROM.
Trong các OBC mới nhất thì sử dụng công nghệ MRAM- Magnetoresistive Random Access
Memory.
Ưu điểm nhỏ gọn, tốc độ cao và mức năng lượng tiêu thụ thấp.
∗
Bộ nhớ hoạt động
RAM được sử dụng trên OBC là SRAM – Static RAM, ngoài ra trên một số OBC được trang bị
DRAM
Bộ nhớ
∗

Bộ nhớ bảo vệ
Bộ nhớ này được đặt trong chip, nó lưu giữ các thông tin cấu hình, trạng thái vệ tinh, thông tin điều
khiển các thiết bị dự phòng.
∗
Bộ nhớ dữ liệu khoa học và bảo dưỡng
Vùng nhớ lưu trữ cho việc vệ sinh định kỳ của vệ tinh và dữ liệu khoa học. Công nghệ sử dụng là
EEPROM
Bộ nhớ
∗
Để kết nối các thiết bị với OBC, sẽ có 3 phương thức kết nối cơ bản:

Point to point : nhiệt điện trở, cảm biến…

Data buses: Kết nối OBC với các thiết bị như GPS receiver, payloads, star tracker…

Controller networks: Mạng điều khiển bao gồm các thiết bị định tuyến và các mạng con.
Bus dữ liệu, mạng, và kết nối điểm-điểm
Giao diện Transponder
∗
Chuẩn truyền thông “Consultative Committee for Space Data Systems”, (CCSDS)
∗
Tiêu chuẩn này cho ta biết được cấu trúc của một gói tin Telecommand(TC) được gửi lên qua
đường uplink qua tần số RF. OBC nhận được gói dữ liệu TC, trước khi OBSW sử dụng chúng.
Ngược lại, với downlink, trạm mặt đất nhận được các Telementry packet có sẵn trong OBSW:
∗
Realtime Telemetry
•
Playback Telementry
•
High Priority Telementry ( e.g in eror case )

•
Hỗ trợ các luồng dữ liệu từ payload
Command Pulse Decoding Unit
CCSDS prossesor board được cung cấp chức năng chỉ huy trực tiếp từ trạm mặt đất trong
trường hợp OBSW gặp lỗi.
Khi đó một lệnh cứng được CCSDS thực hiện tới “Command Pulse Decoding Unit” Các dòng
xung đi ra khỏi CPDU được chuyển đến các thiết bị chuyên dụng ví dụ như “Power Control and
Distribution Unit” để tắt nguồn khẩn cấp.
Khối ReconXguration
∗
Trong trường hợp xảy ra lỗi, khối reconXguaration giúp cho trạm mặt đất có thể thực hiện
cấu hình lại các thành phần bên trong OBC.
∗
Việc thực hiện cấu hình lại thông qua đường xung từ CPDU.
Giao tiếp debug và dịch vụ
∗
Các chip đòi hỏi nguồn 3V, đôi khi là cần nguồn 5v
∗
Các bus điện áp cung cấp trên vệ tinh là 28V và 50V
Nguồn
∗
Mỗi bo mạch trên OBC sẽ được giám sát bằng các nhiệt điện trở.
∗
Dựa vào nhiệt độ mà các nhiệt điện trở này cung cấp, OBC sẽ được làm mát hoặc làm nóng
( tới khoảng -40 độ) .
Khối kiểm soát nhiệt độ
∗
Việc thiết kế cơ khí của một OBC phải đảm bảo thực hiện được các yêu cầu:
∗

Chịu được rung và sốc trong quá trình phóng vệ tinh
∗
Chu kỳ nhiệt thay đổi thường xuyên trên quỹ đạo
•
Các linh kiện sử dụng là linh kiện dán (SMD) hoặc “Ball Grid Aray” (BGA).
•
Các mạch của OBC phải được gắn vào một khung, đảm bảo các dây nối ngắn, thẳng,
các điểm nối chắc chắn
•
Đảm bảo độ kín đối với những phát xạ điện từ.
•

III. Thiết kế cơ khí của OBC
. NanoMind A712D – CubeSat Onboard Computer
∗
Đặc tính sản phẩm:
∗
Khả năng chịu nhiệt từ -40 đến 85°C
∗
Polyimide PCB với khả năng chịu nhiệt cao
∗
Kích thước (dài x rộng x cao): 96 x 90 x 10 mm
∗
Điện áp cung cấp : 3,3 V
∗
Khối lượng 50-55 g, tùy thuộc vào chọn lựa.
∗
Giá : € 4,750.00

IV. Một số OBC thực tế
∗
Đặc tính sản phẩm:
∗
Khả năng chịu nhiệt -20 tới 60 °C
∗
Nguồn cấp: 3.3 V
∗
Kích thước: 96 x 90 x 12.4 mm
∗
Tải trọng : 94g
∗
Giá:
∗
Main Board: 4,300 €
∗
EM Daughter Board: 200 €
∗
FM Daughter Board: 450 €
∗
JTAG Programmer: 100 €
∗
ISIS Subsystems Interface Library: 5,000 €
IV. Một số OBC thực tế
ISIS Onboard Computer
∗
Thank for listening!