随着我国月球探测的快速进展，覆盖地月空间的PNT技术成为急需解决的问题，而解决这一问题的首要前提是进行地月空间的时间测量并建立时间基准。地月空间时间测量有不同方案，包括了星地激光测量、与GNSS星座通信测距、对GNSS星座信号接收解算等不同方式和技术。此外，载荷还须包含原子钟组，作为时钟参考源。本文针对这些载荷的需求，从功能、性能、可靠性等方面进行星上载荷管理设计。相对于通常的科学卫星载荷管理任务，时间基准测量载荷对高稳定、低相噪的时标信号有普遍要求，这也是时基测量载荷管理单元设计的主要特点。
载荷管理单元是载荷与星务平台数据通信枢纽，其任务包含两部分，一是根据星务平台指令对载荷进行指令、消息和数据分发，定时采集各载荷状态，存储载荷的工程和科学数据并择机下传；此外载荷管理单元还具有时频生成与调控功能，以原子钟产生的10MHz作为时钟基准源，生成测量载荷与星间测距通信等需要的时标信号，并可通过星务指令，对时标信号进行频率和相位微调整，抵消在轨相对论效应的影响。
根据任务特点，载荷管理功能、 性能、可靠性设计实现结果：

1. 整机采用主、备双份，大部分模块为冷备，个别器件和模块采用热备；
2. 整机采用主控CPU+数据处理FPGA +时频控制FPGA架构。CPU采用龙芯1E300，主频128Mbps，程序存储采用双冗余，具备ECC；FPGA采用XQ4VSX55，利用三模冗余+定时刷新加固，满足抗总剂量和抑制单粒子翻转要求；
3. 固态存储达512Gb，数据按照CCSDS在轨格式规范组织，并进行RS（256，252）编码，实现纠2B检2B的能力；
4. 模拟量采集能力为64路；
5. 与星务平台指令通信采用CAN总线方式，500kbps，分A、B两路热备；与星务平台数据传输采用LVDS总线，交叉备份；
6. 与载荷指令及数据通信均采用CAN总线方式，分A、B两路热备；

时频功能、性能设计结果：

1. 基于任务要求，时频模块采用DDS+PLL方式实现。由于缺少高等级DDS芯片，采用FPGA+DA方式实现DDS，DA采用国产高等级芯片B9122。
2. 以原子钟10MHz输入作为参考，基于DDS生成了10MHz、10.23MHz、122.76Hz和1PPS时标信号输出，且四种时标信号相位关系固定；
3. 基于相位累加算法，实现了具备0.036Hz的调频分辨率，调频范围±3Hz；1PPS调相分辨率不低于0.1ns。
4. 基于PLL模块，实现了低相噪输出；
5. 10.23MHz杂散抑制≥80dB；相噪1Hz频偏≤-90dBc/Hz，10Hz频偏≤-120 dBc/Hz，100Hz频偏≤-125 dBc/Hz，1kHz频偏≤-130 dBc/Hz，≤-140 dBc/Hz；

载荷管理和时频生成与调控实现结果能够满足卫星载荷在月球空间（如地月L1的 NRHO轨道）进行地月时间测量的在轨管理需求，功能复杂度较大，在轨调频调相能力领先于国内同类设备。
关键词：载荷管理，时频单元，直接数字频率合成（DDS）

载荷管理，时频单元，直接数字频率合成（DDS）