皮卫星星务管理系统容错设计

作为皮卫星的核心部分,星务管理系统的可靠性关系着皮卫星的安全。皮卫星具有重量轻、体积小、功耗低、高度集成化等特点,难以简单采用传统卫星所用到的星务容错方法。结合皮卫星具体特点,在软件的容错方法中以状态机作为整体构架,采用时间和信息冗余、静态三模冗余数据读写、自诊断和两级看门狗等技术手段设计了具有一定容错能力的皮卫星星务管理系统,并在皮卫星样机和地面试验中,通过综合测试软件验证了容错机制带来的很好的效果。     

小卫星星载容错计算机控制系统软硬件设计

创新一号低轨存储转发通信小卫星是中国第一颗重量在100公斤以下的小卫星，介绍了其星载计算机系统的设计方案。由于卫星采用了计算机集中管理方式，为保证星载计算机的可靠性，设计中对硬件使用了双计算机热备份冗余设计，星载计算机的可靠性同时通过软件和硬件协同容错设计来实现。卫星的星务管理、遥测、遥控、姿态控制、电源管理、通信控制、轨道控制等都需要通过计算机软件完成，介绍了这些软件的主要功能和容错设计。创新一号星载计算机采用了多项新技术，并经过了一年多的飞行测试验证，达到了预定的运行目标，星载计算机圆满完成了各项设计功能，证明了卫星计算机系统的安全可靠。     

一种卫星上的容错数字控制计算机

卫星控制系统用的数字计算机是实时性能很强的控制机,又是信息量较大的数据处理机,同时要求可靠性极高。一般,星载计算机设计成一台双机热备份的容错计算机系统。文章介绍了星载计算机的元器件选择,主机构成及其性能,各种系统软件和应用软件的设计准则,以及整机测试方法等。着重介绍了星载计算机硬件和软件的容错设计。文章最后介绍了星载计算机的使用情况,星载计算机成功地完成了二次飞行试验任务,表明设计思想正确,满足总体技术要求,控制精度高。采用双机热备份系统确实保证了计算机的高可靠性要求。     

风云一号（B）的星载计算机系统

本文叙述了风云一号(B)星载计算机系统的构成及性能、主备双机冗余结构以及主备双机切换和备机内部A、B机自荐切换的实现过程,介绍了星载计算机的可靠性设计、冗余容错设计和星载计算机软件,也反应了星载计算机在卫星中的作用。     

基于固态硬盘的星载海量存储阵列研究与设计

针对当前星载设备对低成本、标准化及快速组装、快速测试的需求,提出采用基于SATA接口的固态硬盘(SSD)作为存储模块研制星载存储设备。文章首先分析了星载存储技术发展特点、对存储设备的技术需求,以及固态硬盘自身的特点,然后分别从固态硬盘在星载应用中的必要性、可行性及其在应用中的优缺点进行探讨,并重点说明了在星载应用中需要攻克的关键技术及与数传/载荷分系统的融合方法,最后从硬件原理设计、软件层次设计等给出一种可行的设计方案,可为星载固存设备研制提供设计思路。     

新一代并行处理星载计算机技术研究

为提高卫星的整体性能，对并行处理技术在集中式控制体系结构卫星平台的关键部件——星载计算机中的应用进行了研究。所设计的星载计算机采用了总线仲裁和故障隔离技术，并具有图像处理等复杂功能。通过并行双CPU资源的冗余重构设计，可保证在某个CPU发生故障后实现星戴计算机的降级使用，提高了星载计算机的可靠性，并给出了监控软件的流程。最后，采用离散傅里叶变换(DFT)运算，对设计的计算机的并行处理能力进行了预估。     

星载铷原子频标的可靠性强化试验

针对影响星载铷原子频标可靠性的环境因素进行了分析,确定了影响星载铷原子频标可靠性的主要环境敏感应力,根据可靠性强化试验理论和星载铷原子频标的技术特点,设计了可靠性强化试验方案。依据此方案对新研制的某型星载铷原子频标工程样机实施了可靠性强化试验。试验结果表明,该方案对确定该型号铷原子频标样机工作极限、激发其潜在缺陷,均有较好的效果,从而为实现星载铷原子频标的可靠性增长提供了新的思路。同时本研究对同类高可靠航天产品的可靠性增长可提供借鉴。     

星载计算机可靠性和低功耗的均衡优化研究

目前对星载计算机的研究主要集中在可靠性上,一直没有重视功耗问题,高可靠和低功耗已经成为高可信系统设计中面临的主要挑战。针对这一需求,研究了星载计算机系统设计中可靠性和功耗的协同优化问题,构建了组合使用动态可靠性管理,动态功耗管理,以及动态电压和频率调整的协同均衡优化整数规划模型,然后提出低功耗任务调度,可靠性约束的动态电压调整以及算法的求精的三步启发式求解算法。并对不同的方案进行了仿真验证,在保证系统的可靠性需求的前提下,平均功耗比单独采用动态功耗管理或者动态电压和频率调整降低了9%~21%。
     

低成本高可靠综合电子系统集成技术

我国现有的卫星电子产品的传统研制模式已很难适应卫星快速增长,型号对于平台的管理控制核心的电子系统提出低成本、高可靠、快速响应、快速研制的迫切需求。通过构建低成本、高可靠计算机系统体系架构,设计基于COTS器件的星载计算机,并采取包括系统、模块、器件的多级可靠性冗余设计及验证技术,为实现低成本、高可靠、长寿命的产品研制,满足型号长期在轨任务要求奠定基础。     

