一种航天器软件进程堆栈使用深度的动态检测方法

航天器软件进程堆栈溢出往往会导致软件"跑飞"的后果。文章分析了现有堆栈使用深度检测的静态测试方法和动态测试方法的优点和不足,针对航天器数管软件的特点,提出了一种适用于航天器数管软件进程堆栈使用深度的动态检测方法。通过访问应用软件与系统软件的接口,获得进程堆栈的起始地址和大小等信息,将堆栈区初始化为特定标识,对软件执行最大路径测试后,扫描堆栈区特定标识被覆盖情况,获得进程堆栈的使用深度。在嫦娥五号上升器数管软件中,实现了此方法,并通过上注在轨维护指令进行了测试。结果表明:在不借助任何专业检测软件的情况下,该方法能够实时检测出软件进程堆栈的最大使用深度,以利于避免进程堆栈溢出的风险,提高软件的可靠性。     

支持多核处理器的星载分区操作系统设计

针对星载处理器由单核向多核发展的趋势和当前没有针对航天应用的星载多核操作系统、卫星无法发挥多核处理器性能优势的问题,文章研究了适用于航天任务的星载多核分区操作系统。设计了一种支持多核处理器的星载操作系统结构,采用多核处理器动态调度和静态调度相结合的方法,实现了星载多核处理器高效实时调度与确定性调度。通过分区管理设计,实现分区间隔离与保护,避免软件问题扩散影响其他功能。该系统还具有支持星载应用(APP)动态加载、通过软件构件技术实现星载应用快速组装与集成的特点,可为航天任务应用多核处理器提供安全可靠的软件运行平台,满足未来航天新型任务和多核处理器的需求。     

一种低成本纳卫星星载计算机容错方法

为了提高纳卫星星载计算机系统的可靠性,减少体积、质量及功耗等多方面因素的影响,文章提出了一种软硬件结合的低成本容错设计方法。将星载计算机硬件采用双机冗余冷备份方案,通过现场可编程门阵列(FPGA)对故障处理器进行仲裁切换;软件容错通过错误检测与纠正(EDAC)信息容错技术的实现,对星载计算机整体程序进行纠错检错,以对抗单粒子翻转事件。结果表明:该方法能够对星载计算机系统进行有效的故障切换处理,并降低单粒子事件的不良影响,可以在纳卫星系统中推广应用。     

基于BM3803处理器的即插即用星载计算机系统设计

针对我国星载计算机不能通用和"即插即用"的特点,文章提出一种模块化的星载计算机硬件设计方法,以某卫星原理样机为例,设计了一种基于BM3803处理器的即插即用星载计算机系统,重点研究了通用驱动软件的实现,通过软硬件结合,实现了设备模块的功能自动识别和"即插即用"功能。文章将该方案与现有星载计算机系统进行了对比分析,结果表明:该系统的处理性能更高,具有较好的通用性和扩展性,能够进行模块级替换和产品化生产,并满足新一代星载计算机系统快速组装的需求。     

一种面向节能的星载实时任务动态调度算法研究

星载嵌入式操作系统性能和任务能耗之间的平衡非常重要,采用合理的处理器和电压分配策略是一个重要手段。提出一系列基于计算概率的建模方法,用来解决星载实时嵌入式系统中对于具有数据依赖的非周期性任务的处理器和电压分配相关问题,并且能够确保所有的任务都能在时间约束下执行。首先设计一个处理器调度算法,将任务的有向无环图(DAG)映射到一组可变电压处理器上,然后使用动态编程算法为每个任务分配合适的电压。通过带有重启的局部搜索策略从候选解集中获取最优解,以解决局部最优陷阱问题。通过实验说明,所提出的算法与其他算法相比,在所有时间约束下具有更好的能效。     

