三模冗余对SRAM型FPGA寄存器上电状态的影响分析

SRAM型FPGA容易受到空间辐射环境引起的单粒子翻转效应影响，造成软件在轨故障进而影响任务成败，因此在空间应用时普遍采用三模冗余技术进行设计加固来提高软件可靠性。使用Xilinx TMRTool工具实现SRAM型FPGA的三模冗余是目前流行的三模冗余实现方式，该方式无需额外编写代码，简化了设计师的工作。分析了Xilinx TMRTool对软件网表文件的改变流程和机理，对比了三模冗余处理前后FPGA寄存器的不同布局布线结果，分析了三模冗余工具对寄存器置位和复位的影响，给出了以SRAM型FPGA为核心控制器的产品设计建议。     

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。     

星载软件在轨重配置中断处理机制研究

文章主要介绍星载处理器软件在轨重配置中断处理机制。首先说明软件在轨重配置功能的基本处理流程，接着重点分析了在轨重配置过程中两类中断处理机制，并给出了中断处理在轨重配置的实现方法。     

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。     

一种SRAM型FPGA内嵌CPU软核的SEU效应防护设计与验证

SRAM型FPGA内嵌CPU软核开发成本低、开发过程灵活,可以替代独立的DSP或CPU器件,执行星载设备核心控制功能。但这种内嵌CPU软核容易受到空间单粒子翻转效应(SEU)的影响。SEU可能导致内嵌CPU软核的硬件或软件故障,对其在轨应用影响较大。提出一种针对SRAM型FPGA内嵌CPU软核的SEU防护方案,通过"三模冗余+动态刷新"对CPU软核的硬件结构进行防护,通过冗余自刷新模块替换对CPU软核的存储区进行防护。该方案经过了软件注错验证及粒子辐照试验验证,证明其能够有效提高SRAM型FPGA内嵌CPU软核对SEU的容错能力。     

基于最小系统的小卫星在轨软件重构系统设计

提出一种基于星载终端处理设备最小系统的小卫星在轨软件重构系统设计方案。依据星上信息流实现现状,设计重构系统的系统框架,提出星载终端处理设备的最小系统组成、通用功能集和需要满足的整星安全性功能需求。系统中,应用软件程序数据按照注入帧格式通过遥控通道注入到星上,可缓存在星务存储器中再分发给终端目的设备,通过最小系统软件对应用程序进行引导和加载管理,整个过程均有差错控制设计以保证其可靠性和安全性。软件重构试验和容错试验表明,利用该系统可实现星载微计算机软件和FPGA配置数据的可靠上注、可靠存储和可靠加载。     

基于FPGA架构的高可靠在轨重构系统设计

航天设备与地面设备相比,制造成本高,对空间环境的适应性要求也高。为了延长航天器寿命,提高其在轨工作的可靠性,需要考虑航天器在空间环境下的可维护性需求。针对航天资产在轨软件实现功能维护的需求,研究空间环境应用背景下的高可靠在轨可重构技术。基于FPGA芯片在航天器领域中应用的广泛性、灵活性及可靠性,设计了一种FPGA架构下的高可靠在轨重构系统。该系统的优势在于充分利用星载设备中普遍使用的“SRAM型FPGA+反熔丝FPGA”的硬件架构,在实现SRAM型FPGA动态刷新功能的基础上仅通过软件更改来增加在轨重构功能,极大降低了硬件更改的成本,扩展了可重构功能的应用范围。在某航天器星载设备中应用该在轨重构系统,通过实际飞行经历,验证了该架构系统设计方案的可行性、可扩展性及可靠性。     

星载扩频应答机抗SEU 方法及验证

对星载扩频应答机抗单粒子翻转(SEU)的方法进行了研究,从单机层面提出了扩频应答机基带现场可编程门阵列(FPGA)和数字信号处理(DSP)抗SEU的方法,包括配置存储区回读校验、"看门狗"、三模冗余、动态刷新和程序区巡检等设计方法;从系统层面提出了由星上特定设备根据规定的原则对扩频应答机进行关机和开机操作的有效解除单粒子故障的方法。根据我国S频段非相干扩频应答机在轨飞行试验结果,单机发生SEU后自主恢复的概率超过99%,其余1%采用系统级的方法进行了恢复,验证了文章所述方法的有效性和正确性。     

小卫星星载容错计算机控制系统软硬件设计

创新一号低轨存储转发通信小卫星是中国第一颗重量在100公斤以下的小卫星，介绍了其星载计算机系统的设计方案。由于卫星采用了计算机集中管理方式，为保证星载计算机的可靠性，设计中对硬件使用了双计算机热备份冗余设计，星载计算机的可靠性同时通过软件和硬件协同容错设计来实现。卫星的星务管理、遥测、遥控、姿态控制、电源管理、通信控制、轨道控制等都需要通过计算机软件完成，介绍了这些软件的主要功能和容错设计。创新一号星载计算机采用了多项新技术，并经过了一年多的飞行测试验证，达到了预定的运行目标，星载计算机圆满完成了各项设计功能，证明了卫星计算机系统的安全可靠。     

中巴地球资源卫星数据管理系统—电子综合化技术在航天器上的应用

本文对中巴地球资源卫星成功在轨运行、圆满守成任务的星载数据管理系统做了全面的剖析，从系统结构、功能等方面阐述了数据管理系统的专业技术及其先进性与系统构成配置的灵活性，对作为飞行器分用平台重要组成部分的数据管理系统的技术发展做了进一步的探讨。     

The concept of a Space-Space interferometer for observations in mm and sub-mm wavebands

At present, space radio astronomers and engineers study the prospects of design of the second-generation ground-space interferometers for astrophysical research with the microsecond angular resolution of sources. The implemented Japanese VSOP project (1998–2003) and the Russian Radioastron project (under preparation for space flight) are related to the first generation. In this paper, the ideology and configuration of the Space-Space interferometer are considered. It would allow one to obtain principally new capabilities: to exclude the Earth’s atmosphere influence, to realize a quasi-phase-stable interferometer, and to remove the problems of electromagnetic compatibility with other services. Moreover, a capability will appear to carry out preliminary correlation processing onboard the spacecraft due to achievement of small residual uncertainties in signal delay and frequency and, owing to this, to realize onboard data compression in order to transmit data to the Earth by usual space communication channel.     

