航电系统SCI互连的可靠性模型研究

研究未来航电系统关键协议——SCI(可扩展的一致性接口)的可靠性建模问题.从SCI互连的基本模型出发,提出了基于任务的系统可靠性分析方法,建立了系统的可靠性模型,并针对航电系统中SCI的蝶型互连进行了可靠性分析,指明该方法在航电系统设计阶段对于任务划分和拓扑选择都将起到指导作用.      

航空电子WDM光网络可靠性建模

为了构建先进综合化航空电子系统的统一网络,提出了基于WDM （Wave-length Division Multiplexing）光网络的航电骨干网与外接边缘网互连方式的航电统一网络,并采用多跳ShuffleNet网络作为航电光骨干网的模型.针对综合化航电网络的可靠性问题,建立了基于航电任务与任务路径的可靠性建模方法,给出了保证任务执行成功的可靠度计算公式.以ShuffleNet航电光骨干网作为建模实例,通过对航电任务可靠度的分析计算,得到了系统任务的执行时间、网络规模、任务路径的跳数对系统可靠度影响最大,而同等条件下光纤链路的复用波长数对任务可靠度影响不明显的结论.仿真结果显示,基于任务的可靠性建模与计算方法可以为航电系统的可靠性分析提供理论基础.     

IEEE-1394b互连网络的可靠性建模

对于IEEE-1394b互连的可靠性计算问题,从IEEE-1394b的拓扑结构出发,提出了基于任务的系统可靠性分析方法,建立了IEEE-1394b互连系统的可靠性模型,并给出了系统可靠度矩阵的定义.针对IEEE-1394b协议的特性,提出了IEEE-1394b互连系统的互连矩阵定义.对IEEE-1394b互连系统在航电系统的典型应用进行建模分析,给出其任务路径集和单一路径失效概率,得到了任务路径的可靠度.通过分析中继端口单元对任务路径的影响,得到了中继端口单元对于IEEE-1394b互连可靠性影响最大的结论.      

FC互连的可靠性建模

对于光纤通道 (FC)互连的可靠性计算问题,从FC的基本模型出发,提出了基于任务的系统可靠性分析方法,建立了FC互连系统的可靠性模型,并给出了系统可靠度矩阵的表达形式.针对FC互连3种基本拓扑结构:点到点、仲裁环和交换网络,根据可靠性模型直接给出了表达式;针对FC组合拓扑结构连通性的特点,在可靠性模型中引入桥端口的概念,给出了组合拓扑结构互连可靠性模型的表示方法;针对FC协议中的交换网络和仲裁环组合拓扑结构互连给出了建模实例,通过分析桥端口对任务路径的影响,得到了桥端口对于FC互连可靠性影响最大的结论.基于任务的可靠性建模和计算方法在航电系统设计阶段对于任务划分和拓扑选择都将起到指导作用.     

基于产品可靠性的工艺系统可靠性模型

以提高产品的可靠性为目的,分析了工艺系统﹑工艺过程产品输出参数﹑产品使用性能﹑产品可靠性四者的关系.在此基础上,提出了基于产品可靠性的工艺系统基本影响关系可靠性模型,介绍了其建模方法.模型考虑了各工序之间的影响,反映了工艺系统与产品可靠性的关系.最终研究了工艺系统可靠度和工序可靠度的定量计算方法,为找出工艺系统的薄弱环节,进行工艺优化进而提高产品的可靠性提供了理论依据.     

航空电子WDM网络多信道强实时调度设计

对航空电子强实时网络,提出了一种广播选择型和波长路由型混合波分复用体系结构和其调度结构模型.针对航电多信道强实时消息,提出了多信道负载比例轮转调度方法,以消息的负载比例在多信道上分配权值.分析了子系统内部消息和子系统外部消息在体系结构中调度模式的不同,推导了经过单次调度的子系统内部消息和经多次调度的子系统外部消息的多信道强实时调度约束条件,从而满足了航电系统所有消息的端对端的实时传输.针对航电实际系统,从系统资源和稳定性等角度提出了关键性参数的设计优化方法.最后用一个航电消息集实例进行具体说明.     

