以综合电子技术构筑航天器智能化的坦途

未来航天任务要求航天器具备在轨智能处理的能力,而综合电子系统是航天器智能化的中心。一种为未来智能化应用开发的航天器综合电子系统,将传统的遥控、遥测和数据管理功能集成为一个简便易用的标准服务功能包,同时在具有统一信息网络服务的通信能力,以及支持分布并行计算、模块化扩展升级、系统重构的计算能力和存储能力等,为在轨智能处理建立了所需的硬件和软件支持。利用这些基础结构,应用过程可以专注于航天器智能处理的实现,从而完成各种复杂任务。     

国外航天器在轨故障统计与分析

统计和分析航天器在轨实际发生的故障,可以从中发现在轨故障发生的规律,并指导航天器采取预防或纠正措施。文章在收集航天器在轨故障的基础上,划分了故障的类别,总结了故障发生趋势。对航天器平台而言,控制、供配电、推进3个分系统的故障所占比例最高。针对航天器供配电、综合电子、推进、热控、环控生保等分系统的故障进行了统计,并分析了...     

北斗三号卫星综合电子系统设计

作为在轨网络化与智能化信息处理的中心，北斗三号卫星综合电子系统采用分级分布式网络体系结构，以网络化、扩展性、高可靠为原则，实现星座复杂业务信息统一处理和共享。基于标准空间链路协议、空间子网与星内子网分级网络拓扑实现通信网络化，基于接口标准化实现软硬件模块灵活扩展，基于分级故障检测与处置、功能与信道容错、可靠重构与维护及自主健康与任务管理技术保证卫星服务连续性。工程实践表明，北斗三号卫星综合电子系统有力支持分组分批研制及长期可靠智能自主运行，为未来大型复杂航天器电子信息系统的设计提供参考。     

一种分布式航天器综合电子系统设计

以综合电子系统层次模型为基础,提出并实现了一种分布式航天器综合电子系统设计方案。该方案以标准通用硬件模块、ASIC芯片、分层总线体系结构和空间通信协议体系作为基本的技术支撑,采用分布式的协同和并行处理,既可以提升信息网络服务能力和信息计算处理能力,也可以实现硬件模块和资源的共享及任务迁移和系统重构。在航天器上的应用表明:此方案可有效提升综合电子系统的运行效率及任务处理能力,增强综合电子系统对故障的容忍和处理能力,也能够显著提高综合电子系统的研制效率和产品化程度,使综合电子系统为构建高可靠、智能化的航天器提供所需的技术保障。     

过驱动航天器飞轮故障重构与姿态容错控制

针对四反作用飞轮配置的刚体航天器执行机构故障以及外部干扰等问题,提出一种姿态容错控制分配算法。该方法通过设计滑模观测器,实现在有限时间内对执行机构故障与外部干扰的精确重构;特别地,应用Lyapunov稳定性理论证明了所设计的控制器能够在有限时间内实现对闭环姿态的全局渐近稳定控制,且该控制策略可实现对反作用飞轮故障与外部干扰的鲁棒性。此外,采用计算量较小的基序最优控制分配方法快速实现了期望控制力矩到四反作用飞轮指令控制力矩分配。最后,针对某型号航天器以及各种反作用飞轮故障进行数值仿真,仿真结果表明所设计过驱动航天器飞轮故障重构与姿态容错控制方法能够在线、及时、精准地完成故障重构与控制分配。     

一种高可靠模块化的航天器通用接口单元设计

以综合电子系统的层次化设计模型为基础,提出并实现了一种基于模块化可伸缩的高可靠航天器通用接口单元设计.该设计以标准通用硬件模块、ASIC芯片、层次化总线体结构作为技术支撑,既可实现面向多种平台与载荷航天器的多任务接口适应性,也可实现数据接口单元内部模块资源的交叉重组与系统重构.该航天器通用接口单元已在多个航天器综合电子系统中成功应用,应用情况表明此方案能显著提升航天器通用接口单元的通用性与可靠性,增强系统故障容忍及自主处理能力,利于提升航天器的产品化批产能力与研制效率.     

基于FPGA架构的高可靠在轨重构系统设计

航天设备与地面设备相比,制造成本高,对空间环境的适应性要求也高。为了延长航天器寿命,提高其在轨工作的可靠性,需要考虑航天器在空间环境下的可维护性需求。针对航天资产在轨软件实现功能维护的需求,研究空间环境应用背景下的高可靠在轨可重构技术。基于FPGA芯片在航天器领域中应用的广泛性、灵活性及可靠性,设计了一种FPGA架构下的高可靠在轨重构系统。该系统的优势在于充分利用星载设备中普遍使用的“SRAM型FPGA+反熔丝FPGA”的硬件架构,在实现SRAM型FPGA动态刷新功能的基础上仅通过软件更改来增加在轨重构功能,极大降低了硬件更改的成本,扩展了可重构功能的应用范围。在某航天器星载设备中应用该在轨重构系统,通过实际飞行经历,验证了该架构系统设计方案的可行性、可扩展性及可靠性。     

应用层次分析法的航天器健康评估方法

采用层次分析法,实现各故障模式对航天器系统、分系统、单机设备影响权重的量化和分析,并提出航天器健康评估体系分级构建思想;结合航天器遥测数据特性对故障预测技术和健康评估方法进行了研究,设计了新陈代谢GM(1,1)等动态预测模型,给出了故障模式预测仿真结果。研究结果可为航天器在轨任务规划、故障处理维护等提供借鉴。     

一种SRAM-FPGA在轨重构的工程实现方案

针对航天器电子系统在实际工程中要解决的星载资源受限、长寿命、高可靠等特殊问题,文章提出了一种基于静态随机存取存储器型现场可编程门阵列(SRAM-FPGA)在轨重构的方法及工程实施方案,对如何保证数据可靠传输与可靠存储等关键问题进行了讨论,并且给出了在某卫星工程中的具体设计方案和在轨验证情况。结果表明,采取的重构设计圆满完成了目标FPGA的功能升级以及在轨实时刷新,工作稳定正常,可以为其他航天器电子系统设计提供参考。     

基于在轨可维修性的载人航天器配电系统设计

配电系统是载人航天器的电能传输网络,故障严酷度等级高,在故障模式分析的基础上合理设计遥测点及控制点可以实现其在轨维修,这对提高载人航天器的可靠性和寿命具有重要意义。文章以载人航天器配电系统的基本单元为例,从实现可维修的角度对配电系统基本单元拓扑结构的每个环节进行详细设计,包括故障诊断与定位、故障隔离与系统重构、维修流程与安全性设计3个方面,并对其可靠性进行分析。文章提出的维修性设计,能够从系统工程的角度对载人航天器系统设计进行优化,按设计要点提前规划平台资源使用情况,从而实现配电系统维修性与平台资源使用之间的平衡,对载人航天器配电系统可维修性设计具有一定借鉴意义。