航天器综合电子系统在轨重构容错技术研究

重构容错技术是指利用可重用的软硬件资源,根据不同的任务需求或故障情况进行重新配置,从而可以实现在轨升级或故障修复。文章在介绍重构容错技术的基础上,以NASA的SpaceCube处理器和BittWare公司的重构处理器为典型案例,阐述了其系统构架、重构容错设计和应用情况,总结分析了航天器综合电子系统重构容错技术的优势,如减少系统的冗余和备份,降低制造和修复成本,实现系统内部局部故障的自修复等。借鉴国外重构容错技术的发展和应用,总结出国内航天器综合电子系统重构容错技术应用存在的问题,如缺乏标准化的功能模块设计、在轨故障诊断精度较低等,并提出应开展在轨重构需求分析,以及功能模块化和可重构性的方案设计等建议,可为国内航天器综合电子系统的在轨重构容错设计及相关研究工作提供参考。     

智能化航天器综合电子系统需求分析及其体系架构探讨

针对航天器在自主任务规划、自主健康管理、信息实时处理、天地一体化网络等智能化和网络化方面的需求,对现有综合电子系统的处理能力、信息传输能力、网络通信能力等存在的差距进行分析,提出了一种智能化航天器综合电子系统的体系架构,并从硬件模块化设计、业务和协议标准化设计、软件分层及构件化设计3个方面给出了具体的方案。文章提出的体系架构能提供高性能的计算和处理平台,支持高速数据传输,支持器内、器间一体化联网,支持载荷信息融合等智能化处理,可提升航天器的智能化、网络化能力,提升航天器的好用性和易用性。     

基于TTEthernet的综合电子系统通信网络研究

星上总线技术是综合电子系统的关键技术之一,决定了星上电子设备的功能划分及整星信息系统的可靠性设计。选择时间触发以太网(Time-Triggered Ethernet,TTEthernet)作为综合电子系统的核心总线,从网络通信机制、时间同步计算和容错性能等方面分析了TTEthernet的特性及其星载应用的优势,并在此基础上构建基于TTEthernet的综合电子系统通信网络,提出了该通信网络在拓扑结构、系统同步过程和通信协议等方面的具体实现方法,对TTEthernet在卫星中的应用进行了探索,可为TTEthernet在航天领域的研究与应用提供借鉴。     

北斗三号卫星综合电子系统设计

作为在轨网络化与智能化信息处理的中心，北斗三号卫星综合电子系统采用分级分布式网络体系结构，以网络化、扩展性、高可靠为原则，实现星座复杂业务信息统一处理和共享。基于标准空间链路协议、空间子网与星内子网分级网络拓扑实现通信网络化，基于接口标准化实现软硬件模块灵活扩展，基于分级故障检测与处置、功能与信道容错、可靠重构与维护及自主健康与任务管理技术保证卫星服务连续性。工程实践表明，北斗三号卫星综合电子系统有力支持分组分批研制及长期可靠智能自主运行，为未来大型复杂航天器电子信息系统的设计提供参考。     

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。     

一种雷达与电子侦察一体化多通道接收组件的设计

随着近年来现代电子技术的全面发展，针对射频前端单一器件模块级的小型化、高性能研究已初步凸显成效，但从系统层面出发统筹考虑设计低成本、高性能、小型化综合电子系统的研究报道还很少。从雷达和电子侦察基本工作原理出发，根据雷达和电子侦察各自的指标要求，对组件的链路和结构进行设计，提出了一种12通道的雷达与电子侦察一体化接收组件，给出了实物指标测试结果，所有通道噪声系数均小于3dB，雷达接收通道增益均在45±2dB，镜频抑制大于60dB；电子侦察接收通道增益大于20dB，相邻通道间的隔离度大于40dB。此次设计对未来实现更复杂的低成本、小型化高性能综合电子系统有重要意义。     

一种星载综合电子系统数据处理技术

针对以高性能通用计算机为硬件平台、星载操作系统为软件平台的星载综合电子系统,提出一种综合电子系统数据处理单元的设计方案,即基于SpaceWire总线的数据处理单元,并对实现技术作了分析与说明。     

