航天器控制软件可靠性工程方法研究

当前航天器控制软件的复杂度越来越高,软件的规模十分庞大,对软件可靠性安全性要求极高,因此对航天器控制软件的可靠性设计和度量具有重要意义.介绍和分析适用于航天器控制软件的可靠性设计方法,并结合某型号给出实际的软件设计以及可靠性度量的具体实例.     

基于Eclipse的航天嵌入式软件集成 开发环境设计与实现

针对当前航天器软件研制过程中需要使用多种开发工具的问题,设计实现了集工程管理、代码编辑、语法检查、编译链接和调试测试于一体的航天嵌入式软件集成开发环境.研究成果已应用于航天器嵌入式软件的研发,缩短了软件研发周期并提高了软件质量,同时也为软件集成开发环境的研发提供借鉴.     

高速缓存影响的航天器控制软件调度设计方法

针对高速缓存引起的程序执行时间抖动对航天器控制软件任务调度造成的困难,提出一种基于循环调度的调度设计方法,该方法利用任务程序执行时间的概率分布设计具有不同可靠性的系统模式,通过模式切换,使处理器得到充分利用,同时能够提供一定的可靠性保障,为航天器控制软件的任务调度提供参考.     

基于内部1553B总线的航天器控制系统可测试性框架设计与验证

可测试性设计是提升系统研制效率和测试品质的重要方法.给出基于内部1553B总线的航天器控制系统可测试性设计的分层递阶结构,建立可测试性设计的模型框架,并对基于1553B总线的航天器控制系统可测试性设计的技术实现进行了分析.最后利用TEAMS软件结合实例进行可测试性设计仿真评估,评估结果证明了这种可测试性设计方法的有效性.     

基于黑盒测试环境的交会对接软件时序分析技术及应用

航天器空间交会对接难度大,GNC软件对任务的完成起到重要作用.由于交会对接控制软件功能复杂,时序要求严格,这对软件测试提出了很高的要求.基于黑盒测试环境,利用FPGA设计方法和时序分析技术,实现了对交会对接软件重要数据运行时序的捕获和对上下行信号相位关系的跟踪,完善了故障触发和上行注入手段.该测试环境在交会对接软件研制过程中起到重要作用.     

航天器软件典型缺陷模式的自动检测技术

通过系统分析和总结航天器软件在轨、在研质量问题，开展软件缺陷模式研究，建立航天器软件缺陷模式集；研究缺陷模式的形式化规约和自动检测技术，开发缺陷模式自动检测工具，提高缺陷自动检出率，从而有效规避航天器软件中的典型多发问题，提高航天器软件研制质量、缩短研制周期.     

航天器太阳翼展开可靠性的评估方法

作为航天器的电能供给装置,太阳翼对于航天器飞行的成功起着重要作用.文章基于航天器太阳翼展开过程的分析,确定了以太阳翼铰链的总驱动力矩作为展开可靠性的特征量.基于“应力—强度”干涉理论,提出了利用太阳翼铰链线驱动力矩和阻力矩等测试数据进行太阳翼展开可靠性定量评估的方法,并给出了某卫星星座用太阳翼展开可靠性评估的应用示例,为航天器太阳翼的可靠性验证提供了技术途径.     

面向可信的航空嵌入式软件开发方法框架

针对航空综合化软件的可信内涵,即可靠性、安全性和实时性,开展了开发方法的研究,提出了针对性的可信内涵模型和相应的开发过程模型,并设计了基于模型的需求分析、组件化设计以及系统配置综合的开发方法框架.在开发方法框架研究过程中,重点分析了航空综合化软件平台的特征,即因为物理资源的限制,软件任务之间存在复杂的交互、资源竞争和共享关系,并分析了这些特征对其可靠性、安全性和实时性的影响.     

基于Event B的中断管理需求和设计形式化建模与验证方法

随着软件复杂度的迅速增长,传统的基于测试的方法逐渐难以满足航天器操作系统的可靠性和安全性需求,形式化方法逐渐成为航天器操作系统安全可靠性的有效保障.基于Rodin平台,采用Event B形式化语言,通过需求和设计重写、制定精化策略并逐步精化的方法,对航天嵌入式操作系统SpaceOS2的中断管理模块建立了需求层和设计层形式化模型,将模型检验和定理证明相结合,验证模型的正确性并且满足安全性质.     

一种“白黑白”盒混合型航天器软件单元测试技术

软件测试是软件质量保障的基础,而单元测试是软件测试中不可或缺的重要环节.充分的单元测试对发现和排除软件中的缺陷非常有效,并且花费成本较小.基于航天器软件其较高的软件可靠性、健壮度等设计要求特点,归纳总结航天器软件单元测试的常见典型问题.结合航天器软件单元测试的具体实践,提出了"白-黑-白"盒混合的单元测试方法,旨在提高单元测试的质量与效率,从而保证航天器软件可靠性.     

