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.     

基于云计算的航天操作系统中的任务分区#br# 与迁移关键技术研究#br#

云计算是一种按需提供资源的模式，虚拟化是云计算实现按需服务的基础.基于云计算的航天操作系统使得任务可以根据任务需求分配不同的物理资源，解决了航天器小型化趋势下如何充分利用物理资源的问题.本文通过虚拟化容器实现航天操作系统对分区的要求，设计了合理的任务调度和容器调度方案.通过仿真实验，验证了调度方案在满足航天操作系统对容错要求的同时,提高了航天器物理资源的利用率和负载均衡.     

基于云计算的航天操作系统中的任务分区与迁移关键技术研究

云计算是一种按需提供资源的模式,虚拟化是云计算实现按需服务的基础.基于云计算的航天操作系统使得任务可以根据任务需求分配不同的物理资源,解决了航天器小型化趋势下如何充分利用物理资源的问题.本文通过虚拟化容器实现航天操作系统对分区的要求,设计了合理的任务调度和容器调度方案.通过仿真实验,验证了调度方案在满足航天操作系统对容错要求的同时,提高了航天器物理资源的利用率和负载均衡.     

基于有限状态机的操作系统需求层形式化验证

操作系统是航天器必备的基本软件，操作系统的可靠性和安全性直接关系航天型号任务的成败.虽然目前已采用多种手段对操作系统进行可靠性和安全性保障，但仍存在不能完全排除缺陷的情况，因此对空间操作系统开展形式化验证研究势在必行.需求层验证是操作系统形式化验证的一部分，本文在分析操作系统需求的基础上，采用有限状态机在操作系统需求层进行形式化描述，并针对应用在某航天器上的SpaceOS2在需求层进行了建模，相应地在定理证明工具Coq中进行了描述建模；然后定义了六条操作系统应满足的全局性质并进行了形式化描述，给出了系统模型满足这些性质的机器可检查的证明.证明结果表明采用有限状态机方法对操作系统需求层进行形式化验证是可行的，为进一步全面形式化验证奠定了基础.     

AADL在航天器控制系统设计中的应用研究

以某型号航天器为例提出了一种使用体系结构分析和设计语言(AADL,architecture analysis & design language)分层次建模的方法,建立控制系统软件及软件与硬件之间的交互模型.采用状态自动机方式描述串口通信协议,以便分析模型.     

基于深度迁移学习的航天器故障诊断

随着航天科技的发展，智能故障诊断技术是确保航天器控制系统安全、自主运行的关键技术之一.由于在轨航天器遥测数据样本少、噪声高、未标记，因此缺乏自适应能力、学习能力的传统故障诊断方法难以准确诊断在轨航天器故障.本文针对上述问题提出一种基于深度迁移学习的航天器故障诊断方法，为在轨航天器实时故障诊断提供了可行方法.首先，对航天器运行数据进行预处理，将多维时域信号转换为二维图像信号；其次，搭建基于残差网络的故障诊断深度学习框架，并利用地面测试数据与其他航天器在轨运行数据对网络进行预训练；进而，为了实现当前在轨航天器实时故障诊断，本文采用迁移学习自适应方法，设计网络联合分布自适应代价函数，对故障诊断模型进行参数重调，使模型适应当前在轨航天器故障诊断任务.仿真结果表明，所提出的基于深度迁移学习的故障诊断方法可以快速准确的诊断出航天器故障.     

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.     

基于模型架构的航天器控制软件研制方式研究

开展基于模型设计研究，旨在解决当前航天器控制软件研制所面临的需求描述准确性、设计验证充分性以及软件产品可靠性等问题.针对基于模型设计过程中的代码胶合接口复杂且操作繁琐问题，提出一种基于模型架构的航天器控制软件研制方式，搭建软件模型驱动框架，通过模型封装方式将既有代码资产或新编写代码嵌入到软件模型驱动框架，简化代码胶合过程.同时，建设航天器控制领域通用模型库来提高成熟算法模型的复用效率及自动生成代码可靠性.本方法研究为推进航天器控制软件向模型驱动开发方式转变夯实基础.     

