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。     

基于反熔丝型FPGA的有效载荷可重构技术

针对在轨卫星功能维护、扩展和更新的需求，设计一种星载FPGA可重构方法。通过硬件三模冗余、软件三模比对，提高星载信号处理FPGA配置的可靠性；通过地面向卫星配置FPGA发送擦除、写、读指令，实现星载配置数据存储FLASH芯片的擦除、写、读操作，从而实现星载信号处理FPGA的重构，进而可以实现有效载荷功能的在轨更新或升级，减少硬件重复开发，降低成本。     

星载处理设备软件在轨重构技术研究

文章以我国星上处理设备的软件在轨可重构为需求,分别从配置数据传输途径、可重构处理设备构成、上行加载帧结构以及软件重构技术等方面开展了设计研究,所设计的硬件处理设备和重构软件通过了最终的系统重构功能验证测试。     

激光星间链路快速捕获技术综述

介绍了激光星间链路终端的指向误差建模、终端指向误差在轨标定、激光星间链路扫描捕获参数优化及链路中断恢复重捕获4个方面的国内外发展现状,指出了须重点研究的几个方向,包括涵盖全面误差要素的非线性指向误差模型的建立、在轨观测数据获取方法的改进、激励轨迹的优化设计与参数估计方法的合理选取以及针对链路中断恢复重捕获方法研究,最后结合全球导航星座的特点提出适应导航星座的激光链路快速捕获技术研究建议。     

载荷软件可重构的空间自主飞行器内核软件设计方法

基于某空间自主飞行器控制系统嵌入式软件,介绍了可对载荷软件进行在轨重载的高可靠内核软件设计方法。该内核软件能对多数据源载荷软件进行配置和运行管理,并可在控制系统最小安全模式下对载荷软件进行重构,实现了载荷软件的在轨修复和功能拓展,满足了空间自主飞行器的高可靠、高安全和可扩展需求。以SPARC TSC695F处理器星载计算机系统为例分析了该内核软件的实现方法,并已通过了在轨试验验证。     

导航卫星可用性提升设计与实现

针对影响导航卫星系统可用性的中断,从降低中断频次和缩短中断处置时间方面开展了系统优化设计,提出了一套基于多参数联合的降低轨控中断频次的设计方法,优化设计了一种基于在轨轨道摄动特性的中断时间最短的漂星策略,建立了一套异常中断分级处置原则,有效缩减了中断时间,实现了导航系统可用性的大幅提升.此方法在工程实际中已成功应用验证,在轨运行结果表明:所有卫星空间信号可用性均满足系统指标要求,为北斗系统的稳定运行提供了有力的技术保障.     

一种星载软件在轨编程功能的设计和实现技术

对卫星姿轨控计算机软件在轨编程功能的设计和工程实现技术进行了研究，给出了在轨编程的原理、实现方法、可靠性设计、资源分配、接口要求和在轨编程的操作步骤。试验结果证明，提出的星载软件在轨编程原理和实现方法合理可行。     

北京三号A/B卫星数传智能处理器在轨处理关键技术及应用

针对北京三号A/B卫星高速数据处理和传输需求,采用全路由总线互联架构,全新设计了第五代数传基带处理设备智能处理器,给出了相关功能、指标和特点;重点介绍了智能处理器中软件定义功能的高性能异构计算单元、高性能遥感影像在轨处理技术、数传任务自主管理技术等在轨处理关键技术;最后,给出了智能处理器试验验证和应用情况,其具备硬件平台通用、软件定义功能,大幅提升了常规数传能力,创新实践了多种智能数传功能,通过北京三号A/B卫星成功在轨验证及应用,智能处理器可作为成熟产品应用于后续空间高速数传任务。     

北京三号B卫星数据处理与传输分系统设计与验证

针对北京三号B卫星高速数据和在轨智能处理需求,设计数据处理与传输分系统。提出标准化、智能化、模块化的设计思路,开发路由、高速存储、通用处理、电源等标准单元的智能处理器,实现数传产品对数据流向灵活可控、功能高集成、在轨可重构的需求。配置高性能FPGA和智能计算芯片,系统实时图像压缩、处理速度达到20 Gbit/s。采用云检测、辐射校正、目标识别、目标提取、目标定位等星上数据智能处理技术,可为在轨图像智能处理建立指标体系提供参考。数据处理与传输分系统通过在轨验证,测试结果满足用户需求。     

新技术试验卫星C星、D星姿轨控分系统设计和在轨验证

介绍了新技术试验卫星C星、D星姿轨控分系统设计和在轨验证情况。姿轨控分系统具备任意目标凝视跟踪、条带拼接成像、主动推扫成像等姿态控制功能。通过基于操作系统的姿轨控应用软件架构设计和基于动态链接库的在轨编程设计,首次实现基于操作系统的星载应用软件并行开发。通过一个软件配置项实现双星功能,解决了双星研制周期短、工作模式复杂等问题。给出了卫星在轨运行的部分曲线和数据,可为遥感卫星姿轨控系统设计提供参考。     

