本技术涉及卫星通信、导航和遥感，特别是涉及一种基于spacevpx规范的软件定义通导遥融合载荷。
背景技术：
1、随着航天技术的快速发展，对于卫星载荷的集成度和性能要求越来越高。传统的通信、导航和遥感载荷通常是独立设计和实现的，这导致系统体积大、重量重、功耗高，并且数据协同处理能力较弱。为了满足现代航天任务的需求，需要一种能够实现高密度集成的通导遥融合载荷，以提高卫星的功能和性能。
2、小卫星因其成本低、研制周期短、部署灵活等优点，在通信、导航、遥感等领域得到了广泛的应用。然而，传统的小卫星载荷设计因重量限制通常是将通信、导航和遥感功能分别实现，通过将不同功能卫星组成星座实现通信、导航、遥感的应用，这导致了卫星资源利用率得不到较大的提升，系统复杂度高，成本高昂。
3、在公告号为cn116667915a的专利文献中公开了基于卫星通导遥一体化的实时信息智能决策方法及系统，从该文献可以看到地面系统建设需要分别与通信、导航、遥感卫星星座进行业务互联，才能提供综合化的通导遥融合业务。在公告号为cn115955266a的专利文献中公开了一种通导遥一体化卫星、星座及其功能联动的方法，提出在一个卫星内通过多个通信、导航和遥感载荷组合形成一套载人任务系统，通过卫星组网完成应用服务。
4、虽然现有研究已经取得了一定的成，但还是存在下述问题：
5、1)因通过多颗卫星或多个设备组成任务系统或星座，造成系统体积大、重量重、功耗高，数据协同处理能力较弱、资源利用率偏低；
6、2)针对不同卫星业务设计的载荷设备或卫星系统兼容性较低，复用率提升有限，会造成整体研发成本较高，下降空间有限。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于spacevpx规范的软件定义通导遥融合载荷。
2、一种基于spacevpx规范的软件定义通导遥融合载荷，该软件定义通导遥融合载荷的架构设计符合spacevpx规范，在设计上采用硬件通用化、模块化，采用实时操作系统实现软件与硬件解耦，将物理层的硬件平台抽象为各类资源接口，供应用层软件调用；载荷包括：应用层、中间层和物理层。
3、物理层为硬件平台，用于获取导航、通信、遥感的基础数据，并对基础数据进行处理，得到业务数据；通过rd通信提供全球通信链路，基础将业务数据传输给用户；还用于给软件定义通导遥融合载荷提供供电电源，并进行健康状况监测。
4、中间层是软件接口平台，用于将物理层中的各类传感器和计算单元能通过软件连接起来，通过软件实现载荷功能的在轨重构，支持应用软件按需加载；使载荷可以在不同空间、不同时间扮演不同角色，为不同用户服务。
5、应用层为业务交互层，用于与采用通用的应用软件接口通过中间层中的嵌入式实时操作系统或硬件驱动接口与物理层进行数据交互。
6、在其中一个实施例中，物理层包括：综合管理单元、通信与数传单元、gnss导航与rd单元、遥感处理单元、融合计算单元、电源管理单元、功能扩展单元和背板互联单元。
7、综合管理单元、通信与数传单元、gnss导航与rd单元、遥感处理单元、融合计算单元、电源分配单元以及功能扩展单元安装在背板互联单元上。
8、综合管理单元，用于接收卫星平台的任务指令启动相应的载荷业务功能，同时上传软件定义通导遥融合载荷的健康状态信息，对于软件定义通导遥融合载荷内各业务板卡的软件重构进行过程管控。
9、通信与数传单元，用于给软件定义通导遥融合载荷提供通信链路，并将处理后的数据传输给用户。
10、gnss导航与rd单元，用于获取gnss信息，根据gnss信息完成精密定轨和高精度授时，向软件定义通导遥融合载荷内部的业务板卡提供定轨信息和时间统一信息，同时支持提供全球rd通信功能，通过北斗卫星提供的rd通信服务与地面用户端进行信息交互，为卫星平台提供初始服务，播发位置、速度信息以及报文信息，为本机业务处理提供原始基准信息。
11、遥感处理单元，用于对获取的遥感图像进行图像处理、压缩、纠错编码、帧格式处理，同时完成图像数据中目标的识别定位。
12、融合计算单元，用于对来自卫星传感器的图像、光谱以及遥测信息进行快速处理，并对得到的处理结果进行实时分析数据，为卫星的运行和任务执行提供及时的决策支持；还用于对数据进行压缩，并有效管理数据的存储和读取；还用于根据不同的任务优先级和资源需求，合理分配计算资源，提高整体效率。
13、电源管理单元，用于向软件定义通导遥融合载荷内各模块提供电源，并进行健康状况监测，在功能模块故障时进行故障诊断、隔离以及电源开关切换。
14、功能扩展单元，用于采用通用交互总线，支持单机级和板卡级的功能扩展。