一种基于Markov模型的星载计算机系统可靠性评测的新方式

可靠性在星载计算机系统中具有非常重要的作用。现以Markov链为基础,提出了一种新的估计星载计算机系统可靠性的统计使用检测方法。首先通过对故障的传播进行分析,对检测过程中Markov链上由故障产生的状态转移描述方法进行了改进,将“故障不一定产生失效”的现象用Markov链描述出来。其次,提出了程序执行路径的概率计算方法,并且用该方法对星载计算机可靠性进行了估计。最后通过仿真实验表明了该计算方法的有效性。通过对故障状态转移的分析和路径概率计算方法的提出,使星载计算机系统可靠性评测更能反映实际情况。     

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。     

星载计算机抗辐射加固技术

为掌握星载计算机系统级抗辐射加固技术 ,针对星载计算机的抗辐射薄弱环节 ,研究抗辐射加固措施 ,完成了 386ex三机变结构原理样机。重点研究了抗单粒子效应多机容错技术和存储器校验技术 ,抗总剂量效应屏蔽材料和屏蔽工艺。最后研究了实时多任务操作系统及其抗辐射问题。     

BRAM存储器EDAC容错技术可靠性分析

SRAM型FPGA内部高密度BRAM存储模块作为用户存储资源,在空间运行中易受单粒子翻转效应影响,造成用户数据失效,EDAC技术被广泛采用作为其容错手段.对于商用型SRAM - FPGA,编码/解码模块可靠性对EDAC容错技术有效性具有很大影响,因此本文在考虑编码/解码模块可靠性影响情况下,对商用SRAM - FPGA...     

嵌入式SRAM的一种高可靠性内建冗余分析策略研究

为有效提高嵌入式静态随机访问存储器（Static Random Access Memory, SRAM）的可靠性,进而确保整个航天电子系统的可靠运行,通过对嵌入式SRAM故障分布特点的分析,给出了一种改进的存储器架构。采用列块修复与行单元修复相配合的方法,并在此基础上提出了二维冗余模块存在故障的内建冗余分析( Built\|In Redundancy Analysis, BIRA)策略。该策略高效运用了设置的行修复寄存器与列修复寄存器,极大地提高了故障的修复率。通过64×8位的SRAM仿真实验验证了提出的内建冗余分析策略的可行性,有效确保了系统在冗余模块和主存储器都存在故障的情况下的高可靠运行。
     

星上计算机几种离散化算法的比较

本文陈述并比较了连续时间系统的各种时间-离散化方法,认为阶跃响应不变(或零阶保持器)法比较适于工程实际应用.对分子分母均为二阶连续系统,分母阻尼系数D_2大于1.0、小于1.0或等于1.0这三种情况分别给出了用阶跃响应不变的时间-离散化法得到的差分方程和状态空间方程各项系数的解析计算式.讨论了差分方程形式和状态空间方程形式的等价性问题.最后说明了一个带有液体晃动和太阳帆板挠性特性的三轴稳定卫星姿态控制器是相当复杂的,星上计算机的工作量也是相当大的,因此要防止计算机出现计算饱和问题并同时注意到截断误差问题.     

航天器控制应用的星载计算机技术

介绍了中国研制的用于近地轨道、太阳同步轨道和地球同步轨道航天器的几种主要星载容错计算机的功能和主要特点以及它们的容错结构,并简述了星载控制计算机的发展趋势。     

Xilinx FPGA自主配置管理容错设计研究

针对SRAM型FPGA在空间辐射环境下容易受到单粒子效应影响的问题,在分析可重配置的Xilinx FPGA的结构和故障模式的基础上,提出一种基于自主配置管理的Xilinx FPGA容错设计方案。综合运用诸如逻辑电路三模冗余、块存储器EDAC校验、动态回读、动态局部重配置及周期全局重配置等方法实现故障的屏蔽、检测和修复。该方案覆盖了FPGA的各种单粒子效应故障模式,并且在芯片内部实现了自主配置管理,具有体积小、成本低、可靠性高的特点。     

空间站有效载荷真空支持系统方案评述

有效载荷真空支持系统是空间有效载荷支持系统的重要组成部分,为空间有效载荷实验的顺利进行提供真空环境支持和保证。文章详细分析了国际空间站包括美国“命运号”实验舱（USL）、欧空局哥伦布轨道舱（APM）及日本实验舱（JEM）内的有效载荷真空支持系统方案及使用情况;对美国实验舱内的一号微重力材料科学机柜及微重力燃烧科学机柜内部专用的真空支持系统作了主要介绍;最后提出了我国空间站有效载荷真空支持系统的初步方案设想,即合理安排有效载荷实验进行次序,将废气排放子系统及真空资源子系统合二为一,以节约资源,提高可靠性。     

STD总线双机容错系统

本文论述 STD 总线双机容错系统的设计与实现,该系统为工矿企业提供高可靠性的处理机模块。本系统采用双机容错原理,模块内部包含两个CPU 协同工作,还可用同样的处理机模块作为热备份,当运行模块失效后系统能自动切换到备份模块运行,实现系统的不间断运行。文中最后讨论了系统的软硬件结构及主要实验结果。