項目簡介

希臘塞薩洛尼基亞里士多德大學（Aristotle University of Thessaloniki, AUTh）的非營利性空間應用研究團隊 SpaceDot 在設計AcubeSAT 衛(wèi)星時，采用了 SatNOGS 通信開發(fā)板，板內集成了ALINX AC7Z020 FPGA SoM。

（ALINX 基于 AMD Zynq 7000 FPGA 核心板 AC7Z020）

ALINX 作為先進的 FPGA 開發(fā)板和解決方案提供商，產品在航天、通信、人工智能、自動化控制、工業(yè)設備等多個行業(yè)擁有顯著的應用成果。

在 AcubeSAT 衛(wèi)星項目中，ALINX FPGA SoM 就像通信子系統(tǒng)的“心臟”一樣，能夠高效處理信號調制、解調和糾錯等復雜任務，確保衛(wèi)星與地面站之間數(shù)據傳得穩(wěn)、傳得可靠。即使碰到帶寬窄、速率低的通信限制，它也能從容應對，優(yōu)化任務效率。

這款 SoM（AC7Z020）經過了嚴格的環(huán)境測試，在極端溫度和壓力下都能保持穩(wěn)定可靠，幫助衛(wèi)星在太空中長時間正常工作。它的可編程特性，也讓衛(wèi)星在發(fā)射后仍具備調整和優(yōu)化的能力，能夠靈活應對未來的未知挑戰(zhàn)。

AC7Z020 應用場景

ALINX AC7Z020 被用于 AcubeSAT 衛(wèi)星的通信子系統(tǒng)——SatNOGS 通信板之上。它是SatNOGS 通信板的核心組件，提供強大算力，為任務所需的復雜數(shù)字信號處理（DSP）任務，包括信號的調制、解調與糾錯，提供高效關鍵的支持。

（SatNOGS COMMS 通信電路板）

*SatNOGS 通信板，由 Libre Space Foundation (LSF) 開發(fā)，屬于開源設計。您也可以根據具體項目需求，對軟硬件進行定制。

AcubeSAT 的通信帶寬和數(shù)據速率還受限制，尤其是 UHF 波段（435-438MHz）和 S 波段（2400-2450MHz）都受到國際協(xié)議監(jiān)管。這時候 ALINX AC7Z020 的作用就更明顯了：

要是用 UHF 波段，帶寬窄得可憐，傳輸速率也上不去。但 ALINX AC7Z020 具有高效調制技術和糾錯機制，就能在有限的帶寬里傳更多數(shù)據，還能保證數(shù)據完整，把關鍵的遙測數(shù)據、載荷數(shù)據優(yōu)先傳回去；

要是用 S 波段，雖然速率能到每秒幾百千比特（kbps），適合傳生物實驗壓縮圖這類大量科學數(shù)據，但要讓數(shù)據傳得順暢高效，也得靠 ALINX AC7Z020 在背后支撐信號處理。

ALINX FPGA SoM 具有可編程性，即使衛(wèi)星已經發(fā)射，不用實地干預，就能對其功能進行更新和優(yōu)化。

（FPGA 模塊鳥瞰圖）

AC7Z020 環(huán)境測試

衛(wèi)星部件必須分別接受環(huán)境測試，以檢驗它們在太空極端條件下的功能表現(xiàn)和耐用性。本次測試設施由歐洲航天局教育中心（ESA Education）在比利時特蘭西納（Transinne）的 ESEC-Galaxia 提供。

測試的第一階段是振動測試（Vibration, VIBE），用以模擬衛(wèi)星發(fā)射過程中經歷的劇烈振動。通信板會在 X、Y 和 Z 三個軸向上以不同頻率進行振動。在振動測試過程中以及測試完成后，團隊會收集有關通信板結構完整性的重要數(shù)據，以確保通信板在測試過程中沒有受到損壞或產生任何形變。在完成每個軸向的測試后，還會對通信板進行目視檢查，以確認其在整個過程中沒有出現(xiàn)損傷。完畢后，工程師還會通過一系列功能性測試來確保其表現(xiàn)符合預期。

（通信板振動測試）

（功能性測試）

第二階段是熱真空室測試（Thermal Vacuum Chamber, TVAC），通過小型測試艙移除大氣壓力、改變周圍環(huán)境溫度，以模擬太空環(huán)境。測試過程中，熱真空室會進行完整熱循環(huán)，讓溫度在約 -20℃ 到 +80℃ 之間波動。

（通信電路板被放進熱真空室內）

由于電路板的功能可能會在熱循環(huán)過程中受到影響，工程師團隊會在整個測試過程中收集數(shù)據并進行功能性測試，以再次確認電路板未受到損壞，確保其一切運行正常。

ALINX AC7Z020 FPGA 核心板通過了上述所有測試。不僅沒有出現(xiàn)損壞、變形，還能在模擬環(huán)境壓力下保障功能的穩(wěn)定性與可靠性。SpaceDot 團隊成功使用低電壓差分信號（LVDS）協(xié)議將同相（In-Phase）和正交（Quadrature）數(shù)據發(fā)送到 AT86RF215 IC，該芯片隨后將載波添加到信號中，并通過天線以射頻（RF）形式發(fā)射。同時，在所有測試階段，還通過 UART 協(xié)議成功執(zhí)行了健康狀態(tài)檢查，進一步確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

結語

SpaceDot 是依托于希臘塞薩洛尼基亞里士多德大學（Aristotle University of Thessaloniki, AUTh）的非營利性空間應用研究團隊。為了讓更多學者甚至普羅大眾都能輕松接觸到太空研究，SpaceDot 堅持開源理念，幾乎所有研究資料、結果和實施細節(jié)都對公眾開放。

SpaceDot 核心項目之一是 AcubeSAT 衛(wèi)星的設計與制造。AcubeSAT 是一顆立方體小型衛(wèi)星（CubeSat），用于在太空中開展生物實驗。2020 年 2 月，AcubeSAT 成功入選歐洲航天局（ESA）“Fly Your Satellite!”第三期計劃。2021 年夏，衛(wèi)星的設計和任務規(guī)劃通過 ESA 專家的最終評審。目前，AcubeSAT 正處于制造和測試階段，計劃于 2026 年發(fā)射。

ALINX 很榮幸能夠見證自己的產品參與到這項極具科學意義和現(xiàn)實意義的項目中，也通過該項目，進一步確證了 FPGA 在極端環(huán)境下保障性能和穩(wěn)定性方面不可替代的作用。

ALINX 用十余年對 FPGA 的專注打磨出一條更貼近客戶實際需求的 FPGA 應用之路。未來，也將繼續(xù)打磨產品，打造更多高性能解決方案，讓 FPGA 技術服務于產業(yè)。

如果您對 ALINX 產品感興趣，歡迎聯(lián)系我們，了解更多技術細節(jié)與定制方案。

審核編輯 黃宇