15、在其中一个实施例中，中间层包括：嵌入式实时操作系统和硬件驱动接口。
16、在其中一个实施例中，应用层包括：数据传输与管理模块，在轨智能图像识别与处理模块、星间通信与组网模块、导航增强模块和在轨智能应用与管理模块。
17、在其中一个实施例中，载荷采用基于spacevpx标准的空间信息系统架构，从功能域角度包括：数据域、控制域和扩展域。
18、数据域采用spacewire、lvds、pci-e协议实现物理层中模块之间的中高速互联。
19、控制域采用can、rs422协议实现物理层中模块间的扩展互联。
20、扩展域采用can、pci-e等协议实现物理层中模块间的扩展互联。
21、在其中一个实施例中，物理层还包括一个集成的可软件定义的业务板模块，业务板模块实现了对通信、导航和遥感的射频前端功能的接口统型，通过配置业务子模块，能在不同的频段或频点接收和发送通信、导航和遥感信号。
22、在其中一个实施例中，基带板模块和业务板模块之间均采用fmc接口，实现定制电路与通用电路的解耦。
23、在其中一个实施例中，在应用层的软件方面，开发了一套融合的信号处理算法；融合的信号处理算法用于实时处理来自不同功能模块的信号，并通过智能的资源分配算法，确保系统在处理高负载任务时的稳定性；在功能协同方面，当进行遥感监测时，利用导航数据精确确定卫星的位置和姿态，从而提高遥感图像的精度；同时，通过通信链路将遥感数据快速传输回地面站。
24、在其中一个实施例中，融合计算单元基于先进的数据处理算法和处理器，对来自通信、导航和遥感的多源数据进行实时融合和分析，同时通过rd通信链路，提供全球及时通信的解决方案，提升卫星时间响应能力。
25、上述基于spacevpx规范的软件定义通导遥融合载荷，通过创新的架构设计和先进的集成技术，将通信、导航和遥感的功能集成在一个紧凑的载荷中，实现了系统的小型化、轻量化和高性能，降低了系统复杂度和成本，实现小卫星载荷的多功能一体化，提升了载荷业务数据协同处理能力，通过功能融合和信息共享，提高了卫星在复杂任务环境下的工作能力；提高了卫星性能和资源利用率，避免了功能模块之间的资源浪费；同时在过往的集成技术基础上，对集成互联方式进行了创新，接口进行了通用化设计，让载荷兼顾性能需求、集成需求、扩展需求和可靠性设计需求。
1.一种基于spacevpx规范的软件定义通导遥融合载荷，其特征在于，所述软件定义通导遥融合载荷的架构设计符合spacevpx规范，在设计上采用硬件通用化、模块化，采用实时操作系统实现软件与硬件解耦，将物理层的硬件平台抽象为各类资源接口，供应用层软件调用；所述软件定义通导遥融合载荷包括：应用层、中间层和物理层；
2.根据权利要求1所述的软件定义通导遥融合载荷，其特征在于，所述物理层包括：综合管理单元、通信与数传单元、gnss导航与rd单元、遥感处理单元、融合计算单元、电源管理单元、功能扩展单元和背板互联单元；
3.根据权利要求1所述的软件定义通导遥融合载荷，其特征在于，所述中间层包括：嵌入式实时操作系统和硬件驱动接口。
4.根据权利要求1所述的软件定义通导遥融合载荷，其特征在于，所述应用层包括：数据传输与管理模块，在轨智能图像识别与处理模块、星间通信与组网模块、导航增强模块和在轨智能应用与管理模块。
5.根据权利要求1所述的软件定义通导遥融合载荷，其特征在于，所述软件定义通导遥融合载荷采用基于spacevpx标准的空间信息系统架构，从功能域角度包括：数据域、控制域和扩展域；
6.根据权利要求1所述的软件定义通导遥融合载荷，其特征在于，所述物理层还包括一个集成的可软件定义的业务板模块，所述业务板模块实现了对通信、导航和遥感的射频前端功能的接口统型，通过配置业务子模块，能在不同的频段或频点接收和发送通信、导航和遥感信号。
7.根据权利要求6所述的软件定义通导遥融合载荷，其特征在于，基带板模块和所述业务板模块之间均采用fmc接口，实现定制电路与通用电路的解耦。
8.根据权利要求1所述的软件定义通导遥融合载荷，其特征在于，在应用层的软件方面，开发了一套融合的信号处理算法；所述融合的信号处理算法用于实时处理来自不同功能模块的信号，并通过智能的资源分配算法，确保系统在处理高负载任务时的稳定性；在功能协同方面，当进行遥感监测时，利用导航数据精确确定卫星的位置和姿态，从而提高遥感图像的精度；同时，通过通信链路将遥感数据快速传输回地面站。
9.根据权利要求1所述的软件定义通导遥融合载荷，其特征在于，所述融合计算单元基于先进的数据处理算法和处理器，对来自通信、导航和遥感的多源数据进行实时融合和分析，同时通过rd通信链路，提供全球及时通信的解决方案，提升卫星时间响应能力。
