基于TMS320C6701的程序冗余加载设计方法

为满足航天产品高可靠性、高安全性的要求,用户对软件存储和加载方式也提出了更多的需求,如程序三区冗余备份、在轨重构等。TMS320C6701是一款高精度浮点数字信号处理芯片,其运算速度快、实时性高,近年来广泛应用于电机控制、轨道运算等宇航软件产品中。TMS320C6701内部程序区和数据区独立,设计师需要编写二次引导程序实现代码和数据的先后加载。根据TMS320C6701的加载特性,将二次引导与重构功能结合,设计了一个引导系统。引导系统对应用软件进行三取二判决,将判决结果加载至RAM中运行,并通过总线实现应用软件的更新。实验证明,该系统可以通过总线通信对应用软件重构升级,大大提高了软件的可靠性和可维护性,且缩短了单机研制周期和维护成本。     

“天宫一号”目标飞行器信息管理策略

“天宫一号”目标飞行器信息系统作为目标飞行器的重要功能系统,主要完成目标飞行器内部信息管理以及与地面和载人飞船的通信管理,确保目标飞行器的健康和稳定运行,支持目标飞行器各项任务的完成。文章对"天宫一号"目标飞行器信息系统的信息管理策略进行了概述,包括信息管理需求、设计原则、系统组成、主要技术特点以及可靠性安全性设计。“天宫一号”目标飞行器信息系统的信息管理策略经过首次无人和有人交会对接任务验证,满足任务要求,为后续空间站信息系统详细设计奠定了基础。     

小卫星新一代CAN FD总线应用技术研究

针对现有小卫星CAN总线通信能力无法满足大规模星载软件在轨重构需求,文章在剖析高传输速率灵活可变数据率控制局域网络(CAN FD)总线技术特点后,提出了适用于小卫星软件在轨重构的新一代CAN FD总线技术应用方法,设计了卫星数据模型(SDM)、总线动态数据实时管理协议,进行了小卫星CAN FD总线架构设计,以及基于小卫星即插即用技术、静动态信息融合的CAN FD总线时序设计,解决了传统CAN总线协议无法适用于小卫星即插即用、高传输速率下总线通信时间占用率过高的瓶颈问题;通过设计CAN FD总线节点,对星载星务主机与下位机之间CAN FD总线通信进行了测试验证,结果表明:CAN FD总线通信协议很好地支持节点的即插即用,通信速率可以达到5 Mbit/s,满足小卫星星载软件的重构需求,可为后续小卫星工程应用提供参考。     

“天和”核心舱数据管理分系统设计

<正>空间站核心舱作为超大型的复杂航天器,由于其规模大、产品数量多、数据量大、信息交互复杂、长期在轨运行的特点,对信息系统的性能、可靠性及自主能力提出了很高的要求。数据管理分系统(以下简称“数管分系统”)是空间站信息系统的核心,实现整站及单舱系统级任务和信息管理功能。数据管理分系统通过三层总线网络实现对整舱信息的融合管理,利用标准化的软件分层架构提供软件通用性,采用并行调度实现多总线、多终端的信息交互,基于统一策略实现了飞行程序的常规管理和快速恢复。     

空间站系统航天器间1553B总线网络的路由机制研究

针对空间站系统多个航天器上多条1553B总线组成的总线网络上的复杂数据交互需求,提出了一种面对用户数据包的集中式高效静态路由机制,可实现航天器内和航天器间各类平台数据的稳定可靠传输。该机制简化了传输层和网络层的协议,通过对应用层数据包进行总线采集和查表寻址实现了一对一路由和组播路由,显著提高了系统资源的使用效率。文章给出数据包应用层协议、路由表配置和路由过程控制方法,并描述该机制在空间站系统的应用验证情况。实测数据表明:与广泛应用的UDP/IP协议相比,采用该路由机制能够明显降低协议开销,提高有效数据传输效率,更适用于多航天器设备间的数据交互。最后,探讨了各类飞船和来访航天器应用该机制实现与空间站数据交互的方法。     

基于软件定义的航天器分布式电源系统设计

针对电源系统架构灵活性的需求,提出了一种基于软件定义智能功率单元的可重构航天器分布式电源系统设计。给出了系统的分布式架构,采用了一种可软件定义的标准功率单元实现所有发电单元、储能单元的分布式接入。智能功率单元可以通过星载计算机软件定义工作模式,满足不同单元的接入需求。通过搭建分布式电源系统仿真模型,对不同故障情况进行了验证,结果表明:分布式电源系统的可重构控制策略,实现了电源系统高可靠运行。最后,对提出电源系统设计的优势进行了总结。     