航天器供配电测试系统通用化设计

供配电测试系统的主要用途是在航天器测试全过程中，为航天器提供电源、向航天器发送有线指令、接收和测量航天器下行有线遥测信号。以往主流的供配电测试系统均为定制型，其研发成本较高、研制周期较长、可靠性较低。以主机-总线-板卡形式的通用供配电测试系统，实现了设备的定型和批量化生产，解决了不同型号需求定义不统一的问题，同时降低了研发成本、缩短了研制周期、提高了产品的可靠性。目前，该系统已成功应用在多个航天器的测试工作中，随着型谱的不断丰富和航天器型号的深入应用，将有着更广阔的应用前景。     

COTS星载计算机容错设计及可靠性研究

为了实现微小卫星“好、快、省”的目标，商业货架产品(Commercial off the shelf, COTS)被大量采用，如何确保COTS产品的可靠性是必须要解决的问题.以基于工业器件的计算机产品为例，针对星载计算机产品存在的空间应用无可靠性预计指标、无抗单粒子设计等问题，开展了星载计算机容错设计及空间应用可靠性研究.为了保证星载计算机高可靠性航天应用，从产品的设计、分析、试验等方面提出了有效的保证措施.最后，利用星载计算机加速寿命试验数据和在轨实际运行表现证明了该方法的有效性；可靠性评估结果表明星载计算机三年内可靠度可以达到0.976以上(置信度取0.6)，能够实现高可靠航天应用.     

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.     

UML在软件可靠性测试数据自动生成中的运用

为了自动生成实时嵌入式软件的可靠性测试数据,利用UML(统一建模语言)提供的建模机 制,从软件可靠性测试的角度建立use-case剖面、接口模型和测试数据实现模型,然后根 据 这些模型的描述进行随机抽样,自动生成可靠性测试数据.利用该方法能够开发出相应的测 试数据自动生成工具,在软件可靠性测试领域有着较大的实用价值.     

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.     

航天嵌入式软件动力学仿真环境的通用软件架构

针对航天嵌入式软件测试环境通用化需求,提出动力学软件的通用化设计方法.基于航天动力学仿真的特点,设计灵活、通用和易于扩展的软件框架、接口数据结构和接口函数,适用于在研型号的所有接口处理方式.该方法在实际型号工作中完成应用,显著提高了动力学软件的研制速度,动力学软件运行稳定,精度满足测试要求.     

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.     

基于面向对象的空间飞行器仿真系统设计

采用基于面向对象的软件工程建模思想,设计了一套空间飞行器轨道、姿态及其空间环境的数学仿真系统,最终根据系统的功能需求,给出了描述系统结构的对象模型。采用该系统模型有利于提高仿真系统的可靠性、可维护性和稳定性。     

航天嵌入式软件静态分析技术

软件故障已成为航天系统失败的重要因素.源代码级程序错误仍是航天嵌入式软件中最突出的问题之一，数组越界、算术溢出、除以零、指针错误、数据竞争等问题仍经常发生.静态分析能够在编译时通过分析源代码来推断程序运行时性质，是提高航天嵌入式软件安全性与可靠性的一种重要技术.首先将分析航天嵌入式软件的代码特征及常见错误.在此基础上，介绍了适合于航天嵌入式软件错误检测的静态分析技术，包括抽象解释、符号执行、数据竞争检测等.然后，介绍了国内近年来在面向航天嵌入式软件的静态分析技术与工具方面的研究进展.最后，对未来发展方向做了简单展望.     

空天飞行器多源容错鲁棒组合导航系统设计

空天飞行器具有机动灵活、高速飞行和实时打击等特点,为保证空天飞行器在各种复杂飞行工况下导航系统的精度、可靠性与鲁棒性,构建了包含惯性导航、卫星导航与天文导航的多源容错鲁棒组合导航系统。针对空间复杂电磁环境造成的在非线性系统中量测噪声非高斯分布的问题,设计了一种基于Huber定则的鲁棒多传感器信息融合方法;针对高动态与GNSS信号受干扰与欺骗等情况下,卫导信号异常、失锁与星图拖尾等工况,设计了故障诊断与滤波器重构策略。仿真验证表明,所设计的多源容错鲁棒组合导航在复杂动态下能够有效提高导航系统的导航精度与容错能力,为空天飞行器导航系统设计提供了有效参考。