范 凯 康国华 许 蕾 周琼峰 潘俊帆

南京航空航天大学微小卫星研究中心， 南京 210016



基于SoPC的微小卫星姿态控制器的设计与实现*

范 凯 康国华 许 蕾 周琼峰 潘俊帆

南京航空航天大学微小卫星研究中心， 南京 210016

为提高微小卫星姿控系统的集成度、实时性、灵活性和可扩展性，本文运用SoPC技术设计了一种基于Nios Ⅱ 双核架构的微小卫星姿态控制器。在一片FPGA内嵌入2个Nios Ⅱ 软核，分别处理外设通信和姿控算法，双核通过共享存储器实现信息交互。该系统还封装了自行设计的外设接口IP核和各类数学运算IP核，分别实现多路并行外设通信和姿控算法的硬件加速。该系统也可以在上述基础上针对不同的应用需求，封装不同的IP核以实现系统的扩展和性能的提升。本文从构架设计、硬件选型、软件编排和任务调度等角度对系统进行了描述，最后以三轴气浮台模拟卫星本体作为控制对象，进行了全物理仿真实验，实验结果的统计表明，该姿态控制器功能齐全，性能稳定，可应用于实际的微小卫星姿控系统。关键词 微小卫星；姿控系统；SoPC；全物理仿真

现代微小卫星要求体积小、重量轻、功耗低[1]，因此如何在有限的成本、体积、重量及功耗的约束下，设计出集成度高、实时性好和灵活性强的姿控系统是微小卫星领域关注的重点[2]。

微小卫星姿态控制系统包括姿态敏感器、姿态控制器和执行机构[3]，其中姿态控制器作为姿控系统的核心部分，其体系架构和运作方式直接影响了姿控系统的性能。……