基于时间触发的1553B总线实时调度设计

为了优化1553B总线传输性能,降低总线消息传输的等待时间,提高总线带宽利用率和紧急消息响应的实时性,对1553B总线调度方法进行了研究,将周期性调度和抢占式调度策略相结合,设计了一种基于时间触发的1553B总线实时调度方法。在时间触发的基准下按优先级对总线消息进行集中调度,总线帧在总线上传输的时间内,处理器无需等待,可以继续处理其他任务。利用总线数据区分区的特性,设计了紧急消息打断普通总线消息传输的抢占式调度策略,避免了非重要数据较长时间占用总线通信信道,使得紧急消息能够快速响应。试验结果表明,该调度方法实现了总线消息尽最大能力传输,不仅能够较大幅度地提高1553B总线传输效率和带宽利用率,而且紧急消息的响应时间稳定在2ms以内,为紧急消息的实时响应提供了保证。     

基于ASIC技术的1553B IP核的设计

针对卫星轻小型化的应用需求和现有1553B总线接口设计存在缺陷的问题,提出一种面向航天器综合电子的1553B总线协议ASIC芯片设计方案,并介绍了自主研发的1553B协议IP核设计. 1553B IP核采用自顶向下的设计方法,使用Verilog硬件设计语言进行编程,实现了1553B总线中的总线控制器BC和远程终端RT功能. 分别从1553B IP核总体框架、BC/RT共享模块、BC功能模块和RT功能模块详细介绍了IP核的设计.1553B IP核设计完成模块仿真验证、ASIC芯片系统仿真验证和FPGA验证,通过DDC的1553B板卡对设计进行验证,误码率小于10-9. 实验结果表明,本IP核设计具有可靠性高、可移植性强、资源占用少、实时性好的特点.      

计算机生成兵力模型的实时调度技术

针对计算机生成兵力系统在采用步长法推进逻辑时间时其实时性易受影响的问题,提出了将时间同步和模型调度进行解耦的实时推进方法,其中同步过程使用独立的线程读取本地时钟并通过运行支撑环境(RTI)驱动逻辑时间推进.同时提出了一种适合兵力模型的新的静态调度算法.该算法根据模型运行周期和系统步长划分调度表,并基于负载均衡的原则为模型分配仿真步长,具体包括3个处理过程:为仿真实体分配节点、产生初始调度表、运行时调整调度表.实验结果表明所提出的方法在保证良好的实时性基础上具有较小的开销和较高的处理器利用率.      

基于强化学习的时间触发通信调度方法

未来航空电子系统中将会更广泛地选择基于时间触发的通信机制进行信息传输,以保证信息交互的确定性。如何合理地进行时间触发通信调度设计是时间触发应用于航空电子互连系统的关键。针对时间触发调度的周期性任务,提出了一种基于强化学习的周期调度时刻表生成方法。首先,将流量调度任务转换为树搜索问题,使之具有强化学习所需要的马尔可夫特性;随后,利用基于神经网络的强化学习算法对调度表进行探索,不断缩短延迟时间以优化调度表,且在训练完成后,可以直接使用到消息分布相近的任务中。与使用Yices等可满足模理论（SMT）形式化求解时间触发调度表方法相比,所提方法不会出现无法判定的问题,能够保证时间触发调度设计结果的正确性和优化性。对于包含1 000条消息的大型网络,所提方法的计算速度为SMT方法的数十倍以上,并且调度生成消息的端到端延迟在SMT方法的1%以下,大大提高了消息传输的及时性。      

基于ECSS标准的航天器姿轨控系统内1553B总线数据协议设计

摘要： 国内外航天器姿轨控系统广泛应用基于1553B内总线的体系结构.针对国内航天器姿轨控系统内部1553B总线数据协议不统一带来的可集成性、可扩展性和通用性差的问题，本文设计了基于ECSS标准的姿轨控系统内1553B数据总线协议，从姿轨控系统内部总线数据业务需求分析出发，提出了四层结构的数据协议体系结构，重点介绍了在应用支持层和链路服务层应用ECSS标准的总线协议设计，并说明了协议的应用情况.应用该国际通用的标准协议，有助于实现国内航天器姿轨控系统内1553B总线数据协议的标准化，进而提升姿轨控系统体系结构的可集成性、可扩展性、以及星载设备(含软件)的通用化.     

