一种针对COTS器件的抗辐射加固方法

随着商用现货(COTS)器件在空间任务中的广泛应用,COTS器件的抗辐射加固显得尤为重要,针对COTS器件在空间环境下易受宇宙射线和高能粒子冲击而产生辐射效应的特点,文章结合三模冗余(TMR)技术与现场可编程门阵列(FPGA)的重构技术,提出了一种基于TMR的可重构星载处理单元抗辐射加固方法。通过基于Markov过程的可靠度分析可知,冗余和重构技术相结合可以使处理单元具有更强的容错能力。文章利用实验模拟验证了该星载处理单元的各项关键技术,结果表明:此处理单元能够屏蔽单模故障,并能够定位和修复由空间复杂环境引发的软错误。     

商用现货器件在卫星中的应用

在卫星设计过程中,采用商用现货(COTS)电子器件替代传统卫星研制中昂贵的高等级产品来降低研制成本是行之有效的方法。文章总结了商用现货器件在卫星中应用时所面临的空间环境干扰,并针对单粒子翻转问题提出冗余设计和特定电路设计等策略。对当前国内外卫星中采用的各种COTS器件设计方法进行了论述,分析了各种提高商用现货器件可靠度方法的优缺点,并结合已经发射的BIRD、ARGOS等卫星和正在研制的容错结构,综述了COTS器件在卫星中的应用,分析了COTS器件的作用和使用方法。文章内容可为工程实践提供一定的参考。     

星载测控应答机抗辐射加固与可靠性平台研究

从应用的角度,研究SDRAM型FPGA和高性能DSP在空间环境中的单粒子效应故障检测与加固设计问题,为低等级高性能VLS-DSPD的空间应用提供理论和试验上的支持。并介绍一种通用的星载信号处理平台体系结构,结合平台结构的可重构特性和高性能器件抗单粒子效应设计中的检错、容错、自主修复等加固设计方法,提高整个测控应答机的可靠性。     

一种基于COTS器件的SiP微系统的抗总剂量效应加固设计与试验评估

总剂量效应是制约COTS器件空间应用的主要因素之一。为满足空间应用对电子系统高性能、小型化及抗辐射的需求,对一种基于COTS器件的SiP微系统的抗总剂量效应加固方案进行设计,采用模型分析与地面试验结合的方法对微系统的抗总剂量辐射能力进行评估。该评估方法将微系统作为设备与器件的一种结合体,先按照设备进行整体模型评估,后按照器件进行试验评估,提高了评估的效率,具有较强的工程实用价值。60Co γ射线辐照试验结果表明:加固后SiP微系统的抗总剂量能力不低于150 krad(Si),可以满足相关任务应用需要。该微系统的抗总剂量效应加固设计和总剂量效应评估方法可为相关微系统研制提供参考。     

小卫星星务计算机的容错体系结构设计

介绍了一种小卫星的星务计算机系统硬件设计方案,并结合应用的要求给出了容错体系结构的设计方案,从冗余结构到容错管理模式,从故障检测和诊断到系统重构,多视角多层面地展现了小卫星容错体系的设计思路,最后还利用模型计算了系统的可靠度指标。     

COTS处理器单粒子效应检测系统设计

商用现货（COTS）处理器应用于星载计算机主控制器前须经过地面单粒子效应试验验证。与同等价位的宇航级处理器相比，COTS处理器具有集成度高、功能复杂、接口丰富的特点，需要为其定制化设计单粒子效应试验测试系统。文章针对COTS处理器的片内存储器、寄存器数量万倍于宇航级处理器以及接口功能更加丰富的特点，确定单粒子锁定（SEL）测试、存储器翻转测试、寄存器翻转测试、典型指令集测试和接口功能测试作为试验测试项；并提出一套单粒子效应试验测试系统方案，实现了对被测处理器的各路供电电流、存储器、寄存器和外部接口功能的有效测试和监控。     

