本發(fā)明涉及基于fpga的10路rs422接口與uwb接口轉換終端及轉換方法，屬于衛(wèi)星無線通信。

背景技術：

1、近年來，隨著對航天探測的需求不斷提高，航天探測的有效載荷的數量和種類逐漸增加，并且各個有效載荷的硬件接口不盡相同，傳輸速率不同，很難進行試驗和測試，傳統(tǒng)衛(wèi)星數據分發(fā)大多使用有線數據接口或系統(tǒng)，如1553b、can、spacewire的標準總線、rs422等。這些通信標準中的大多數都使用冗余電纜來提高可靠性，從而增加了衛(wèi)星線束的復雜性和質量。同時，無線通信技術飛速發(fā)展，其無纜化、便于維護等技術特征十分適合進行試驗和測試。上述冗余設計對航天器質量、組裝和測試具有較為明顯的影響。因此衛(wèi)星艙內使用無線通信可以有效解決硬件接口不同傳輸速率不同的問題，有效提高聯合調試效率。

2、rs422全稱是“平衡電壓數字接口電路的電氣特性”，該標準是由rs232發(fā)展而來的，相比于rs232，其傳輸速率和傳輸距離極大提高。并且由于rs422采用平衡驅動和差分信號傳輸方式，解決了rs232單端傳輸的電平偏移問題，具有共模抑制比高，抗干擾能力強等特點，因此rs422標準被廣泛用于串行通訊接口的設計中。

3、uwb(ultra?wide?band)是一種超帶寬無線通信技術，其與常規(guī)的通信系統(tǒng)的本質區(qū)別在于它使用納秒級的窄脈沖來傳送數據，所以，相比于窄帶系統(tǒng)，uwb技術具有較強的抗干擾性、較高的傳輸速率、較寬的帶寬、較小的電能消耗、良好的保密性以及較高的定位精度明顯的優(yōu)勢。

4、rs-422接口與uwb接口轉換終端，實現星內載荷的短距離無線通信，可有效提高星內通信的靈活性、適應性，減輕電纜重量，節(jié)約成本，本課題具有較高的應用價值和實際意義。

5、現有技術的缺陷和不足：1.目前國內設計的rs422接口與uwb接口轉換終端中航天單機器a將rs422信號發(fā)送給無纜化傳輸系統(tǒng)中，通過無纜化傳輸系統(tǒng)中的核心處理單元mcu將rs422信號轉換為uwb信號，然后通過uwb天線進行艙內無線傳輸通信。該設計在面對多路rs422接口時只能每路都需要使用1個無纜化傳輸系統(tǒng)，成本較高且結構復雜。2.目前國外設計的rs422接口與uwb接口轉換終端使用的是自主設計的vn360?uwb模塊，該模塊的控制器為stm32l486，一款基于arm?cortex-m4內核的單核微控制器，它并不具備并行處理能力，同樣的，在面對多路rs422接口時只能每路都使用1個vn360?uwb模塊，成本較高且結構復雜。

6、綜上所述，對于一種rs422接口與uwb接口轉換終端，如果要求同時多路rs422接口實現全雙工傳輸，目前還沒有好的設計方案。

技術實現思路

1、本發(fā)明為解決現有rs422接口與uwb接口轉換終端中不能實現同時多路rs422接口全雙工傳輸的問題，進而提出基于fpga的10路rs422接口與uwb接口轉換終端及轉換方法。

2、本發(fā)明為解決上述問題采取的技術方案是：本發(fā)明提出的基于fpga的10路rs422接口與uwb接口轉換終端包括：

3、rs-422終端模塊、接口轉換模塊、uwb模塊和電源模塊；

4、rs-422接口模塊用于將rs422的差分信號與ttl電平的單端信號進行相互轉換；

5、轉換接口模塊用于進行ttl電平的單端信號的拆分和合成；

6、uwb模塊用于接收合成后的1路ttl電平單端信號并轉換為uwb信號，并通過uwb天線進行數據傳輸；

7、電源模塊用于為rs422接口芯片、主控制器以及dw1000芯片供電。

8、優(yōu)選的，rs-422終端模塊包括10路rs422通道和20片rs422接口芯片，rs422接口芯片用于將從10路rs422通道中分別接收到的10路rs422差分信號轉換為ttl電平的單端信號以及將拆分后的10路ttl電平單端信號轉換為rs422差分信號輸入到對應10路rs422通道中。

9、優(yōu)選的，接口轉換模塊包括主控制器、合路器和分路器；

10、主控制器采用fpga芯片，用于設計合路器和分路器的控制邏輯；

11、合路器用于將10路ttl電平的單端信號合成成為1路ttl電平信號；

12、分路器用于將1路ttl電平信號拆分成10路ttl電平信號。

13、優(yōu)選的，uwb模塊包括dw1000芯片和uwb天線；

14、dw1000芯片通過spi總線和主控器相連，用于將ttl電平單端信號轉換為uwb信號；

15、uwb天線用于uwb模塊間的數據傳輸。

16、基于fpga的10路rs422接口與uwb接口轉換方法，包括：

17、步驟1：第一rs422終端模塊從10路rs422通道中分別接收到的10路rs422差分信號經由rs422接口芯片il422e轉換為ttl電平的單端信號，將10路ttl電平的單端信號輸入第一接口轉換模塊；

18、步驟2：通過第一接口轉換模塊中fpga芯片中設計的合路器邏輯，將10路ttl電平的單端信號合成為1路ttl電平的單端信號，通過spi總線將合成后的1路ttl電平單端信號輸入到第一uwb模塊的dw1000芯片中；

19、步驟3：dw1000芯片將接收的ttl電平單端信號轉換為uwb信號，通過第二uwb模塊中的uwb天線將uwb信號發(fā)射出去；

20、步驟4：第二uwb模塊的dw1000芯片接收發(fā)射的uwb信號，通過第二uwb模塊中的dw1000芯片將uwb信號轉換為1路ttl電平單端信號，將輸入到第二接口轉換模塊中；

21、步驟5：通過第二接口轉換模塊中fpga芯片中設計的分路器邏輯，將1路ttl電平的單端信號拆分為10路ttl電平單端信號，將10路ttl電平單端信號輸入到第二rs422終端模塊中經由rs422接口芯片轉換為rs422差分信號輸入到對應10路rs422通道中，完成單端信號的轉換；

22、步驟6：按照步驟1-步驟5中的邏輯，10路rs422差分信號經由第二rs422終端模塊輸入第二接口轉換模塊合成為1路ttl電平單端信號，并通過第二uwb模塊和第一uwb模塊輸入第一接口轉換模塊拆分為10路ttl電平單端信號，并將10路ttl電平單端信號輸入到第一rs422終端模塊中轉換為rs422差分信號輸入到對應10路rs422通道中，完成單端信號的轉換；

23、步驟7：重復步驟1-6，進行rs422終端模塊的快速收發(fā)切換，實現全雙工傳輸。

24、本發(fā)明的有益效果是：

25、(1)本發(fā)明通過控制dw1000的工作模式，可以實現全雙工傳輸，性能好。

26、(2)本發(fā)明采用fpga作為主控芯片，處理能力強，對多路rs422接口有很好的處理能力，即采用合路器與分路器設計，將多路rs422信號合成為1路ttl電平單端信號或將1路ttl電平單端信號拆分成為多路rs422信號，能夠同時支持最多10路rs422與uwb信號的相互轉換。10路rs422信號只需要一片fpga芯片，空間成本與價格成本都較低。