采用观测器的偏置动量小卫星姿态容错控制

针对偏置动量小卫星的自主飞行问题，提出一种基于不确定项观测器的滑模容错控制方法。应用欧拉-拉格朗日系统的干扰观测方法设计不确定项观测器，对动量轮输出力矩变小、磁力矩器线圈电阻漂移等执行器故障以及小卫星外部环境力矩等不确定项进行估计，理论推导证明该观测器的观测误差一致最终有界(UUB)。基于不确定项观测器的估计值，设计补偿控制项，并与滑模控制器的控制力矩合成实现姿态容错控制。从理论上证明该容错控制方法能够使小卫星姿态快速收敛至滑模面。该容错方法无需做小角度假设，对执行器运行状态信息依赖性低。仿真结果表明，本文建议的容错控制方法具备可行性，实现了对小卫星姿控系统中不确定项的观测估计和容错控制。     

国产化信息处理平台设计与实现

针对当前密码设备国产器件应用率低、性能差等缺点,设计一种基于龙芯3A+2H及高性能FPGA的自主可控全国产化高速信息处理平台。平台支持高达千兆的数据传输速率,支持多路数据流并发处理,单流加解密处理码速率高于10Mb/s。为保证系统安全可靠,平台还引入了三重防护设计。详细阐述信息设备的软硬件设计及关键技术,并给出试验验证结果,为国产自主可控信息处理平台的实现和国产操作系统的应用提供参考。     

时间触发型FlexRay总线星载应用研究

提出将具备时间触发特征的新一代车载总线FlexRay引入小卫星星上电子系统,分析了FlexRay总线访问机制、数据帧结构、容错特性、网络时间同步等对星载应用的适应性,并给出基于该总线的星载网络设计及应用思路,对星载网络拓扑结构、节点信息传递方式、总线通信应用协议、网络节点实现等进行了初步设计,可为该总线的星载应用提供一定的技术参考。     

基于视线制导的空间自主交会故障诊断与容错控制集成设计

为提高空间自主交会最终逼近段航天器的安全性,提出了一种椭圆轨道自主交会问题的故障诊断与容错控制集成设计方法.对于视线制导坐标系下的空间自主交会追踪航天器推力器故障,首先基于鲁棒H∞理论设计了非线性容错控制器,并基于Lyapunov稳定性理论设计了 一种自适应故障观测器,最后使用Matlab的LMI工具箱完成该观测器求解.仿真结果表明:该法简单、有效,有较高的理论和工程应用价值.     

微小卫星综合电子系统综述

微小卫星由于其质量轻、体积小、发射周期短等方面的诸多优点,在军用领域和民用领域得到了广泛应用。随着微小卫星功能密度的增加和性能的提升,微小卫星综合电子系统的复杂度也在日益增加,选择高性能的处理器、总线标准和处理器架构对微小卫星的发展有着重要意义。本文首先对近几年微小卫星的发展进行了梳理;然后列举了微小卫星综合电子系统的基本组成,对不同模块的功能进行了简单介绍;其次通过对比不同微小卫星综合电子系统中处理器、总线和操作系统的应用情况,针对不同软硬件的优缺点进行了对比分析,总结出了适合微小卫星综合电子系统的最优选择;最后对影响微小卫星的发展的关键技术进行了分析,并在此基础上对微小卫星综合电子系统的发展进行了展望。     

航天器遥控FPGA片上容错设计技术研究

结合深空探测项目研制任务研究遥控数据接收处理电路FPGA片上容错设计技术。在研究航天器遥控数据接收处理电路数据模型的基础上,提出遥控数据接收处理电路FPGA片上小粒度自主备份容错设计方法;应用此新方法进行遥控指令通道FPGA设计优化;针对FPGA缺陷成团性,进行遥控指令通道FPGA布局优化,最终设计出能够自主容错,容错能力更强,可以应对缺陷成团性影响的新一代遥控指令通道FPGA。这一FPGA的实现,验证了文中提出的新方法,也为未来深空探测项目、微小卫星等提供新的遥控产品。     

高可靠航天计算机的容错设计方法

本文根据星载计算机研制和飞行试验的经验,从理论和实践相结合的角度对高可靠航天计算机的容错设计方法作了分析综合。其中着重对容错结构的选择、故障检测和诊断方法、故障处理对策和容错管理进行了论述。最后提出了几个值得重视的容错课题。     

