基于虚拟寄存器的控制流错误检测算法

控制流故障是航天软件系统必须面对的一个重要故障类型。提出一个基于程序基本块模型的算法CFCVR（Control Flow Checking Basedon Virtual Register，基于虚拟寄存器的控制流检测）对程序控制流进行检测。它首先通过虚拟寄存器分配算法获得虚拟寄存器，然后基于这些虚拟寄存器添加特定的控制流28．7％的性能代价和平均检测指令。这些指令可以检测模块间的控制流错误，所有工作都是在汇编源程序上完成的。实验表明CFCVR会引入平均31．3％的存储代价，而对于控制流错误检测率平均为97．1％，优于目前已存在的各种方法，能够提高航天软件容错能力和可靠性。     

某卫星姿态角的确定和对测量部件的故障诊断

卫星三轴姿态的确定是对卫星进行姿态控制的基础,利用陀螺和红外敏感器互补的特性,并对测量所得到的数据进行处理,便可得到卫星姿态角的估计值。陀螺和红外地球敏感器是卫星姿态控制系统中关键的测量部件,两者的测量输出通过卫星运动学方程相关,有冗余关系,可以用于故障检测。本文对所设计的观测器进行了数值仿真,证实了其有效性,并直接利用所设计的观测器进行故障检测,首先得出陀螺和红外地球敏感器在各种故障下的输出残差曲线,然后分析陀螺和红外地球敏感器的不同故障对输出残差信号的不同影响,找出各种故障与不同输出残差的对应关系,从而确定发生故障的部件。     

斜装陀螺系统及其故障检测

分析了陀螺系统构型对卫星可靠性和姿态控制系统性能的影响，基于６个陀螺全部斜装的八面体构型，设计了等价空间故障检测算法。仿真结果表明，采用这种陀螺构型和故障检测算法，系统可检测较小幅度的软故障，从而获得优良的容错性能。     

一种面向输出响应的多频测试故障检测与隔离方法

介绍一种在测点访问有限的情形下 ,针对模拟电路外接口的响应信息进行故障检测和隔离的方法。在构建连续的故障字典曲线的基础上 ,通过仿真实验 ,探讨并验证了利用多频测试来积累故障误差 ,构建误差曲线以检测和判别故障器件的实现思路。     

基于鲁棒故障检测滤波器的传感器故障诊断

本文讨论了鲁棒故障检测滤波器在喷气式发动机传感器故障诊断中的应用。鲁棒故障检测滤波器方法使残差既有干扰解耦特性又有方向特性。该滤波器的设计结合了未知输入观测器原理与Beard故障检测滤波器原理。利用未知输入观测器产生的残差对未知输入(干扰)具有鲁棒性,而特定方向性是基于BFDF技术获得的。最后举例说明了该方法的可行性和有效性。     

存在时延及丢包的网络化飞行器鲁棒故障检测

考虑同时存在未知时延及随机丢包的飞行器网络环境,研究了飞行器网络控制系统的鲁棒故障检测问题。将未知时延及随机丢包的影响转变为未知扰动输入,建立飞行器网络控制系统的统一数学模型,同时考虑残差对故障的灵敏性和对未知扰动的鲁棒性,利用模型参考的思想,将故障检测问题分解为最优残差模型设计及鲁棒跟踪问题两部分,利用多目标优化方法给出最优残差模型的求解条件,并以线性矩阵不等式的方式给出鲁棒跟踪问题的存在条件,数值仿真表明,所提方法能有效抑制时延及丢包的影响,并能快速有效地检测出更小故障,验证了方法的有效性和优越性。     

运载火箭故障模式及制导自适应技术应用分析

为提高制导控制系统在运载火箭全发射任务周期中的智慧水平，提高运载火箭完成任务的鲁棒能力，从不同角度阐述了运载火箭故障模式，创新提出了基于能量属性的故障分类方法。针对不同级别的能量故障提出了对制导控制系统的功能、性能需求。尤其针对小、中级别能量故障，简述了运载火箭故障飞行制导自适应方法应用，包含案例及任务目标变更原则等，并分析了制导自适应技术后续工程化应用的实施途径。基于能量属性的故障分类方法及制导自适应方法可应用于后续中国运载火箭工程研制。     