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。     

基于通道剪枝的SAR图像舰船检测优化算法

近几年,随着深度学习的发展,基于深度学习的目标检测算法开始应用于合成孔径雷达(SAR)图像中的舰船检测。但深度学习模型结构复杂,参数量与计算量巨大,无法应用到星载处理器的实时处理中。本文提出一种结合了Faster-RCNN和卷积通道剪枝的舰船检测方法,在保证检测精度不受较大影响的情况下,剪除卷积层中的部分参数,提高检测效率。实验表明:经过剪枝优化的Faster-RCNN舰船检测模型中的参数量降低了约56%,而推理时间减少了约51%,同时精度下降仅有1.9%。这给未来在星载处理器上部署舰船检测算法提供了新的思路。     

星载SAR在轨成像及舰船目标检测方法

针对现有星上在轨SAR成像和目标检测处理的实时性、有效性及能效比等性能指标较低,文章提出了一种高能效比星载SAR成像及舰船目标检测方法,该方法是基于高速并行化混合快速傅立叶变换(FFT)阵列加速的星载SAR成像实时实现方法和以局部降维统计分类为基础的舰船目标检测方法,并建立计算精度误差模型,自主调度定/浮点计算,在有效降低硬件资源占用的同时,保障了星载SAR成像和舰船目标检测计算的实时性。在Xilinx公司现场可编程门阵列(FPGA)开发板上,经合成孔径雷达卫星-1(RadarSat-1)遥感卫星数据,验证了方法的可行性和有效性。该方法的能效比为传统FPGA+数字信号处理器(DSP)经典处理架构的4倍以上,可为星上在轨实时处理设计提供参考。     

DORIS星载实时定轨算法仿真及DSP实现

针对我国高分辨率空间对地观测专项的发展需求,文章在星载多普勒无线电定轨定位（Doppler Orbitography and Radio-positioning Intergrated by Satellite,DORIS）系统的实时定轨算法和流程验证基础上,进行了应用背景限制下的模型简化研究,用数字信号处理器（DSP）实现并验证了其星载实现的可行性和有效性。首先介绍法国星载实时定轨软件（DORIS Immediate Orbit Determination by Embarked,DIODE）及定轨原理,给出星载实时定轨算法的流程。通过网站下载的DORIS接收机搭载星数据,对星载多普勒实时定轨算法的观测量修正部分和卡尔曼滤波定轨算法进行验证。针对星载实现的计算简化要求,对算法中计算量较大的地球非球形引力摄动和章动模型进行研究,对比不同模型复杂度对定轨结果的影响,为定轨算法模型的选取提供依据。最后将移植到DSP的程序运行结果与个人计算机下的仿真结果进行了对比,验证其星载实现满足精度要求,同时运行时间满足实时性要求。对如何提高实时定轨算法的性能,文章给出了后续应用的改进方向。     

星载软件重用技术研究

介绍了软件重用技术、意义和实现途径,讨论了星载软件重用技术的形式,分析了影响星载软件可重用性的主要因素,并根据星载实时嵌入式系统特点,提出了基于标准化硬件和通信协议的层次框架软件重用方法。研究认为基于层次框架的星载软件可重用技术能提高效率、降低成本,同时也提高星载软件可靠性和安全性。     

AOS数据模拟器及处理器的设计与实现

随着高级在轨系统 ( AOS)业务的开展 ,使用 AOS业务的空间和地面设备越来越多。为了对这些设备适应AOS规约的性能进行检测、调试和验证 ,迫切需要一种 AOS规约业务数据产生的模拟器及处理器。文中介绍一种国产AOS数据模拟器及处理器的设计与实现。该系统的设计概念和思路 ,对采用 CCSDSAOS数据结构的星载和地面系统也具有启迪和参考价值     

星载嵌入式处理器软件在轨重配置技术研究

文章主要介绍了星载嵌入式处理器软件在轨重配置技术,给出了在轨重配置的基本原理、方法及处理流程。     

星载光纤陀螺的最优调制深度

为了选取合适的调制深度以提高星载光纤陀螺在空间辐射环境下的工作性能,通过对闭环光纤陀螺输出信号的信噪比分析建立了光纤陀螺随机游走系数与调制深度的关系的模型。根据该模型对光纤辐射致衰减、光纤长度、光源光功率对最优调制深度的影响进行了仿真研究。结果表明：光纤辐射致衰减越小、光源光功率越大,则光纤陀螺的最优调制深度越大,且相应的随机游走系数越小。增加光纤长度将降低光纤陀螺的最优调制深度,当光纤衰减较大且光纤较长时,过调制技术可能会使光纤陀螺性能恶化。因此,在星载光纤陀螺的设计过程中应根据实际情况对调制深度进行优化,以保证陀螺获得最优的工作性能。理论分析和仿真结果为星载光纤陀螺最优调制深度的选取提供了依据。     