一种低成本的小型航天器商用成品化(COTS)推进装置

空间航天器的推进装置,因一系列的技术要求,在历史上就趋于专业化.这些技术要求往往不适用于地面系统.这些特殊要求包括:安全性-推进剂常常是较危险的,如有毒、有害、易燃或压力高等;特殊的环境-热环境、机械环境、辐射和失重状态;可靠性-一旦进入轨道,就不可能再有机会更换出了故障的装置.推进系统装置可分为两类:推进剂贮箱和火箭推力器.它们除了应用于空间技术,在其它方面并无用处.因此“商用成品化“(COTS)的思维似乎不太合适.然而,通过工程改进推进系统,COTS在材料和加工方面可降低成本和风险.本文将描述推进装置的典型应用并介绍萨里太空中心是如何使用COTS理念的.推进系统的管路是由各种用电子和机械控制的电磁阀、压力传感器、压力调节器、过滤器和温度传感器等构成.它们既可作为空间项目的特殊工程进行研制,也可采用COTS作为航天设备的替代产品,萨里太空中心侧重于后者.通过有所创新的系统设计,COTS装置完全可以使用.     

光学遥感器光电信号处理系统的空间辐射效应研究

文章针对光学遥感器光电信号处理系统,描述了空间辐射效应研究的方法和途径。首先介绍了光学遥感器常用运行轨道的空间辐射环境,然后选择光学遥感器的光电信号处理系统作为分析模型,介绍了光电信号处理系统的电路组成和主要元器件,从器件级、电路级到系统级对空间辐射效应的危害性进行分析,并且结合元器件的抗辐射性能现状,归纳了辐射效应的薄弱环节及主要元器件需要进行的辐照试验。最后对空间辐射效应研究的方法和步骤进行了总结。     

低成本高可靠综合电子系统集成技术

我国现有的卫星电子产品的传统研制模式已很难适应卫星快速增长,型号对于平台的管理控制核心的电子系统提出低成本、高可靠、快速响应、快速研制的迫切需求。通过构建低成本、高可靠计算机系统体系架构,设计基于COTS器件的星载计算机,并采取包括系统、模块、器件的多级可靠性冗余设计及验证技术,为实现低成本、高可靠、长寿命的产品研制,满足型号长期在轨任务要求奠定基础。     

空间双机容错计算机系统研究

为在资源有限的条件下，最大限度地实现长寿命空间飞行器计算机系统的容错，同时又能达到所要求的性能，提出了一个模块化的双机容错设计方案。采用热冗余比较方式，软硬件组合实现系统的容错管理，可保证在某个资源或包含该资源的模块发生故障时，不会导致整个系统的失效，并具备模块级重构能力，从而实现系统的资源共享。不同冗余系统可靠性分析和有关测试结果表明，所设计的双机容错系统性能满足有关要求。     

单板双机嵌入式486容错子系统的设计

针对空间辐射环境中比较容易发生的单粒子翻转事件 ,提出一种低成本的商用器件解决方案———单板双机嵌入式容错子系统。该子系统把两个相对独立的嵌入式 4 86单机通过现场可编程门阵列 (FPGA)耦合起来 ,双机通信和数据比对都通过FPGA来完成 ,同时通过数据比对发现和消除单粒子翻转 (SEU)所引起的错误。由于系统中应用了较多超大规模集成电路 ,系统非常紧凑 ,用单板就实现了一个容错子系统     

XQR2V3000 FPGA单粒子翻转率在轨探测研究

通过搭载在某MEO、IGSO轨道卫星上的单粒子探测器对XQR2V3000 FPGA配置存储器进行了在轨单粒子翻转探测。利用一种基于复位计数统计的FPGA配置存储器单粒子翻转的监测方法，并对在2016年太阳活动平静期以及2017年9月6日太阳耀斑爆发期的2颗MEO卫星以及1颗IGSO卫星的XQR2V3000 FPGA配置存储器单粒子翻转次数进行统计，依据卫星轨道根数获得了翻转事件的空间分布。结果表明，在太阳平静期，设备等效铝屏蔽厚度为6 mm的情况下，处于MEO轨道和IGSO轨道的XQR2V3000配置存储器单粒子翻转率分别为 0.513 次/(器件·天)和0.491次/(器件·天)，分别为CREME96模型预测结果的22.4%和16.9%，两种轨道的翻转率相当。在太阳耀斑爆发期间，MEO与IGSO轨道单粒子翻转率分别上升为2.5次/(器件·天)和 5次/(器件·天) ，比平静期高了一个数量级。试验所得的单粒子翻转率可为相同轨道卫星电子设备单粒子翻转率的预示提供有效的参考。     