一种基于FPGA实现的QPSK载波跟踪算法

针对多普勒频移对QPSK解调存在很大影响的问题,提出一种旋转相位叉积自动鉴频环路与科斯塔斯环路结合恢复载波的算法,在FPGA内实现精确频率跟踪和相位跟踪。经仿真和实际电路下载试验,该算法具有载波频率相位跟踪精度较高、消耗资源较小的优点。     

一种宽范围非合作目标中频角跟踪接收机的设计与实现

为实现对非合作星间目标信号的捕获跟踪，提出了一种基于单通道单脉冲跟踪技术的非合作目标中频角跟踪接收机软硬件设计方案。硬件平台设计方案结合了FPGA与DSP在算法处理上的优势，涵盖高速ADC设计、系统时钟设计等。针对非合作星间目标信号的特征，提出了不同调制体制、不同码速率的非合作宽带数据传输信号的检测识别、角误差信号提取与分离方案，涵盖数字预处理、数字信道化、信道判决、信号检测估计、角误差信号提取等处理环节。系统捕获跟踪试验结果表明该非合作目标角跟踪接收机可以完成对多种调制体制(BPSK、QPSK、SQPSK等载波相位调制)、不同码速率(1kbps～300Mbps)的非合作宽带数据传输信号的角误差信号提取与分离,载频估计精度优于100kHz，码速率估计精度优于100kbps。本系统可实现对非合作目标信号的有效跟踪，为开展非合作目标角跟踪接收机的工程化研究奠定了扎实基础。     

基于FPGA的实时图像采集和去噪系统设计

对采集或传输过程中受到的噪声干扰信号进行预处理,并保持图像传输的实时性,是图像处理系统需要解决的问题。对于实时性要求高的图像处理系统而言,用软件来实现噪声的预处理相对来说是比较耗时的,因此必须寻求其他解决方式。文章设计基于FPGA的新型模块化集成电路来实现图像采集和去噪,并通过试验和仿真测试验证了设计的实时效果。     

FPGA多模式高效脉冲压缩工程应用

针对现代雷达系统功能需求多样化、处理数据量大的特点，提出一种基于现场可编程门阵列（FPGA）处理平台的多模式高效频域脉冲压缩方法。其快速傅里叶变换（FFT）模块采用复式FFT结构，其运算能力比基-4 Burst I/O结构提高了一倍；参考函数模块采用实时查表法，根据发射信号基本参数对参考信号进行实时生成；脉冲压缩模块进行了知识产权（IP）核封装处理，使其既能通过灵活配置适应多工作模式实用需求，又能够便利地移植和复用。采用此方法在基于Virtex-7 FPGA硬件平台上进行试验验证，结果表明，该方法能够高效地实现8192点至32768点脉冲压缩处理，处理点数多，实时性高，且处理结果满足航天工程应用要求。     

Virtex-4系列FPGA纠正单粒子翻转的方法研究

Virtex-4系列FPGA空间应用中易发生单粒子翻转事件,对设备正常功能的完成带来不良影响。文章给出了单粒子翻转的原理。为解决FPGA单粒子翻转问题,结合工程实践对FPGA抗单粒子3种方法进行了分析和比对,提出了“配置存储区回读CRC结果比对”为最优方法,并给出了示例。同时文章也对FPGA回读及擦洗配置命令序列等关键技术进行了研究。     

GPS接收机基带信号处理模块的FPGA实现

论述在GPS接收机三个功能模块中基带信号处理模块的具体作用。利用FPGA技术的先进性和软件无线电技术的灵活性开发出具有自主知识产权的功能模块。介绍其设计实现,着重于伪码生成器和NCO的实现,同时给出相关的仿真结果。     

十二通道GPS信号发生器的硬件设计

分析十二通道 GPS信号发生器的系统结构 ,提出由计算机完成信号处理、PCI板卡完成信号调制的设计形式 ,并详细介绍 PCI板卡上 DSP和 FPGA的具体设计方法和各器件的选择考虑 ,分析 NCO主要参数的计算方法以及数字量化带来的系统误差     

基于离散方波变换的脉冲星微弱信号周期性检测

为满足X射线脉冲星深空导航系统对脉冲星微弱信号周期性检测的要求,提出了一种基于离散方波变换(DSWT)的周期信号检测算法,并给出了其硬件实现方法.首先,通过对比DSWI和FFI变换核的相似性,证明了DSWT算法进行周期性检测的可行性,同时,研究了DSWT对白噪声的抑制作用;其次,DSWT的变换核仅取+1或-1,更适合硬件电路实现,给出了该算法的FPGA实现方法;最后,采用以Xilinx Spartan-3系列FPGA芯片XC3S2000为核心的开发板组成实验仿真系统,分别对实测和仿真脉冲星数据进行实验.结果表明:1.该算法可检测信噪比低于FFT算法;2.在信号输入完毕后3个时钟周期内即可得出计算结果,耗时比FFT算法少三个数量级;3.实现该算法所需的硬件资源少于FFT算法.