遗传算法在对数周期振子天线设计中的应用

首先简要介绍了对数周期振子天线(LPDA)理论的发展历史和本文采用的基本设计方法,其次在较详细地论述了遗传算法(基因算法)优化的步骤基础上,讨论了它在计算机优化设计LPDA中的应用.该算法的应用大大地简化了LPDA的设计过程,也显示了遗传算法在解决类似问题中的独到之处.最后给出了频率在0.1~1GHz的设计实例,获得了很好的结果.同时,本文就该算法在实际应用中优化变量和目标函数的选取方法进行了讨论;另外,还通过对该设计实例计算结果的分析,说明了在实际应用中,LPDA集总线终端接匹配负载和短路线时的天线性能差异,并给出了该现象的物理解释.      

无人直升机系统CAN总线应用层协议设计

为了将CAN(Controller Area Network)总线应用于无人直升机系统,设计一种具有通用性的CAN应用层协议.针对CANaerospace V1.7版协议在无人直升机系统应用的数据定义、测控带宽等问题进行改进.重新设计定义了基本帧格式和数据标识号,提出一种适用无人直升机系统应用的CANauh协议.为了对CANauh协议进行验证,以一种基于CAN总线的无人直升机航空电子系统为对象进行CAN总线数据内容、调度表、总线负载的设计和CANoe数字仿真.CANauh协议在10 ms基本周期的总线负载为40.83%,数据可扩展定义空间为67.4%,测控系统带宽具有66.7%的占空比,满足无人直升机系统的指标要求.CANauh协议可以促进CAN总线在无人直升机系统中的应用,避免重复性设计,增加各个系统间的互操作性,降低开发维护成本.      

1553B总线控制器编解码设计

1553B总线以其可靠性高、实时性好的优点被广泛应用于航天领域.针对目前中国采用进口芯片实现1553B通信存在的弊端，这里采用FPGA来实现1553B通信.当前1553B解码器只支持正负信号同时输入.本文对解码器进行改进，实现支持只正端信号输入、只负端信号输入和正负端信号同时输入三种模式.根据1553B编码器和解码器的设计过程和工作原理对所提方案进行测试.结果表明，本文设计方案与采用进口芯片的方案相比，测试结果一致性良好.经过大量测试，这里设计的具有自主知识产权的1553B IP核运行稳定，能够满足航天工程化的要求.      

基于TTE的改进加权轮询调度算法

在时间触发以太网(TTE)中,TT消息优先级最高,RC消息只能在TT消息调度的离散时间片内传输,因此,TT消息离线调度表的设计会对RC消息调度产生一定影响。针对这一问题,提出了基于最优时间片的改进加权轮询(MWRR)调度算法。首先,通过TT消息约束条件限制获得TT消息离线调度表,进而得到保证RC消息较大资源利用率的时间片信息;其次,在离散时间片对不同类型RC消息进行调度,并运用网络演算方法对其最坏端到端延迟进行分析;最后,通过实验仿真证实了本文算法不仅具有较低的复杂度和较好的公平性,保证了实际应用中算法的可行性,而且在时延性方面均优于先到先得(FIFO)、优先级(PQ)和加权轮询(WRR)调度算法。     

1553B总线接口单元构成的研究

分析了超大规模集成电路(VLSI)专用芯片COM1553 B的功能和接口信号,并论述用COM1553 B设计总线接口单元(BIU)的方法。给出结构框图和直接存储器存取(DMA)方式交换信息的设计思想。按此方法设计的BIU,具有通用性好、可靠性高和良好的软件接口的特点。     

时间触发CAN总线实时性分析及评估方法

针对目前时间触发控制器局域网(CAN,Controller Area Network)总线缺乏统一评估方法的现状,提出了一套系统建立与评估方案.采用均匀装载算法建立系统调度矩阵,实现了周期信息的实时传输.结合CAN总线的传输机制与时间触发的特点,改进了时间触发系统中非周期信息最坏延迟的计算方法.在此基础上针对不满足系统实时性要求的信息提出了计算其失效概率的方法,建立了时间触发CAN总线系统的设计与评估流程,提出了系统参数调整方案.评估方案能够提高设计效率,利用信息失效概率以及最坏延迟对系统实时性进行分析,使分析结果更加精确、实用.     

