星载SRAM型FPGA可靠性快速评估技术

空间辐射环境严重影响星载SRAM (Static Random Access Memory)型FPGA (Field Programmable Gate Array)的可靠性,提出了星载SRAM型FPGA可靠性快速验证评估方法.在传统故障注入验证的基础上,引入可靠性预评估技术,在逻辑门级分析单粒子翻转对FPGA配置信息位的影响,同时对TMR (Triple Modular Redundancy)冗余方式进行单粒子翻转关键位置评估.然后构成不同敏感级别的故障序列,最后根据应用需求选择不同故障序列进行故障注入从而有效快速评估系统可靠性.该方法与逐位翻转相比,能够在保证故障覆盖率的同时,有效地减少实验时间,提高实验效率.     

SRAM型FPGA单粒子效应逐位翻转故障注入方法

针对SRAM(Static Random Access Memory)型FPGA(Field Programmable Gate Array)空间应用的可靠性评测问题,提出一种逐位翻转的故障注入试验方法,利用动态重配置技术,通过检测逻辑电路设计配置存储单元中的单粒子翻转敏感位数量和位置,可计算出动态翻转截面和失效率,绘出可靠度变化曲线.分别对采用TMR(Triple Modular Redundancy)防护设计的和未采用TMR防护设计的SRAM型FPGA乘法器模块进行了故障注入试验,验证了得到的敏感位位置的正确性,并计算出各自的可靠性参数和曲线.     

小卫星平台的多系统 GNSS 软件接收机研究

介绍了卫星导航信号的构成及传统GPS (全球定位系统) 接收机的工作原理, 并将近年来受到广泛关注的软件无线电技术引入到GNSS (全球卫星导航系统) 接收领域, 形成了一种多系统兼容, 高度灵活, 可升级的GNSS 接收机新架构. 给出了满足小卫星平台需求的FPGA + DSP 的数字处理模块硬件架构以及接收机的软件参考结构. 论述了多系统软件无线电GNSS 接收机在小卫星平台中应用时存在的优势和不足, 以及在星载一体化小卫星中的应用前景.      

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.     

基于宏定义动态链接的模块化星载软件升级方法研究

提出了基于宏定义动态连接的软件模块化设计思路, 并针对某小卫星平台的体系结构, 对其星载软件进行了具体的模块化实现, 同时提出了一种在轨升级方案. 经实验验证分析, 所提出的模块化设计思路提高了星载软件在轨升级的效率和灵活性, 升级过程中对结构化模块信息上载和验证, 提高了升级方法的可靠性和安全性.      

一种基于TS201的瞬时频率测量平台设计

研究了一种TS201处理器构建的瞬时频率测量平台的设计,介绍了经验模态分解方法和希尔伯特变化原理对瞬时频率进行快速测量原理.给出了硬件电路的设计和软件设计,详细地给出了关键的数据采集电路的设计.通过实际测试,系统能有效捕捉单分量及多分量信号的瞬时频率,为软件无线电检测系统的设计提供了参考.     

执行机构驱动单元软件的设计与分析

介绍执行机构驱动单元软件(ADU)的功能设计和时序设计.从总线消息时序冲突、临界资源访问冲突等方面分析软件外部接口时序设计约束、内部接口时序设计约束的满足性,对时序设计有效性进行验证.软件可靠性设计方面,采用软件失效模式及影响分析(SFMEA)方法识别软件中的关键变量/器件,对其采取单粒子效应防护措施,并验证了措施的有效性.     

星载观测平台的视线误差分析

为分析星载观测平台各项误差源对视线测量精度的影响,研究了一种基于多参量的视线测量误差建模与评价方法.不同于以往卫星、相机的空间测量方式,针对卫星、转台、相机的观测结构,构建了从惯性空间到光学传感器像平面的目标成像模型及星载观测平台视线测量模型.通过推导星载观测平台视线测量误差与观测中13项误差源的关系,提出一种基于灵敏度分析的误差评价方法,并在三个轴向上分析了各项误差源对星载观测平台视线测量精度的影响.利用蒙特卡罗仿真试验验证了理论模型的有效性.结果表明,卫星轨道误差、卫星姿态误差、载荷平台角振动误差、内外框架转动误差、像平面目标像点的位置量化误差是影响星载观测平台视线测量精度的主要因素.该方法能够科学评估各项误差源对星载观测平台视线测量精度的影响,对星载观测平台的总体设计具有重要的应用价值.      

一种星载控制计算机智能容错方法

  深空探测任务对星载控制计算机的智能性、环境适应性和自主性提出新的需求。介绍目前星载控制计算机容错方法的进展情况,提出可进化硬件容错这种可用于星载控制计算机容错设计的智能容错方法,给出该方法的三种实现结构,即并行结构、串行结构和具有故障检测功能的串行结构,并对各种结构进行分析和比较。最后,用仿真验证平台验证了串行结构的可行性和容错性。     

运载火箭十表捷联惯组配置的故障诊断与决策

容错技术及故障诊断技术是提高导航系统的精度及控制系统的可靠性的有效方法,尤其是捷联导航系统中的故障诊断技术,已经在运载火箭控制系统中得到了广泛的应用。针对运载火箭十表捷联惯组配置,提出了一种故障诊断和决策方法,并在此基础上进行了信息重构方案和故障诊断门限的设计。数学仿真结果表明：该方法能够快速诊断惯性器件表头故障并进行信息重构,实现故障情况下的输出,进而完成飞行任务,对工程应用具有一定的参考价值。     

