基于签名的控制流错误检测算法检测能力的验证模型

目前主要采用实验测试的方法对基于签名的控制流错误检测算法进行评价,但由于控制流错误模型的不确定性,而导致测试结果存在一定的偏差,本文尝试采用模型验证的方法评价控制流检测算法的错误检测能力。本文首先简述了基于签名的控制流错误检测算法的基本原理,其次,提出了控制流错误跳转关系表示方法和指出了传统的控制流错误检测能力分析方法中未考虑的影响检测能力的因素,接下来,结合这些因素提出了基于签名的控制流错误检测能力验证模型,最后给出实例,通过验证模型分析了目前典型的基于签名的控制流错误检测能力。
     

一种软件实现的程序控制流错误检测方法

在太空环境中，由于宇宙射线的存在，计算机系统的硬件经常发生各种瞬态或永久故障，致使软件系统的执行流程产生错误。针对太空环境的强辐射特点，提出了一种对程序的控制流进行检查的纯软件方法RSCFC，它首先把程序划分为“基本模块”，然后给每个基本模块赋予一“关系标记”和错误探测指令。通过对程序运行期间生成的“即时标记”和事先嵌入程序的模块位置信息的“与”运算来探测控制流错误。该方法在几个C语言标准程序上进行了实现，并进行了故障注入实验，结果表明在没有RSCFC时，大约20．7％～68．8％的分支故障会产生探测不到的不正确输出，而在RSCFC存在的情况下，该区间会降低到2．8％～20．4％。与其它的软件控制流错误检测方法相比较，它具有探测率高，对原始代码影响小的特点。     

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。     

基于扩展块的星载软件控制流容错评价方法

空间环境因素引发的星载软件瞬态的控制流错误可能对系统执行效能造成严重影响，为避免容错算法存储开销和执行开销给系统带入过多的计算压力，提出在容错算法开销和所取得的系统的可靠性提升上取得一定折衷，这是星载软件可靠性设计的合理方向。设计了一种适合于弹性添加容错代码的容错方法：扩展块数字签名的控制流检测方法ESCFC（Extend block Signatures for Control Flow Checking）。由空间高能粒子的实验结果和在轨实测结果为系统可靠度建模，提出了算法开销和可靠性效能提升的平衡关系的工程参考和理论依据。定性分析和模拟，充分说明了将该方法运用于航天工程的可行性。     

基于扩展块的星载软件控制流容错评价方法

空间环境因素引发的星载软件瞬态的控制流错误可能对系统执行效能造成严重影响,为避免容错算法存储开销和执行开销给系统带入过多的计算压力,提出在容错算法开销和所取得的系统的可靠性提升上取得一定折衷,这是星载软件可靠性设计的合理方向。设计了一种适合于弹性添加容错代码的容错方法:扩展块数字签名的控制流检测方法ESCFC(Extend block Signatures for Control Flow Checking)。由空间高能粒子的实验结果和在轨实测结果为系统可靠度建模,提出了算法开销和可靠性效能提升的平衡关系的工程参考和理论依据。定性分析和模拟,充分说明了将该方法运用于航天工程的可行性。     

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。     

基于VRML的航天模拟训练系统

使用虚拟现实建模语言（VRML）建立一个航天地面设备仿真实验和导弹弹体虚拟装配的模拟训练系统，操作者可使用浏览器通过网络进行交互式的虚拟实验和弹体装配，实现航天工程中部分高成本，高代价的实物操作训练功能，该系统具有较好的真实效果，显示了虚拟现实技术在航天工程中的广阔应用前景。     

面向单粒子效应的航天嵌入式软件软防护技术研究

单粒子效应是影响航天器可靠性和在轨寿命的重要因素。单粒子效应引发的可恢复性错误称为软错误,会导致软件运行出错。本文针对单粒子效应引发的软错误,对航天嵌入式软件中采用的软防护技术,按照控制流防护和数据流防护进行了分类分析和总结。     

非迭代动态多故障诊断方法研究

由于传感器噪声和故障判决规则的不可靠,故障检测系统难免出现检测错误。不同的测试之间具有一定的冗余关系,利用这些关系就可以纠正一定的错误。基于迭代的动态多故障诊断（DMFD）算法在系统中有测试错误的情况下具有较高的诊断正确率,但当系统规模较大时,它的迭代过程并不必要,且有时迭代并不能收敛到最优值。针对这一问题,文章在详细分析迭代拉格朗日松弛方法和维特比算法原理的基础上,提出了利用故障和测试结果之间的关系来估计拉格朗日乘子的非迭代动态多故障诊断方法。该方法避免了迭代过程,减少了计算时间并提高了诊断正确率。对航天器电源系统的诊断表明,非迭代动态多故障诊断方法的诊断速度快,且其正确率高于以前的算法。     

模糊Petri网在航天发射系统故障诊断中的应用研究

航天发射系统结构复杂,各分系统相互耦合,且故障传播模式多样化,故障特征和故障模式之间存在着模糊关系.因此,本文提出利用模糊Petri网对航天发射系统进行故障诊断,并给出了基于模糊Petri网的故障传播模式模型及反正向结合的推理算法.反向推理用于故障诊断,以选择检测路径,有效地找到发生某一故障的原因及其传播路径;正向推理用于计算该故障发生的真实度.文中以某运载火箭控制系统漏电故障诊断为例,说明了该模型直观、表达能力强的优点,同时表明了算法的适用性和有效性.     

