項(xiàng)目簡介

希臘塞薩洛尼基亞里士多德大學(xué)（Aristotle University of Thessaloniki, AUTh）的非營利性空間應(yīng)用研究團(tuán)隊(duì) SpaceDot 在設(shè)計(jì)AcubeSAT 衛(wèi)星時(shí)，采用了 SatNOGS 通信開發(fā)板，板內(nèi)集成了ALINX AC7Z020 FPGA SoM。

（ALINX 基于 AMD Zynq 7000 FPGA 核心板 AC7Z020）

ALINX 作為先進(jìn)的 FPGA 開發(fā)板和解決方案提供商，產(chǎn)品在航天、通信、人工智能、自動(dòng)化控制、工業(yè)設(shè)備等多個(gè)行業(yè)擁有顯著的應(yīng)用成果。

在 AcubeSAT 衛(wèi)星項(xiàng)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(hào)調(diào)制、解調(diào)和糾錯(cuò)等復(fù)雜任務(wù)，確保衛(wèi)星與地面站之間數(shù)據(jù)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(yīng)對(duì)，優(yōu)化任務(wù)效率。

這款 SoM（AC7Z020）經(jīng)過了嚴(yán)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(shí)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(diào)整和優(yōu)化的能力，能夠靈活應(yīng)對(duì)未來的未知挑戰(zhàn)。

AC7Z020 應(yīng)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(qiáng)大算力，為任務(wù)所需的復(fù)雜數(shù)字信號(hào)處理（DSP）任務(wù)，包括信號(hào)的調(diào)制、解調(diào)與糾錯(cuò)，提供高效關(guān)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(shè)計(jì)。您也可以根據(jù)具體項(xiàng)目需求，對(duì)軟硬件進(jìn)行定制。

AcubeSAT 的通信帶寬和數(shù)據(jù)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(shí)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(diào)制技術(shù)和糾錯(cuò)機(jī)制，就能在有限的帶寬里傳更多數(shù)據(jù)，還能保證數(shù)據(jù)完整，把關(guān)鍵的遙測數(shù)據(jù)、載荷數(shù)據(jù)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(shí)驗(yàn)壓縮圖這類大量科學(xué)數(shù)據(jù)，但要讓數(shù)據(jù)傳得順暢高效，也得靠 ALINX AC7Z020 在背后支撐信號(hào)處理。

ALINX FPGA SoM 具有可編程性，即使衛(wèi)星已經(jīng)發(fā)射，不用實(shí)地干預(yù)，就能對(duì)其功能進(jìn)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(yàn)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(shè)施由歐洲航天局教育中心（ESA Education）在比利時(shí)特蘭西納（Transinne）的 ESEC-Galaxia 提供。

測試的第一階段是振動(dòng)測試（Vibration, VIBE），用以模擬衛(wèi)星發(fā)射過程中經(jīng)歷的劇烈振動(dòng)。通信板會(huì)在 X、Y 和 Z 三個(gè)軸向上以不同頻率進(jìn)行振動(dòng)。在振動(dòng)測試過程中以及測試完成后，團(tuán)隊(duì)會(huì)收集有關(guān)通信板結(jié)構(gòu)完整性的重要數(shù)據(jù)，以確保通信板在測試過程中沒有受到損壞或產(chǎn)生任何形變。在完成每個(gè)軸向的測試后，還會(huì)對(duì)通信板進(jìn)行目視檢查，以確認(rèn)其在整個(gè)過程中沒有出現(xiàn)損傷。完畢后，工程師還會(huì)通過一系列功能性測試來確保其表現(xiàn)符合預(yù)期。

（通信板振動(dòng)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(huì)進(jìn)行完整熱循環(huán)，讓溫度在約 -20℃ 到 +80℃ 之間波動(dòng)。

（通信電路板被放進(jìn)熱真空室內(nèi)）

由于電路板的功能可能會(huì)在熱循環(huán)過程中受到影響，工程師團(tuán)隊(duì)會(huì)在整個(gè)測試過程中收集數(shù)據(jù)并進(jìn)行功能性測試，以再次確認(rèn)電路板未受到損壞，確保其一切運(yùn)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(tuán)隊(duì)成功使用低電壓差分信號(hào)（LVDS）協(xié)議將同相（In-Phase）和正交（Quadrature）數(shù)據(jù)發(fā)送到 AT86RF215 IC，該芯片隨后將載波添加到信號(hào)中，并通過天線以射頻（RF）形式發(fā)射。同時(shí)，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(jìn)一步確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)語

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

SpaceDot 核心項(xiàng)目之一是 AcubeSAT 衛(wèi)星的設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)。2020 年 2 月，AcubeSAT 成功入選歐洲航天局（ESA）“Fly Your Satellite!”第三期計(jì)劃。2021 年夏，衛(wèi)星的設(shè)計(jì)和任務(wù)規(guī)劃通過 ESA 專家的最終評(píng)審。目前，AcubeSAT 正處于制造和測試階段，計(jì)劃于 2026 年發(fā)射。

ALINX 很榮幸能夠見證自己的產(chǎn)品參與到這項(xiàng)極具科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)意義的項(xiàng)目中，也通過該項(xiàng)目，進(jìn)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(duì) FPGA 的專注打磨出一條更貼近客戶實(shí)際需求的 FPGA 應(yīng)用之路。未來，也將繼續(xù)打磨產(chǎn)品，打造更多高性能解決方案，讓 FPGA 技術(shù)服務(wù)于產(chǎn)業(yè)。

如果您對(duì) ALINX 產(chǎn)品感興趣，歡迎聯(lián)系我們，了解更多技術(shù)細(xì)節(jié)與定制方案。

審核編輯 黃宇