FPGA-based operational concept and payload data processing for the Flying Laptop satellite

Flying Laptop is the first small satellite developed by the Institute of Space Systems at the Universität Stuttgart. It is a test bed for an on-board computer with a reconfigurable, redundant and self-controlling high computational ability based on the field programmable gate arrays (FPGAs). This Technical Note presents the operational concept and the on-board payload data processing of the satellite. The designed operational concept of Flying Laptop enables the achievement of mission goals such as technical demonstration, scientific Earth observation, and the payload data processing methods. All these capabilities expand its scientific usage and enable new possibilities for real-time applications. Its hierarchical architecture of the operational modes of subsystems and modules are developed in a state-machine diagram and tested by means of MathWorks Simulink-/Stateflow Toolbox. Furthermore, the concept of the on-board payload data processing and its implementation and possible applications are described.     

FPGA-based operational concept and payload data processing for the Flying Laptop satellite

Flying Laptop is the first small satellite developed by the Institute of Space Systems at the Universität Stuttgart. It is a test bed for an on-board computer with a reconfigurable, redundant and self-controlling high computational ability based on the field programmable gate arrays (FPGAs). This Technical Note presents the operational concept and the on-board payload data processing of the satellite. The designed operational concept of Flying Laptop enables the achievement of mission goals such as technical demonstration, scientific Earth observation, and the payload data processing methods. All these capabilities expand its scientific usage and enable new possibilities for real-time applications. Its hierarchical architecture of the operational modes of subsystems and modules are developed in a state-machine diagram and tested by means of MathWorks Simulink-/Stateflow Toolbox. Furthermore, the concept of the on-board payload data processing and its implementation and possible applications are described.     

基于绝对码盘的星载可动组件仿真方法分析

通过分析星载可动组件物理系统原理,建立了基于绝对码盘的可动部件软件仿真模型,并对典型仿真过程进行了分析及说明。通过运用此仿真方法,可模拟出星载可动组件随地面指令动作的各项主要特性,并实现全过程模型仿真,达到预测星载可动组件真实运动轨迹、验证地面遥测处理软件正确性的目的。     

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。     

基于TSV的星载微系统设计与可靠性实现

基于硅通孔TSV（Through Silicon Vias）的星载微系统，通过硬件框架设计、TSV关键工艺设计、CPS仿真设计、全流程测试及可靠性研究，最终在全国产化高温共烧陶瓷HTCC（High-Temperature Co-fired Ceramics）管壳内集成了抗辐照海量信息处理器、抗辐照大容量存储器、抗辐照微控制器、抗辐照38译码器等器件，形成43 mm×43 mm×5.65 mm的气密性封装星载微系统，具备高可靠、高性能的处理能力以及星上常用的控制和通讯接口，可用于星上载荷信息实时处理及星务平台控制管理，可以有效替代现有的板级产品，实现星载电子系统的小型化、集成化。     

新一代并行处理星载计算机技术研究

为提高卫星的整体性能，对并行处理技术在集中式控制体系结构卫星平台的关键部件——星载计算机中的应用进行了研究。所设计的星载计算机采用了总线仲裁和故障隔离技术，并具有图像处理等复杂功能。通过并行双CPU资源的冗余重构设计，可保证在某个CPU发生故障后实现星戴计算机的降级使用，提高了星载计算机的可靠性，并给出了监控软件的流程。最后，采用离散傅里叶变换(DFT)运算，对设计的计算机的并行处理能力进行了预估。     

基于DSP的中断冲突避免机制的研究与实现*

针对基于DSP芯片TMS320C6701的嵌入式软件系统设计过程中常见的中断冲突问题,提出相应的解决方法和简单有效的避免机制。通过将周期性中断改为主循环查询模式、将DSP系统计时由定时器中断改为FPGA同步计时等方式,使系统中多个中断设计简化为一个中断,避免中断间的冲突。针对中断和主程序间的访问冲突,通过在主程序中关中断等方式,避免共享资源访问冲突。针对DSP系统和外部总线的访问冲突,通过约定接口的通信协议,避免时序冲突。通过静态分析和动态长周期测试验证,方法有效避免了中断冲突,实现简单;针对不同冲突机制,措施灵活。设计已应用于星载相关设备,也可推广至其他嵌入式软件系统使用。     

新一代运载火箭的数据驱动快速测试技术

本文提出一种数据驱动的快速测试技术。数据由箭上系统通过自检测(BIT)采集,经箭地高速总线传送至地面;地面数据处理终端采用与箭上系统相同的模型和算法,复现箭上的处理过程,从而判断系统中是否存在故障,实现快速故障定位。本文全面介绍实现这一设计的关键技术,包括箭上信息监测点的选择、总线窃听技术、飞行软件中的数据管理任务等,并示例说明各类典型数据的分析以及故障诊断和定位等。所有分析工作均实时自动完成,并能随测试用例的调整自适应地计算出新的比对结果,为提高系统级测试的覆盖性创造条件;并大大节省地面专用测试设备和数据分析时间,减少技术保障人员。