基于状态图的周期BIT故障检测与虚警抑制仿真

针对BIT(Built-In Test)技术在装备测试性设计与PHM(Prognostic and Health Management)的应用需求,提出了基于状态图(Stateflow)的周期BIT(PBIT, Periodic BIT)故障检测与虚警抑制仿真方法.分析了周期BIT的特性与虚警问题,给出了周期BIT的仿真原理.在加电BIT的基础上分析了周期BIT的仿真要素及其Stateflow对象的仿真模式,并实现了故障注入、干扰注入和虚警抑制措施的建模,最后给出了周期BIT建模仿真以及仿真输入数据设计流程.以某典型航电模块周期BIT为例,建立了电源板、干扰、周期BIT以及虚警抑制措施的Stateflow仿真模型,仿真结果显示该方法能有效地实现周期BIT故障检测与虚警抑制的动态逻辑过程仿真.     

SpaceWire CODEC的容错设计和实现

对SpaceWire CODEC进行容错设计是提高其可靠性的重要途径.分析SpaceWire协议的容错性能,介绍SpaceWire CODEC的容错设计方法,通过故障汇入和仿真验证了容错设计的有效性.     

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.      

地地弹道导弹可用性仿真评估系统构建

阐述了地地弹道导弹可用性评估的重要性,并以此为需求牵引,提出了以MTMC-RDEDS(Mission Time Monte Carlo Random Discrete Event Dynamic Systems)为核心的可用性建模与仿真一体化框架,结合实际应用,以模型重用技术为基础,构建了拥有丰富建模与仿真知识库、模块化设计与开放式接口的导弹可用性仿真评估系统总体框架及软件层次结构,并给出了涉及工作状态、维修保障、统计优化在内的核心仿真模型与算法,探讨了系统实现的关键技术,包括:随机变量建模、武器系统建模、仿真系统可信度评估.利用VC++和相关软件开发了地地弹道导弹可用性仿真评估系统,给出了仿真运行界面,并进行实例分析,验证模型和系统的有效性.仿真的结果与实际试验情况吻合较好,表明该动态评估方法快捷有效,评估系统建设方案合理可行,适用于工程分析,不失为地地弹道导弹可用性评估的一种有效手段.     

四旋翼无人机执行器可重构性量化评价方法研究

随着对系统安全性和可靠性要求的不断提高，故障系统的自主恢复能力即系统的可重构性受到高度关注，然而现有对于控制系统可重构性量化评价的方法主要针对线性系统，因此以具有强耦合、欠驱动、强非线性的四旋翼无人机（quadrotor UAV）为被控对象，提出了一种基于双滑模面鲁棒观测器与马氏距离结合的非线性系统可重构性量化评价方法。首先，在四旋翼无人机非线性模型的基础上，设计了具有对扰动和故障均不敏感的双滑模面鲁棒观测器，用于实现对系统状态的准确估计；其次，在执行器饱和及系统状态误差指标双约束条件下，采用基于马氏距离的相似度法，对非线性系统可重构性进行量化评价；最后，通过四旋翼无人机仿真实验验证了所提方法的有效性。结果表明，所提方法能够真实反映不同故障程度下系统的可重构性量化水平，为非线性故障系统控制策略调整补偿提供了重要依据。      

柔性可靠性与故障诊断处理综合设计技术

针对现代卫星高可靠、长寿命的要求,从卫星系统整体角度出发,根据卫星数字化系统/设备的特点,应用网格技术和多学科综合技术实现卫星内部、甚至卫星个体之间的柔性重组,提高卫星及星座的系统可靠性.提出柔性可靠性技术、测试技术和故障诊断与处理的融合技术,将可靠性、测试性和故障诊断与处理的设计分析与产品功能/性能设计紧密结合,建立综合应用的设计分析模型,实现一体化设计,并尝试对此进行综合应用仿真,以达到卫星数字化系统/设备简单、经济和高可靠的目的.      

液体火箭发动机故障诊断器设计及其HIL验证

为了实现某型液体火箭发动机机载实时故障诊断,采用FPGA与DSP相结合的方式作为硬件架构设计了故障诊断器,其中FPGA控制高精度A/D转换器进行传感器数据采集,DSP运行故障诊断算法并将结果输出,对故障诊断器的硬件和软件分别进行了设计。提出了一种递归结构识别（RESID）算法用于液体火箭发动机故障诊断,该算法可在6 ms内诊断出流量衰减故障。搭建基于故障诊断器和工控机的硬件在环（HIL）试验平台,采用自动代码生成技术与手写代码结合的方式对RESID算法进行了试验验证,通过上位机界面进行观察。结果表明:RESID算法能准确地诊断出发动机常见的故障并在故障诊断器上实现,算法运行时间为3.9 ms,故障诊断器可以实现实时数据监测和故障诊断,相对于传统平台更加小型化和经济化,既可以作为机载装置使用,也可作为通用平台来开发新算法。      

面向进化容错的FPGA故障模型研究

不同的容错方法需采用不同的故障模型。文章分析了进化容错方法的特点,提出需要研究与之相适应的FPGA故障模型。首先从故障模型定义出发提出故障模型划分的思想,从不同的角度研究FPGA故障模型;然后根据基于SRAM的FPGA的结构特点,从功能角度和配置角度提出两种FPGA故障模型划分,分析了两种故障模型划分方法所适用的容错方法。从配置角度划分FPGA故障模型有利于简化进化容错方法中的故障检测环节。故障检测实验的结果说明这种划分方法是有效的。