SRAM型FPGA空间应用的抗单粒子翻转设计

SRAM型FPGA容易受到空间辐射环境引起的单粒子翻转(SEU)的影响,造成FPGA逻辑错误和功能中断,因此空间应用时必须对其进行抗单粒子翻转加固设计,提高其空间应用的可靠性。文章综述了几种FPGA抗单粒子翻转的设计方法,包括三模冗余设计、动态刷新设计和动态部分可重构设计等。利用构建的测试系统,验证以上多种FPGA抗单粒子翻转设计方法的工程可实施性。     

SRAM型FPGA单粒子效应测试方法及试验验证

针对空间用SRAM型FPGA器件抗单粒子效应性能全面测试评估的要求,研究内部不同资源电路结构的单粒子效应敏感性及测试方法,利用重离子加速器开展抗辐射加固SRAM型FPGA单粒子效应模拟辐照试验,对配置存储器、块存储器、触发器等敏感单元的单粒子翻转、单粒子功能中断、单粒子锁定特性进行研究。试验结果表明,所提出测试方法能有效地覆盖测试SRAM型FPGA单粒子效应敏感资源,所测试抗辐射加固SRAM型FPGA器件具有良好的抗单粒子锁定性能,但对单粒子翻转和单粒子功能中断非常敏感,静态测试模式下对单粒子翻转更为敏感。有关测试方法和结果可以为SRAM型FPGA的单粒子效应评估及防护提供参考。     

在SRAM型FPGA中局部重构与配置刷新的兼容方案

SRAM型FPGA开发过程灵活,成本低,并且具有系统局部重构的功能,在航天领域有广泛的应用前景.但该类FPGA对单粒子翻转非常敏感,限制了其在航天领域的应用.配置刷新结合三模冗余的方法能够有效地抑制其单粒子翻转效应的影响,但配置刷新的方法与FPGA的局部重构功能存在资源冲突的问题.提出一种在SRAM型FPGA中同时应用...     

卫星扩频应答机抗单粒子翻转技术研究

对卫星扩频应答机抗单粒子效应的方法进行分析，设计了采用反熔断丝工艺的FPGA （A54SX32），通过回读比对功能对FPGA 进行监控和处理。此方法大大降低了单粒子效应造成卫星扩频应答机发生功能性故障的可能性，并在系统中通过内部高可靠单机对易发生单粒子效应的扩频应答机进行监控，诊断出故障后进行修复，同时设计定时复位对应答机进行复位、开机操作，确保卫星在轨扩频应答机的正常稳定工作。     

静态存储器单粒子翻转率预示的在轨验证

SRAM型FPGA配置区的单粒子翻转可能对系统的功能产生严重的影响,因此必须进行针对性的加固措施,而加固的重要依据之一是在轨翻转率结果。文章将地面获得的Hitachi 4Mb SRAM HI628512单粒子翻转率预示结果与搭载在极轨卫星SAC-C等上的飞行试验的结果进行了比较。分析表明基于国内地面试验数据和FOM方法预示的在轨翻转率与国外的在轨监测数据接近,多位翻转的试验结果也得到了在轨试验数据的验证。这些结果表明我国在单粒子翻转的模拟试验技术和在轨翻转率预示方面取得了相当的进展,可以为卫星电子系统抗辐射加固设计提供有力的保障。     

赛灵思静态随机存储器型FPGA单粒子翻转检测

以XILINX XC2V3000现场可编程门阵列（FPGA）为例,分别通过ICAP和Selectmap接口对配置存储器进行回读检测,并通过局部动态重构的方法实现了故障注入,对单粒翻转（SEU）检测方法进行验证。结果证明回读与重配置是进行FPGA抗SEU设计的有效方法。     

SRAM型FPGA的单粒子效应及TMR设计加固

宇宙空间中存在多种高能粒子,其辐射效应会严重威胁航天器中现场可编程门阵列（FieldProgrammable Gate Array,FPGA）器件工作的可靠性。文章研究了静态随机存储器型（Static Random AccessMemory,SRAM）FPGA中的单粒子翻转效应。理论计算表明,采用三模冗余（Triple Module Redundancy,TMR）设计方法可以有效缓解FPGA中的单粒子翻转问题。针对传统TMR设计方法的不足,提出了一种改进的TMR设计架构,并将该架构应用于某星载关键控制电路的设计中。文中的研究成果对SRAM型FPGA的空间应用有一定参考作用。     

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。