软件定义航天器系统架构设计

软件定义技术的高速发展有望引发航天产业新一轮的技术革新。文章分析了未来航天器发展的总体趋势和软件定义航天器的发展现状;针对未来航天器灵活、自主和快速的发展需求,提出了一种软件定义航天器系统架构,其具有设计分层化、接口规范化、硬件通用化、功能软件化和资源虚拟化等技术特征。相比以往的航天器系统架构,它将软件定义扩展至整个航天器,并充分考虑了航天器的固有特征。文章分析了该架构对未来航天器发展需求的满足情况,梳理了开放架构与规范、器载操作系统、器载超算平台和安全机制4项关键技术,并提出进一步细化系统架构、形成标准规范的发展建议。     

欧空局地面操作软件系统体系结构研究

文章主要介绍了欧空局地面操作软件系统(EGOS)的体系架构、功能组成。欧空局的EGOS框架是一种条理清楚的,标准化的体系结构,它涵盖了地面段所有主要软件的应用、中间设备以及较低层组件的需求,有效提高了地面系统软件各组件间的互操作性。希望通过对欧空局系统软件体系深入、细致地研究,较为全面的了解其中的先进设计和理念,从而对总装测控软件系统的建设工作起到借鉴作用。     

航天测控雷达标准开放系统架构研究

传统航天测控雷达采用封闭/半封闭的系统架构,系统功能和设备架构紧耦合,导致雷达改造升级实施难、拓展提高潜力小、维修保障工作繁。参考标准开放式体系架构的思想,对航天测控雷达进行功能域分解,形成航天测控雷达标准开放系统的软硬件架构,设计界面清晰、定义明确、层级合理的航天测控雷达系统功能视图。通过航天测控雷达标准开放系统架构研究,可缩短研制周期、降低维护费用,便于功能扩展。     

一种航天器综合电子系统业务及协议体系架构设计

对航天器综合电子系统的通用功能需求进行分析,设计了基于空间数据系统咨询委员会(CCSDS)标准和欧洲空间标准化合作组织(ECSS)标准的综合电子系统业务及协议体系架构。体系架构包含应用层、应用支持层、传送层和亚网层,可通过各层的业务及协议组合实现系统功能。从标准业务及协议的选择过程、业务及协议体系架构设计、解决的关键技术问题等方面进行详细阐述。该体系架构可为航天器的智能化和网络化提供技术支撑,实现器载接口及协议的标准化,促进航天器设备和软件的通用化,并为航天器提供更为灵活、强大的功能。     

某型弹道式飞行器分布式测试训练系统设计

针对弹道式飞行器技术准备流程复杂、测试仪器与设备体系庞大、施训环节易受制约等问题,提出了一种基于分布式交互仿真技术的测试训练系统框架.在分析某型弹道式飞行器测试训练系统功能需求基础上,在Visual C++6.0集成开发环境下,采用虚拟仪器仪表技术和高端数据采集技术设计了与实装软硬件人机接口一致的模拟系统;采用面向对象...     

从航天遥测地面记录器到航天遥测地面系统云

在总结航天遥测系统地面记录专业现状与发展趋势的基础上,梳理记录专业的发展主线,提出以记录设备信息架构升级和扩展数据融合处理功能为基础逐步实现航天遥测地面系统云平台的发展途径。探讨软件定义存储和开源存储技术对设计新型地面记录设备的影响,并针对三类软硬件平台,给出基于国产自主可控技术的地面记录设备研发思路。     

一种开放式模块化星载综合电子系统的设计与实现

为了提升卫星综合电子系统的标准化、通用化设计能力以及智能化、网络化应用水平，本文提出并设计了一种开放式模块化星载综合电子系统，通过了工程型号的实际应用验证。该综合电子系统以层次化的总线体系结构以及通用化的硬件模块、软件构件为基础构建形成一套标准服务功能包，能够根据不同的任务场景按需选装所需的功能单元，显著提升综合电子系统的货架式集成组装研制能力，同时借助统一的信息通信服务网络和软硬件基础组件，为综合电子系统的模块化升级扩展、设备级的功能重构与重组、系统级的故障容忍和恢复能力奠定了坚实的基础，为实现航天器整体的高质量、高效率、效益研制与运行提供了有力的技术支撑。     

基于RISC-V的多核可重构处理器架构研究

介绍了一种多核可重构处理器架构。该架构利用可重构片上互连使得锁步技术引入的冗余核可以分时复用,充分发挥多核带来的性能增长。在该架构下,软件开发人员可以通过对任务进行关键等级划分,使得非关键任务可以线程级并行执行,关键任务锁步执行,满足星载计算机对高可靠和高性能的需求。提供了该架构基于RISC-V (第五代精简指令集)的一种实现,并阐述了该架构下的软硬件配合机制。     