航天器空间自主交会故障诊断与容错控制的集成设计

提出了一种航天器圆轨道自主交会故障诊断与容错控制的集成设计方法。在考虑推力器输出约束的情况下,完成了故障诊断与容错控制的集成设计,该集成设计包括鲁棒容错控制器设计和鲁棒故障观测器设计两大部分。为了提高交会过程中的过渡性能,对该控制器完成了鲁棒D稳定性分析。仿真表明该设计具有良好的动态性能和对推力器故障的容错性,并且能够快速准确地诊断出推力器和交会敏感器的故障。     

基于联邦卡尔曼滤波的月球车自主导航方法

月球车自主导航系统是其完成月球探测任务的基础和关键,因此针对月球车导航的特殊要求设计了一种基于天文导航与航位推算相结合的月球车自主导航方法.首先根据月球车运动模型建立了系统的状态方程,然后利用太阳敏感器测量的太阳高度和方位角为观测信息建立了天文子导航系统,以航位推算系统输出的航向角速率和月球车行进距离为观测信息建立了DR子导航系统,并采用了联邦卡尔曼滤波实现导航信息的最优估计和信息综合以增加导航系统的可靠性和容错能力.最后,通过计算机仿真证明该方法具有很好的位置和航向估计精度,同时该方法有效提高了月球车导航系统的可靠性和容错能力,是解决月球车自主导航问题的一种有效而实用的方法.     

21世纪国外深空探测的关键技术(下)

(八)综合电子系统技术 综合电子系统将深空探测器的遥测、遥控、自主控制和管理等功能综合在一个以微处理机为主的系统中,达到信息共享.关键技术包括嵌入式计算机系统技术、数据总线技术、大容量存储技术和微型元器件技术.发展方向是小型化和集成化.     

一种分布式航天器综合电子系统设计

以综合电子系统层次模型为基础,提出并实现了一种分布式航天器综合电子系统设计方案。该方案以标准通用硬件模块、ASIC芯片、分层总线体系结构和空间通信协议体系作为基本的技术支撑,采用分布式的协同和并行处理,既可以提升信息网络服务能力和信息计算处理能力,也可以实现硬件模块和资源的共享及任务迁移和系统重构。在航天器上的应用表明:此方案可有效提升综合电子系统的运行效率及任务处理能力,增强综合电子系统对故障的容忍和处理能力,也能够显著提高综合电子系统的研制效率和产品化程度,使综合电子系统为构建高可靠、智能化的航天器提供所需的技术保障。     

以综合电子技术构筑航天器智能化的坦途

未来航天任务要求航天器具备在轨智能处理的能力,而综合电子系统是航天器智能化的中心。一种为未来智能化应用开发的航天器综合电子系统,将传统的遥控、遥测和数据管理功能集成为一个简便易用的标准服务功能包,同时在具有统一信息网络服务的通信能力,以及支持分布并行计算、模块化扩展升级、系统重构的计算能力和存储能力等,为在轨智能处理建立了所需的硬件和软件支持。利用这些基础结构,应用过程可以专注于航天器智能处理的实现,从而完成各种复杂任务。     

面向下一代运载火箭的综合电子系统集成技术

介绍了面向下一代运载火箭分布式模块化电子系统(DIMA)的集成技术及系统架构。针对下一代运载火箭复杂电子系统的特点，按照系统集成的路线，对系统设计目标、系统功能需求分析、系统抽象机制、系统综合技术等多方面进行论述。首先，根据电气系统功能获得系统需求，采用功能抽象和层次抽象定义系统抽象模型，提取出高内聚低耦合的原子功能模块，并对模块的属性、交换关系、时序约束关系等进行定义；然后采用可视化表征方法对系统进行深入分析，利用系统综合技术实现了从系统功能到硬件资源的映射，从而给出了集成控制单元和模块的种类；随后采用分时分区的设计理念对系统节点分区划分方案及容错架构进行了定义，并对分区操作系统的调度模型和交换式的数据交互网络进行了论述，最终给出了系统软硬件架构。