基于多传感器的空间遥操作机器人虚拟预测环境建模

虚拟预测环境技术是解决遥操作系统中时延问题的有力手段,但其有效性依赖于环境模型的精度。为了提高虚拟预测环境的建模精度,提出了基于多传感器信息融合的建模方法。首先根据CCD摄像机采集的图像建立虚拟环境模型的初始模型,再利用远地力觉和位置传感器信息对初始模型进行校验。为了观察命令在虚拟环境中的执行情况,采用一种简单有效的注册方法,将图形模型叠加在摄像机视频图像上,以便操作者进行对比分析。实验表明利用本文算法建立的虚拟环境模型是准确可靠的,有利于提高基于虚拟预测环境技术的遥操作系统的有效性和可操作性。     

基于预处理的非稳态流场计算方法

采用预处理方法可提高Navier-Stokes方程或Eu ler方程计算低马赫数流场的准确度和收敛性能。采用双时间步和预处理相结合的方法计算非稳态流场,保证了采用预处理方法后计算结果的时间精确性。在每一物理时间步,控制方程虚拟时间导数项采用LU隐式时间格式,对流通量采用AUSM 和MUSCL格式进行求解。通过对前台阶流和圆柱绕流的计算,验证了该方法的广泛适用性和计算结果的可靠性。     

一种行星探测应用的可量测虚拟现实环境构建方法

提出了一种基于行星探测巡视器地面图像和高分辨率卫星图像的可量测虚拟现实环境构建方法。根据巡视器在不同方位角、高度角获取的立体图像,经过圆柱投影、自动匹配和无缝拼接生成360°全景图像。同时开发了从全景图像到原始图像的反算功能,使用户可直接在全景图像上进行量测,从原始立体像对上得到三维地形信息。三维可量测全景图像与基于NASA的World Wind的星球浏览器进行无缝集成,为行星探测应用提供了可量测虚拟现实环境,实现了从垂直视角卫星图像到地面水平视角巡视器图像的一体化量测。     

面向空间应用的双核容错微处理器的研究与实现

介绍了用双核微处理器实现的容错微处理器系统SPARC—V8FIS。该系统由两个同构微处理器与支持容错操作的容错管理模块组成。微处理器是基于SPRARCV8规范的32-bit微处理器。容错管理模块提供了错误检测、诊断、从“软故障”中故障恢复，以及当发生“硬故障”时，将系统配置成单一处理器继续执行的机制，以适应空间复杂环境应用。SPARC—V8FIS用较少的硬件实现了所有容错操作，以很低的性能损失达到了很高的系统可靠性。     

燃气源控制气流热效应数值模拟研究

为了解迷宫形导热套环与流体之间的热交换对控制气流温度及压力的影响,采用整体求解法求解控制气流与多层套环之间的耦合传热问题。为确保计算结果在物理上的真实性,采用“假密度法”求解以温度T为求解变量的能量方程。计算得到了控制气流参量随时间的变化情况以及迷宫形多层导热套环的温度在不同时间点的分布情况,结果表明流场的三维复杂结构使得每个小孔射流与各层套环的传热情况都不同,流体与固体区域之间的换热量随时间变化,其中内套环和中套环对流体的吸热量随时间的增长而急速下降,从而导致控制气体的温度和压力都随时间而逐渐增大。计算所得的控制气流温度和压力与试验测量值的变化趋势相同,验证了计算方法的有效性。     

精确制导武器虚拟样机技术研究

精确制导武器虚拟样机技术是进行精确制导武器研究的一项关键技术。本文充分考虑到建立一体化、通用化的虚拟样机系统支撑平台的需要,选取景象匹配技术作为精确制导技术的研究对象。研究过程中重点讨论了虚拟样机系统的组成、方案及算法分析、算法仿真试验、试验结果分析、系统集成等问题。其中,精确制导算法仿真的试验结果揭示了典型匹配算法的抗干扰能力和各种主要因素对匹配结果的影响规律,与理论分析一致;系统集成过程中详细分析了控制流、数据流与系统集成的组织过程和方法;最后对整个精确制导武器虚拟样机系统的研制工作进行了总结。     

一种基于组合策略的低轨星座网络流规划方法

低轨星座网络流规划方法是提升大型星座网络性能的关键技术。针对现有低轨星座网络流规划方法手段单一，难以兼顾全局性能优化与卫星自主灵活性等问题，研究提出了一种基于组合策略的低轨星座网络流规划方法，首先根据业务特点对网络流进行分类映射，针对6类映射业务的QoS差异，分别采用集中式、分布式和源端路由等路由控制策略；在此基础上将星座网络流规划问题抽象为求解带宽约束下的多源单汇网络最大流和多源多汇网络最大流问题，分别采用负载均衡路由和多约束QoS路由算法；对基于组合策略和单一策略的星座网络流规划方法进行了仿真分析，结果表明组合策略比集中式的传输时延低约20ms，丢包率低约9%，比分布式的带宽利用率高约42%，可有效提升星座网络性能，能够更好满足不同场景及需求。     

载人航天器微量污染控制装置实验研究

在分析中长期载人航天器舱室内的微量气态污染来源，以及比较国内外微量污染净化系统方案的基础上，提出适合我国将来发展的空间实验室微量污染净化系统，它由活性炭吸附床、高温催化反应装置、常温催化反应装置、风机、阀门及控制装置等组成。文中重点介绍了高温催化氧化装置实验样机的结构设计和控制方法，在搭建的实验平台上对该净化样机进行了各种工作性能实验研究。实验结果表明：温度控制器控制精度高、装置工作性能稳定、净化效率较高。