低轨卫星可重构通信系统设计

提出一种适合于在轨重构的低轨卫星通信系统软、硬件架构方案,从工程实施角 度探讨包括天线、RF前端和基带处理单元在内的可重构硬件平台、可重构策略与软件控制流 的可行性,分析了可重构卫星通信系统实现的关键技术。利用软件无线电技术,分析了基带 和射频前端分离,可裁减、复用式平台实现的基本路径,以及基带、射频天线单元重构的实 现方法。通过各常规通信模式射频前端和数字部分的灵活组合,同时支持多频点、多模式的 通信制式,达到节省硬件成本和提高系统灵活性的目的。最后研制了一个可重构卫星通信地 面测试原理样机,模拟了卫星有效载荷和地面通信站在IS-95体制下两种CDMA加密码字间的 动态重构,有效验证了本文提出的可重构策略的正确性与合理性。
     

基于CAN总线节点的标准化测试系统设计

本文拟对导弹测试系统实现标准化,完成了基于CAN总线节点的标准化测试系统设计过程及功能测试。文章详细讨论了标准化测试系统的设计过程,采用可复用设计思想,对测试系统各设备实现基于CAN总线节点的标准化设计。设计首先针对测试系统中的共有成分进行硬件与配置接口设计,之后重点突破非共有成分的标准化设计与配置接口设计。该标准化测试系统通过控制台确定配置界面和选项,上位机编译程序软件实现具体测试功能。测试结果表明该CAN总线标准化测试系统工作稳定,功能完善,满足设计需求。     

VxWorks环境下基于Zinc的GUI任务与非GUI任务之间的通信

在许多嵌入式应用场合都需要设计和实现图形用户界面,图形用户界面(GUI)任务与非GUI任务之间的通信方式对系统的实时性具有很大的影响。本文介绍了VxW orks支持的任务之间进行通信的各种方式,给出了选择任务之间通信方式的原则,介绍了Z inc的事件模型。根据嵌入式地理信息系统中非GUI任务与GUI任务之间的通信需求,提出通过用户定义事件的形式实现从非GUI任务到GUI任务的数据通信,并详细地给出了用户定义事件的定义、发送、接收与处理方法。实验证明该通信方式能够很好地满足系统各方面的实时性要求。     

基于CAN总线的全自主移动车辆信息网络设计

面向全自主轮式移动车辆设计了基于CAN总线的控制-感知-导航通信系统。提出了CAN总线带宽分配原则及通信协议,并针对典型导航传感器系统进行了通信负载-可靠性试验,给出了多自主移动车辆的信息网络的建立方法。实验结果表明:基于CAN总线实现车体导航-控制可满足自主控制的实时性和可靠性要求。     

多星多任务数传数据实时处理系统设计

针对卫星地面应用系统支持多星多任务的运行控制需求,设计了数传数据实时处理系统。采用调度中心与处理程序集协同工作的方式,在不借助消息传递接口(MPI)和第三方调度软件的前提下,实现了数传处理作业的集中式调度、分布式并行处理;设计处理作业调度策略,实现了实时任务优先、事后任务排队以及处理资源负载均衡;设计模块化拆分的处理程序集,实现了处理系统的高性能、可复用。工程实践结果表明:文章所介绍的处理系统能够同时支持4颗卫星、3个地面站、实时及事后2种模式数传处理任务,处理的实时数据率优于150 Mbit/s。     

变结构控制在导弹总线网络控制中的应用研究

随着导弹数字控制技术和网络通信技术的发展,数据总线传输方案越来越受到重视.以数据总线为核心的导弹总线网络控制系统能够有效克服传统通信网络的弊端,改善系统性能,然而由于信息传输分时复用通信网络,系统延时是不可避免的.本文利用接收缓冲区,将时变延时转变为固定延时,并在此基础上,对导弹总线网络控制系统提出滑模预估控制器设计方法.仿真结果表明,这种设计方法是有效的.     

萤火一号火星探测器综合电子分系统方案

对萤火一号(YH-1)火星探测器的小型化、集中式综合电子分系统方案设计进行了研究.介绍了双CPU单总线体系结构、系统重构设计、系统小型化设计和系统抗单粒子效应设计.给出了综合电子分系统软件功能及其采用的基于软件总线的开放式结构.设计的YH-1火星探测器综合电子分系统在有效实现小型化的同时能保持较高的可靠性,具自主故障诊断和系统重构的能力.     