基于动态库的星载软件可重构设计与实现

针对卫星在轨运行、长期处于无人值守状态,主要依靠星载软件的安全性和可靠性来保证整星任务的稳定工作。复杂多变的空间环境可能会引起星载器件的异常变化,从而导致星载软件异常,甚至发生软件"衰老"。本文在分析现有可重构方案基础上,提出了一种利用动态库的静态链接方式实现在轨可重构的方案,针对存在软件缺陷,或者需要功能升级和拓展的模块,利用遥控上注手段,采用MD5算法对数据文件完整性校验通过后,写入文件系统,并对原动态库文件作备份处理,以便版本回退。以具体实例对本文所述方案的可行性和有效性进行验证,结果表明:在嵌入式操作系统架构下,利用本方案实现星载软件可重构,能够有效提升星载软件在轨实施可重构的可靠性和安全性,进一步为星载软件的扩展和灵活应用提供支撑。     

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。     

星载软件在轨重配置中断处理机制研究

文章主要介绍星载处理器软件在轨重配置中断处理机制。首先说明软件在轨重配置功能的基本处理流程，接着重点分析了在轨重配置过程中两类中断处理机制，并给出了中断处理在轨重配置的实现方法。     

Ada语言在星载软件上的应用

介绍了星载软件的特点和构成，从提高星载软件可靠性的角度引入了高级程序设计语言－Ada语言与汇编语言的接口调用技术，以及使用Ada 语言开发星载软件和应用技术。     

一种新的亚米级星载GPS伪距实时定轨方法

提出了一种新的星载GPS实时定轨方法,该方法以伪距作为主要观测值,通过在卡尔曼滤波模型中设置参数来吸收广播星历中的轨道误差与钟误差,从而实现亚米级精度的实时定轨。采用自主研制的实时定轨软件SATODS对GRACE-A卫星的实测数据模拟实时处理,结果表明:采用本文方法后,实时定轨的位置精度和速度精度(3DRMS)分别可达0.4~0.6 m与0.4~0.6 mm/s;相比于传统的伪距实时定轨精度可提高40%。     

基于动力学轨道外推的星载辅助GPS快速搜索方法

星载GPS接收机广泛应用于卫星实时导航定位、定时。只要捕获到至少4颗可见GPS卫星,GPS接收机就能完成一次定位。但由于星载GPS接收机处于高动态运动状态,无法接收外界辅助信息,因此大部分星载GPS接收机仍然采用轮询搜索方法对所有GPS卫星进行捕获,导致定位时间长。在此背景下,提出一种星载辅助GPS(AGPS)快速搜索方法,通过减少捕获次数来缩短定位时间。方法以卫星轨道运动规律为辅助信息,基于动力学轨道外推预测星载GPS接收机的概略位置,然后通过计算俯仰角实时判断GPS卫星对星载GPS接收机是否可见。星载GPS接收机可以优先捕获可见的GPS卫星,从而减少捕获次数,缩短定位时间。仿真结果表明,相比于轮询搜索、决策树搜索方法,为搜索到相同颗可见GPS卫星,星载辅助GPS快速搜索方法需要的捕获次数最少;并且,随着轨道高度增加,星载辅助GPS方法需要的捕获次数增加得最慢。     

X射线实时成像系统在无损检测中的应用

叙述X射线实时成像系统的基本构成和检测原理,详细介绍了计算机数字图像处理的一些常用方法,同时对我厂使用的X射线实时成像检测软件进行了介绍,并总结了X射线实时成像系统的检测特点。