面向航天型号软件的混成建模语言研究

随着我国航天事业的快速发展，软件在航天器中的作用和地位越来越突出，航天软件逐渐成为航天型号任务成败的关键之一.航天型号软件普遍具有实时性高、可靠性要求高、运行环境复杂以及航天器结构复杂、资源受限等特点，这给航天型号软件的描述、设计、分析和实现带来了巨大的挑战.嵌入式周期控制系统语言(SPARDL)仅关注了离散时间的动力系统，为了描述物理世界的连续行为，希望发展一种面向航天型号软件建模特征的混成描述语言(HSPARDL)，使其能够统一地描述其运行的物理过程与软件的控制行为，以及它们之间的协同交互机制，同时，为其提供严格的形式语义模型确保嵌入式软件设计的正确性和可靠性，最终为航天型号软件的设计和实现提供坚实的理论基础和方法支撑.     

一种空间飞行器控制系统软件协同演化方法

针对空间飞行器控制系统软件在开发演化时存在管理复杂、开发过程无序、协同度低的问题，提出一种空间飞行器控制系统软件协同演化的方法。首先对软件演化过程中的演化活动、演化策略进行了分析，之后基于对软件演化活动所得到的演化路径利用有向图进行了建模并给出了其演化活动的排序，最后，对演化路径有向图中出现的并行活动和环的情况进行分析，同时给出了相适应的排序算法。基于该方法，软件演化过程得到规范，较好的解决了复杂情况下演化路径求取困难的问题。     

航天器电线电缆寿命预测模型研究

随着航天器复杂大系统的高速发展，以及器上电子产品的广泛应用，使得电线电缆大量应用于复杂系统之间的功率输送和信号控制。在航天器运行过程中，电线电缆由于受到空间布局限制，交叉重叠；同时受振动、温度、空间辐射等外部环境影响，致使电缆老化进而引发其他电气故障。介绍了基于可测特征参数的寿命模型建立方法，得出电缆剩余寿命的预计模型，开展航天器电线电缆老化机制以及寿命预测模型研究，最终实现航天装备电缆寿命预测的能力。     

基于Event-B的SpaceOS2操作系统任务管理需求形式化建模与验证

随着中国航天技术的发展,航天器系统的软件规模越来越大、复杂度越来越高,对航天软件的正确性、可靠性、安全性等提出了更为严格的要求.形式化方法是提高软件可信性的一个重要途径.利用形式化方法 Event-B对嵌入式操作系统SpaceOS2的任务管理模块的进行需求建模,依靠不变式来保证模型的正确性,并且在Rodin平台上对模型进行了形式化验证,结果表明模型是正确的.     

航天器C语言软件常见编程错误分析及检测方法研究

基于软件第三方评测发现的问题,梳理并详细分析了在航天器C语言软件中6种常见编程错误.针对其中的软件安全漏洞提出了使用代码分析技术的检测方法,针对编程语言使用错误提出了通过制定编程规则并使用代码分析方法进行检测的解决方法.采用上述方法可以有效检测出上述6种常见编程错误,并可以用于检测软件的其他严重错误.     

企业信息系统领域的软件建筑模型

将软件建筑的基本概念以及研究成果引入到企业信息系统建设中,提出了企业信息系统领域的软件建筑模型.首先对软件工程方法学的发展做了简要评述,指出了软件建筑在软件过程中的重要性.随后提出了企业信息系统领域的基于软件建筑模型,包括软件建筑模型、参考需求、参考建筑等.描述了基于该模型的软件开发过程,讨论了若干相关研究工作.     

空间飞行器控制软件的动态自适应演化方法

空间飞行器在太空飞行过程中需要满足多任务、多工作模式以及大范围机动的需求, 其控制系统在大范围机动飞行条件下存在大量的外界干扰和内部参数不确定，同时飞行器的自适应过程受限于资源，人工干预难度大，并且现有的成熟的动态自适应方法并不一定适合空间飞行器控制软件进行自主控制，所以目前对自主控制系统软件的动态自适应调整方法提出了更高的要求.由此提出一种在双层感知—分析—决策—执行(MAPE)控制循环基础上的自适应框架，使用基于规则/策略的决策方法和基于强化学习的决策方法对系统感知到的局部和全局变化进行决策，并且采用基于数据驱动的反馈方法对规则库中的策略信息进行周期性的调整和优化，保证飞行器在太空执行任务面对复杂的环境时可以动态的完成自适应调整，保障任务的可靠执行.     

HW/SW Co-design of the Instrument Control Unit for the Energetic Particle Detector on-board Solar Orbiter

ESA’s medium-class Solar Orbiter mission is conceived to perform a close-up study of our Sun and its inner heliosphere to better understand the behaviour of our star. The mission will provide the clues to discover how the Sun creates and controls the solar wind and thereby affects the environments of all the planets. The spacecraft is equipped with a comprehensive suite of instruments. The Energetic Particle Detector (EPD) is one of the in-situ instruments on-board Solar Orbiter. EPD is composed of five different sensors, all of them sharing the Instrument Control Unit or ICU that is the sole interface with the spacecraft. This paper emphasises on how the hardware/software co-design approach can lead to a decrease in software complexity and highlights the versatility of the toolset that supports the development process. Following a model-driven engineering approach, these tools are capable of generating the high-level code of the software application, as well as of facilitating its configuration control and its deployment on the hardware platforms used in the different stages of the development process. Moreover, the use of the Leon2ViP virtual platform, with fault injection capabilities, allows an early software-before-hardware verification and validation and also a hardware–software co-simulation. The adopted solutions reduce development time without compromising the whole process reliability that is essential to the EPD success.