一种星载计算机数据流软故障纠正算法

在太空环境中,由于宇宙射线的存在,计算机系统的存储单元经常发生各种瞬态故障。此类故障通常都使用硬件或从系统角度加以解决,但其成本高重量大。针对此种故障类型提出了一种软件实现的数据流故障纠正算法,该算法通过对程序中变量进行简单编码和解码操作后,可对发生在程序数据空间内的单“位”错误进行检测并进而纠正。故障注入的实验结果表明,对于程序数据段错误,该算法可把错误输出从原始程序的27％～49％降低到0．01％～0．02％,同时故障纠正率接近100％;对于程序堆栈段错误,该算法可把错误输出从原始程序的10％～70％降低到1％～3％,故障纠正率也在73％以上。与其它软件实现的软故障检测或纠正算法相比,实验结果表明该算法实现简单,运算量小,具有较高的错误探测与纠正能力。     

一种星载计算机操作系统容错引导算法研究

将软件冗余备份与SPARC V8构架芯片EDAC相结合,提出了一种新型星载计算机操作系统容错引导算法。该算法首先在EEPROM中备份三份操作系统文件,星载机上电或复位后,利用硬件EDAC功能对引导的操作系统文件进行错误检测及纠错,当检测主操作系统文件错误并且无法纠错时,则屏蔽错误操作系统文件自动引导备份操作系统文件,星载机仍可正常启动。与目前采用的硬件编码容错技术及软件冗余容错算法相比,该算法在有效降低硬件成本和软件消耗的同时,实现了对操作系统文件的检错纠错及错误屏蔽功能,提高了操作系统数据的可靠性。该算法可以为星载机容错设计提供参考。     

GNSS接收机加权RAIM算法研究

针对接收机使用加权最小二乘定位算法时的故障检测与识别问题,对加权RAIM算法进行了研究。首先,给出了一种卫星权值的计算方法,指出其主要取决于卫星星历误差、电离层延迟误差和对流层延迟误差。然后,通过在构造统计量时加入权值矩阵,得到加权RAIM算法的故障检测和故障识别模型。最后,基于BDS试验数据,对比验证了传统不加权RAIM算法和加权RAIM算法的性能。试验结果表明：故障检测方面,加权RAIM算法的性能与故障卫星的权值有关,而故障识别方面,两种方法性能相同。     

基于跟踪微分器的姿控喷管故障检测

针对航天飞行器姿控喷管故障的检测问题，提出了一种基于跟踪微分器(TD)的故障检测方法。该方法在考虑测量噪声、安装误差、转动惯量误差、姿控喷管特性、质心偏移等因素的基础上，设计了带低通滤波器的跟踪微分器，用来估计姿控喷管的输出力矩，并根据上述对象的实际偏差设计了无故障时估计力矩随指令力矩变化的力矩包络，即在无故障时估计力矩不会超出包络，通过检测估计力矩是否超出包络来判断是否发生故障。通过数学仿真，表明该方法能有效检测航天飞行器姿控喷管的故障，检测成功率高并且几乎没有误检。     

一类非线性系统的故障可诊断性量化评价方法

为将提高卫星控制系统故障诊断能力的工作重点前移到地面设计阶段,针对其中的关键问题--可诊断性评价,提出一种适用于非线性模型的可诊断性量化评价方法,对传统定性评价研究进行了有效的扩展和延伸。鉴于线性化处理导致非线性因素引起的故障被忽略,将卫星控制系统描述成一类仿射非线性模型;并基于微分几何理论,给出可诊断性（包括可检测性和可隔离性）的定义和定性评价指标--不变最小对偶分布。通过子空间相似度判别准则,根据故障方向矢量和所得不变分布以及不同故障方向矢量之间的夹角关系,分别设计可检测性和可隔离性的量化指标,并给出具体评价流程;该指标能够明确故障被检测和隔离的难易程度,并可用于指导诊断算法的设计和传感器的优化配置。最后,以动量轮为仿真实例校验本文所提方法的正确性;仿真结果表明：该方法在不依赖任何诊断算法和具体故障模式的前提下,可以实现可检测性和可隔离性的准确量化评价。     

一类质心突变飞行器的重构容错控制

提出了一类质心突变飞行器的一种故障诊断与控制律重构设计方法。采用以unscented卡尔曼滤波为基本估计单元且用闭环系统性能为指标的交互式多模型算法对飞行器故障情况进行检测与诊断;设计了飞行器比例导数加前馈补偿的姿态跟踪控制律;当诊断出故障时,重构控制律的结构,采用滑模变结构容错控制律对系统进行补偿控制。最后,用飞行器一次分离体释放前后的姿态跟踪过程进行了数值仿真,验证了方法的有效性。     

