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随着航天事业的蓬勃发展,传统卫星体系结构及应用模式已不适用于未来天基信息网络的发展需求,现有新体制卫星体系结构及应用模式虽然在不同程度及不同领域具备了下一代卫星体系结构技术特征,但是均存在一定的缺陷与不足。本文立足于天基信息网发展需求,结合卫星技术发展的局限与趋势,研究了适用于未来天基信息网络的智能卫星(iSAT)体系结构,设计了可重构硬件模块和构件化软件架构,主要研究内容如下:(1)通过分析传统卫星体系结构及应用模式局限,结合未来天基信息网络发展需求,设计了iSAT卫星应用模式。提出了基于标准化分层架构的iSAT卫星体系结构,通过标准化层间接口,实现了iSAT卫星分层架构,并阐明系统层次划分及层间接口关系。搭建了iSAT卫星演示系统,验证了iSAT卫星标准化体系结构。(2)针对iSAT卫星在轨功能可重构的需求,通过分析iSAT卫星标准化体系结构,结合iSAT卫星演示系统实际约束,设计了基于标准化配置接口的可重构硬件模块。该模块主要基于PCAP与ICAP两种标准化配置接口,实现了FPGA的动态重配置。通过对两种配置方式的比较分析,PCAP接口性能优于ICAP接口,故使用PCAP接口作为可重构硬件设计方案。(3)针对iSAT卫星应用层构件化软件需求,设计了iSAT卫星基于软件总线的构件化软件架构,解决了iSAT卫星构件化软件设计问题。通过对软件构件开发中领域工程的建模分析,设计了实现了基础应用层中文件读写构件和接口通信构件;通过对构件化软件应用系统的建模分析,设计实现了基于多线程与多线程同步的构件化系统软件,并对信号量的同步方式进行系统软件构件化集成测试。(4)针对iSAT卫星通用多功能的需求,基于标准化分层架构搭建iSAT卫星演示系统,设计系统软件的工作流程,验证了iSAT卫星可重构硬件设计与构件化软件设计。通过对演示系统基于单星和多星的应用场景测试,完成了iSAT卫星“一星多能、多星协同”应用模式的演示验证。上述研究内容基于充分的理论分析和实验验证,具有明确的技术可行性,可以对天基网络智能卫星的体系结构设计与优化提供理论和技术支持。