随着卫星技术的不断发展,卫星的功能和在轨任务变得越来越复杂,卫星的数据处理量也变得更大。卫星综合电子系统是实现卫星内部数据管理和信息处理的系统,因此当下卫星领域要求综合电子系统必须在保证高可靠性的同时具有良好的性能。传统的综合电子系统所采用的宇航级器件虽然抗辐射能力较高,但其计算能力难以满足上述要求。而近些年来随着COTS(Commercial-Off-The-Shelf,商用现货)器件在卫星中的应用愈发广泛,为解决以上问题提供了新的途径。所以本课题将研究基于COTS器件的高可靠、高性能的卫星综合电子系统设计方法。主要研究内容如下:针对卫星综合电子系统低成本、高性能、高可靠的研制需求,设计出一种基于COTS器件的阵列式综合电子系统体系结构,适用于低轨小卫星应用。该体系结构以“1接口控制单元+4计算单元”为系统核心,还包括两条数据总线以及供电电路等部分。接口控制单元作为系统控制核心,可控制系统的数据交互方式和运行方式并具有任务分配、故障检测、电源管理等功能。计算单元作为系统的计算核心,可根据任务分配进行高可靠冗余计算或高性能并行计算。针对卫星综合电子系统的高可靠性需求,研究了在轨计算可靠性增强技术,设计了三模冗余表决系统加一个备机的混合冗余容错结构,并设计了系统进行数据仲裁、故障检测、故障重构的技术流程。而针对综合电子系统的高性能需求,研究了基于处理器阵列的并行处理技术,并设计了两种并行处理结构,以及多任务同时处理和单任务先后处理两种并行处理模式。设计并研制了基于COTS器件的阵列式综合电子系统原理样机,并对系统各功能模块的原理图设计和元器件选型进行了详细介绍。原理样机采用模块化的硬件结构设计,分为计算单元核心板、底板、外部接口调试板三部分。最后,在原理样机上搭建测试平台,对原理样机的硬件基本功能以及CAN总线功能、高速数据通路的传输性能等进行了测试,并对在轨计算可靠性增强技术和高性能并行处理技术进行了简单的测试验证。基于COTS器件的阵列式综合电子系统计算性能最高可达7980MIPS,可靠性指标可达0.975,满足系统对可靠性和处理性能的需求。