基于小波分析的容错组合导航系统故障检测算法研究

针对目前多数故障检测法对缓变的软故障检测不灵敏,延迟性较大,无法判断各种故障类别等问题,在分析利用小波奇异性进行故障检测原理的基础上,提出了一种基于模极大值原理的导航传感器故障检测方法。该算法利用传感器的观测量来诊断传感器是否正常工作,文中给出了利用小波奇异性进行故障检测的原理描述及利用该算法进行故障检测算法流程。该算法不仅对导航传感器软故障具有较高的检测灵敏度,而且可以通过故障点处信号的Lipschitz指数来判断故障类别,为传感器故障隔离和修复提供有效的信息,因此可以更好的保障多传感器容错组合导航系统的可靠性。计算机仿真表明所提方法是有效的,具有较高的实用性。     

航天器传动部件振动数据稀疏多分类智能故障诊断

针对航天器传动链机械零部件发生故障时训练数据稀缺以及信号的强非平稳\非线性特点,提出了动态数据驱动的子空间稀疏多分类智能故障诊断算法。首先对采集的单一传感器动态信号进行分形小波变换,生成常规和非常规二进小波尺度。然后对生成的各子空间提出基于故障能量指标的稀疏多分类器,以监测部件的故障特征频率为搜索目标,在子空间的包络解调谱上计算特征频率及其倍频附近的能量峰值,导出特定故障模式的稀疏评价指标,以各种故障模式的最大值识别和判定故障类型。所提出的算法完全实现了无人工监督的智能故障诊断。最后以航天器轴承故障诊断为例验证了该算法的有效性。所研究算法的泛化能力较强,技术路线同样适用于其他航天器传动部件的在线监测与故障智能预警。     

基于测试块滚动的FPGA自测试方法研究

为了满足航天应用高可靠性的要求,实现对航天器FPGA生产和使用过程中可能发生的永久故障的及时检测,文章提出了一种基于测试块滚动的FP-GA自测试方法,该方法采用内建自测试的思想,与传统的测试方法相比,可以实现CLB级的故障定位,适用于FPGA芯片的筛选、固化以及在系统运行等各阶段的永久故障检测。     

卫星姿态控制系统故障重构观测器设计

对于卫星姿态控制系统,提出一种基于PD型学习观测器(Learning observer, LO)的系统故障重构方法。在P型LO的学习算法基础上引入测量输出估计误差的微分项,设计了一种PD型LO,估计卫星姿态角速度和姿态角的同时,快速精确重构卫星执行机构故障。给出了所提观测器的稳定性条件,并基于线性矩阵不等式技术提出一种系统化PD型LO设计方法。进一步,将所提PD型LO设计扩展用于卫星姿态敏感器故障的快速重构。最后,将所提方法应用于微小卫星推力器故障重构和陀螺故障重构,仿真结果校验了所提方法的有效性。     

某型无人机遥控指令混合编译码的设计

阐述一种遥控指令采用重复码、循环码和波格码混合编码的设计 ,分析这种混合编译码的差错控制能力。通过分析和实践证明 ,这种设计能够降低遥控漏、误指令概率 ,增强遥控系统的故障自检测功能 ,减少无人驾驶直升机的误动作 ,从而保证试飞的顺利完成     

基于全解耦奇偶方程的动态系统执行器故障检测与识别

给出了基于全解耦奇偶方程的动态系统执行器故障的检测与识别方法。讨论了全解耦奇偶向量的产生方法,给出了全解耦奇偶向量的存在条件,并结合卡尔曼滤波方法得到了故障模型参数的估计方法。最后给出了仿真实例。结果表明,全解耦奇偶方程方法能估计出动态系统执行器故障模型。     

基于快速终端滑模的航天器自适应容错控制

针对存在不确定的执行机构部分失效故障和未知外界扰动的航天器姿态跟踪控制问题,提出了一种基于自适应快速终端滑模控制的容错控制方法。在没有故障检测与诊断信息的情况下,采用快速终端滑模控制原理,利用自适应算法在线估计得到的故障信息,设计具有鲁棒性的容错控制器,使系统在执行机构故障发生时,能在有限时间内以指数收敛,实现系统有限时间渐近稳定,以及对航天器的容错控制和干扰的抑制。仿真结果表明,与基于普通滑模控制器的容错控制相比,该方法在保证系统鲁棒性和可靠性的同时,具有更快的收敛速率,实现执行机构故障时有效的航天器姿态跟踪控制。