基于多值决策图的温储备系统可靠性建模方法

温储备系统是冷储备与热储备系统的推广,在实际中有广泛应用。针对不可修温储备系统的可靠性建模问题,已有基于多值决策图(MDD)的系统可靠性建模方法。该方法以系统中的单元故障为建模对象,分别构建故障级MDD与系统级MDD,进而获得系统可靠度的解析表达式。然而,该表达式中不同维度积分相互混杂,计算给定时刻的系统可靠度需要首先梳理系统可靠度的表达式,以利用数值方法求解其中的积分。为实现系统可靠度的程序化计算,在已有研究基础上提出将系统级MDD按故障数分解为一系列子决策图,通过对MDD中边的概率重新赋值获得每一子决策图的发生概率,得到系统可靠度的规范形式,形成一套完整的系统可靠度计算方法。      

虚拟化技术在综合化航电系统中的应用

将虚拟化技术应用于航空电子系统的设计,利用虚拟机系统来实现硬件资源的共享管理和软件子系统的划分,并符合ARINC 653规范的要求——模块化、可靠性、隔离性与开放性.构建由硬件平台、虚拟机监视器(VMM,Virtual Machine Monitor)和分区操作系统、航电应用软件所组成的3层软件架构,可以满足综合模块化航电系统(IMA,Integrated Modular Avionics)的功能要求与接口要求.其中,为实现符合ARINC 653要求的VMM,传统分区操作系统需要进行多项关键性调整,包括处理器特权级和特权指令、中断、内存地址空间分配、设备驱动等方面,从而可以构造基于VMM的综合化航空电子系统.     

飞控系统性能与可靠性一体化设计技术

通过分析性能与可靠性一体化设计国内外相关研究工作的研究成果与不足,提出了性能与可靠性一体化设计(IDPaR,Integrating Design for Performance and Reliability)的研究思路.从产品发生故障的内、外因角度建立了性能与可靠性一体化设计综合模型,提出了性能可靠度的定义和计算方法.并针对典型飞控系统,给出了各类内外影响因素的具体建模方法,总结提出了性能与可靠性一体化设计算法流程和分析方法.最后以某型导弹为案例,进行性能与可靠性一体化设计技术的应用验证.      

SCI网络拓扑结构的可生存性

从航空电子系统的需求出发,研究了适于航电系统的SCI(Scalable Coherent Interface)网络拓扑结构的可生存性.选择了由双节点或skip-a-node结构形式构成的网格形、蝶形等适于SCI网络的拓扑形式并构造了二种网络拓扑结构以便于不同结构的可生存性比较.同时考虑边及节点损坏的情况,利用图的邻接矩阵对网络连通关系进行了计算和分析,找到并印证了具有高可生存性的拓扑形式,同时发现相同结构下小环方向的改变对可生存性也有影响.      

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.      

一种面向航天器综合电子的ASIC芯片设计

航天器综合电子系统通用功能集成并芯片化是目前航天器电子系统的发展趋势. 针对中国航天器电子系统小型化、综合化的应用需求,提出一种面向航天器综合电子的ASIC芯片设计方案,分析了ASIC芯片设计中的关键技术,包括芯片系统工作模式、IP核的开发应用、可靠性和低功耗设计,1553B简易终端控制模式是芯片的技术特色和典型应用. ASIC芯片的功能设计、系统仿真验证、FPGA验证和物理设计均已完成,进入流片状态. 芯片的FPGA验证结果证明了芯片设计的有效性和可靠性. ASIC芯片旨在达到国军标548S的要求,应用场景是航天器内数据总线接口单元和遥测遥控.      

IEEE1394 总线容错性研究

IEEE1394 总线正逐步应用于航天电子系统, 因此对其容错性进行研究是非常必要的. 本文对IEEE1394总线的物理层与链路层接口部分在信号传输中可能存在的错误以及如何容错进行了研究, 重点分析了物理层控制双向总线时可能出现的各种错误, 并给出了链路层的容错方法, 这样可以在很大程度上提高网络系统运行的可靠性.      

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.     

电子吊舱环境控制系统设计的新技术

针对我国军用电子设备吊舱载机电源紧张,国产电子元器件耐温性能相对较差,对环境控制系统要求较高的特点,本文提出了一种新型用冲压空气驱动的环境控制系统.该系统采用"蓄冷节能"的设计思想和逆升压回冷技术,并配备具有智能功能的测控子系统.为克服冲压空气压头低的困难,利用空气动力学理论,提高进气道总压恢复系数,扩大系统进出口压差,从而获得较大涡轮膨胀比.试验结果证明所设计的吊舱环控系统具有良好的制冷性能和经济性.