半自动驾驶公交车辆编组与调度优化

半自动驾驶公交车辆编组是指半自动驾驶公交单元通过车联网技术连接在一起，实现车辆协同驾驶和车辆容量动态设计的车辆组织技术。以半自动驾驶公交车辆编组为出发点，建立编组车辆动态运行模型，分析编组车辆到离站时间、乘客上下车过程、车辆容量限制和车载乘客数量变化等。在此基础上，以车辆运营成本和乘客候车时间成本之和为目标函数，以车辆编组大小和发车时刻为决策变量，建立半自动驾驶公交车辆调度优化模型。提出改进的遗传算法高效求解模型。以杭州55路公交线路为实证案例，仿真结果表明:相比于传统人工驾驶公交的车辆调度，基于半自动驾驶公交的车辆调度能降低29.2%的车辆运营成本和18.2%的乘客候车时间成本，所得结果证实了所建模型优化半自动驾驶公交车辆调度的有效性。      

TT-RMS:时间触发网络通信表生成算法

针对时间触发网络依据全局时间进行触发数据通信的特点,提出了一种基于单调速率调度(RMS)调度机制的通信表生成算法时间触发单调速率调度(TT-RMS),来生成时间触发网络的通信表.TT-RMS算法在安排消息时间槽过程中,首先根据消息周期,计算出各个链路的总负载,再根据链路的消息周期和总负载,通过RMS机制进行消息排序,确定出消息调度的先后顺序,最后根据时间槽的分配状态进行消息调度,优化了消息的调度过程.所提算法的计算时间复杂度为O(n2),空间复杂度为O(n).目前广泛研究和应用的可满足性理论(SMT)通信表生成方法,其计算时间复杂度通常是多项式级,有时计算时间不收敛.实验结果显示,TT-RMS调度的网络单个链路负载最大可接近100%,计算时间在1 ms左右,平均可调度网络负载是SMT方法可调度网络负载的两倍.TT-RMS通信表生成算法具有计算时间短,可调度消息负载多等优点,可以更好地满足航空航天复杂系统中上千条实时消息流的调度需要.      

求解概率优化问题的微种群免疫优化算法

针对未知随机变量分布环境下的非线性概率优化模型,探讨微种群免疫优化算法。算法设计中,基于危险理论的应答模式,设计隐并行优化结构;经由自适应采样方法辨析优质和劣质个体;通过动态调整个体的危险半径确定危险区域和不同类型子群;利用多种变异策略指导个体展开多方位局部和全局搜索。该算法的计算复杂度依赖于迭代数、变量维数和群体规模,其具有进化种群规模小、可调参数少和结构简单等优点。借助理论测试例子和公交车调度问题,比较性的数值实验显示,此算法在寻优效率、搜索效果等方面均有一定的优势,对复杂概率优化模型有较好潜力。      

软件定义时间触发网络的调度算法优化

软件定义时间触发以太网（TTE）作为优化航空电子系统中消息调度的一种新模式，其动态在线调度算法必须尽力保证任何情况下所有消息的传输确定性。针对时间触发（TT）消息调度间隔小于消息帧长（小时隙）时，速率约束RC消息延迟增大、传输确定性降低的问题，对TT消息调度算法进行改进。首先，构建了TTE的系统模型，阐明了最小延迟（MID）调度算法和背靠背（B2B）调度算法的机制；然后在其基础上提出了大孔隙（MAV）调度算法，以减少（RC）消息的等待延迟；最后，利用OMNeT++实验分析这3种调度算法的性能。实验结果表明:当无小时隙TT消息时，B2B算法的消息延迟最大、MAV调度算法和MID调度算法的消息延迟接近。当有小时隙TT消息时，MAV调度算法的消息传输确定性更好，相比于MID调度算法，MAV调度算法下RC消息的传输确定性提高了87.3%。      

令牌传递网络消息优先级的控制

对令牌传递网络按优先级传输消息的机制进行了分析,提出了一种新的令牌旋转定时器初值的计算方法,该方法使网络消息依最大允许的延迟时间从小到大排序,并在一定网络负载下保证所有消息传输的实时性.本算法得出的结果与国外较成熟的工程实例相比有相当的精度,证明本文的分析和算法是合理有效的.      

面向多星区域观测调度的改进型自适应遗传算法

针对传统优化算法在解决多星区域观测调度问题中收敛速度缓慢和易于陷入局部最优解的不足，提出了一种改进型自适应遗传算法。该算法通过蒙特卡洛方法结合Hamming距离，给出较优的初始种群；根据种群的平均Hamming距离确定交叉和变异操作的执行顺序，并结合sigmoid函数和高斯函数基于种群的个体适应度设计了自适应非线性的交叉率和变异率；结合双精英保留策略和锦标赛策略，保证最优个体的遗传；使用双重停机条件，提高算法的搜索效率。最后，通过实验表明，该方法可以显著提高全局搜索能力，加快算法的收敛速度，有效提高卫星的观测效率。