航天器百千瓦级分布式可重构电源系统设计

随着大功率通信卫星、高分辨率SAR卫星、大功率电推进航天器、核动力航天器、大型在轨服务站等对超大功率能源系统需求不断增强,100 kW超大功率电源系统成为未来大功率航天器电源系统的发展趋势。文章结合航天器电源系统研究基础,对100 kW电源系统的高压、大功率、分布式的任务特点进行分析,设计一种分布式可重构电源系统,提出了系统拓扑架构和相应的控制策略,并对高压大功率变换控制技术、多通道能源管理技术、高压大功率元器件技术和系统可靠性、安全性技术进行研究。对文章提出的电源系统进行软件建模和仿真,结果表明:100 kW电源系统拓扑架构和管理控制策略合理可行,系统稳定性较好,鲁棒性强,可为后续大功率航天器电源系统研究和设计提供参考。     

支持多主通信的星载CAN总线应用协议设计

为提升星上设备间信息交互灵活性,文章对现有小卫星星上CAN总线应用层通信协议进行了改进,新的应用层协议通过合理的地址域设计、地址编排、屏蔽策略设计,使得该协议可以灵活支持总线设备多主通信,同时为了确保卫星系统按照一定的节拍有序运行,建议对总线采取周期调度下的多主通信模式。文章通过构建多主通信场景对该协议进行验证,结果表明该协议可以有效支持总线节点多主通信、组播、广播等,提升了总线通信的灵活性和通信效率。     

面向航天领域的模型驱动软件设计开发方法

针对航天嵌入式任务关键软件特点,研究基于AADL模型,实现对其结构模型、行为模型、故障模型和执行模型的多维度描述。通过构造其代码规则模板,实现从模型到源程序的自动化映射,降低编程工作量。研究将AADL模型转换为故障树模型和时间自动机模型,分析验证软件安全性与可调度性;通过构建航天领域模型库,支持大规模软件复用。最后,基于所开发的航天型号软件模型驱动开发平台,对航天飞行器GNC系统的软件开发进行了初步验证,结果表明模型驱动的软件开发方法能有效提高航天型号软件开发效率和质量。     

利用地月间空间站的载人登月飞行模式分析

为提高空间站利用率，降低载人登月任务成本，有效开发地月空间，研究了基于地月空间不同轨道空间站的载人登月飞行模式。首先对比直接往返登月飞行模式，对基于空间站的载人登月飞行模式进行任务分析，通过空间站将载人登月任务解耦为载人天地往返任务和登月任务两部分；其次通过轨道设计和稳定性分析提出考虑登月任务需求的地月间空间站可运行轨道和停泊点；最后建立一套飞行模式评价模型，从速度增量需求、飞行时间、空间环境、登月任务窗口、测控条件、交会对接技术难度、后续任务支持性和任务可靠性方面对6种不同位置空间站的登月飞行模式进行分析和定量评价。评价结果表明基于L2点Halo轨道空间站的载人登月飞行模式为更优飞行模式。     

国产化测控系统可重构软件平台设计与实现

软件平台是国产化测控产品体系建设系列平台的重要组成部分。首先介绍基础软硬件平台和测控系统软件需求,然后针对这些需求和约束,说明测控系统软件平台的体系架构,并针对关键功能的实现进行了详细介绍。国产化测控系统可重构软件平台采用对象共享、标准接口、远程调用等技术,满足测控系统分布式需求,同时通过应用程序配置、动态加载、软件总线、标准接口及设备配置管理实现系统重构,为测控系统动态重组提供了支撑。可重构软件平台的成功研制推动了测控系统国产化的进展。     

面向对象技术在测试软件设计中的应用

近年来 ,面向对象技术在构造可复用与可重构软件方面得到了广泛的应用 ,文章中介绍了面向对象技术在测试软件设计中的应用 ,由于类和对象的封装性、继承性的特点 ,使得面向对象的测试软件可以在类的层次上进行重构和复用 ,从而可以更有效地适应变化的需求     

空间电源数字孪生系统

数字孪生系统是一种详细描述现实系统的数字化模拟系统,基于虚拟空间中的模型理解、预测、优化和控制现实系统,与现实系统具有实时性、同步进化性和交互性。为满足未来空间飞行器智能化、高机动性、多目标任务的特点,需要提升空间电源系统智能化监测管理能力。本文分析了空间电源数字孪生系统的构成要素,从数字孪生模型构建、新型传感技术以及数据驱动原理出发,构建数字孪生系统。依据天上-地面-数字空间各1套电源系统的原则,实现对空间电源荷电状态、电源健康状态等性能进行精准状态诊断和预测并优化控制策略,在保证飞行器任务实现的前提下提高电源系统的可靠性。