一种应用逻辑模型的通用星务软件架构设计

针对以往通信卫星星务软件研制面临投资规模大、功能复杂、研制周期短的问题,提出一种应用逻辑模型的通用星务软件架构设计。该架构由应用软件模块、服务软件模块和数据管理模块组成。应用软件模块通过分析通信卫星功能逻辑共同特点,设计并实现逻辑子动作、逻辑动作、逻辑序列3个层次的逻辑模型。服务软件模块能提供指令转发、数据传输、时间管理等通用底层服务,并分离于底层服务,应用抽象的逻辑模型开展软件业务逻辑设计。数据管理模块通过约定统一的数据协议,设计卫星参数、初始化装订数据的集中管理方法。与以往星务软件架构对比表明:通用星务软件架构能有效简化软件开发流程,提升软件质量和可维护性。     

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。     

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。     

IETM制作平台设计与应用

提出了一种用于大型装备的交互式电子技术手册(IETM)制作平台模型。介绍了平台的物理架构、功能架构和信息交换流程,给出了半结构化数据编辑、三维仿真和图形化故障隔离等关键技术。应用结果表明:基于新模型的IETM制作平台能快速实现电子手册制作,且展示效果和交互能力较强。     

以体系架构为核心的功能点估算

提高软件过程成熟度是当前软件企业关注的一个焦点，而软件估算能力是决定软件过程成熟度的一个重要方面。基于对IFPUG4．1方法研究的基础上，本文提出了以体系架构为核心的功能点估算方法(ACFPE)，并在文中详细介绍了ACFPE方法的使用准则和步骤。     

一种全域数据采集与交换载荷技术的研究

阐述了一种全域数据采集与交换载荷的工作原理，并对全域数据采集与交换载荷的系统设计和软硬件架构进行了详细论述。该载荷综合了ADS B、AIS、GNSS R、DCS四种类数据采集载荷的功能与特点，通过软件无线电（SDR）和异面构型天线解决了不同频段、不同体制信号同一载荷接收的硬件问题，并通过灵活的硬件架构实现了不同载荷功能的软件模块挂载化，实现了多载荷综合一体化设计。系统主要面向数据采集领域，其数据可以广泛应用于全球物流跟踪、海空航线监测与管理、海上紧急救援以及“一带一路”区域商业价值和潜力的大数据分析等。     

基于箭体系的最佳解耦姿态控制方法

提出运载火箭姿态控制的一种最佳解耦控制方法。传统的运载火箭姿态控制，是通过对火箭在制导坐标系（发射惯性坐标系）中定义的欧拉角，形成俯仰、偏航、滚动三个独立回路的姿态控制指令，控制弹体姿态稳定、快速地跟踪指令姿态角。由于控制力矩是分别绕箭体轴给出的，而箭体轴通常与欧拉角的瞬时转轴不重合，所以造成三个控制回路的耦合（只有当偏航、滚动姿态角皆为零时才完全解耦），因此欧拉角控制的解耦问题成为许多学者的研究课题，并给出了一些解耦控制方法，但都比较复杂，实现困难。本文提出的最佳解耦控制方法是基于箭体坐标系的，该方法是根据实时确定的箭体系到指令箭体系的方向余弦矩阵，确定一组箭体系分别绕各轴的转角△θx1，△θy1,△θz1，即箭体各轴同时转动角△θx1，△θy1,△θz1，后可使箭体系与指令箭体系重合，这样便保证了解耦和最小转角的最佳控制。该方法成功地应用于大范围机动变轨控制，也将适用于其它轴对称飞行器的控制。     

我国天基综合信息网构想

阐述了天基综合信息网的定义、组成和特征;介绍了美国和欧洲天基综合信息网的研究情况;提出了我国天基综合信息网的体系架构,其中包含通信卫星、导航卫星、遥感卫星、载人飞船等航天器和临近空间各种飞行器,以及地面系统。分析了该网络的特点和可用的网络协议结构;探讨了该网络的组网结构、网络协议、服务质量(QoS)路由、网络管理、网络安全防护、激光通信和星载处理交换等多项关键技术。依据国情,提出了我国天基综合信息网构想。此构想采用双层(地球静止轨道和低地球轨道)通信卫星星座和导航卫星星座,实现全球全时覆盖空间层航天器、临近空间层飞行器和地面层各种用户终端,通过星间链路、星地链路和地面线路组成一个空天地一体化的全球信息网络。在国外不设地球站的情况下,该网络可实现:国内测控站测控我国全球运行的卫星;国内遥感站实时接收我国全球遥感卫星发送的信息;国内关口站管理我国授权的全球用户站之间的互通信息。最后,提出了开展我国天基综合信息网的可行性研究建议。     

宽频段一体化硬件处理平台设计

为解决传统通讯卫星面临的问题,针对微纳卫星发展趋势和方向,将具备核心功能的载荷微小型化,提出了一种宽频段多功能一体化硬件平台设计方案,搭建的硬件平台具有体积小、重量轻、功耗低、集成度高、可重构的特点。为解决传统硬件平台功能固化,不能满足功能多、快速响应的问题,提出了一种基于软件无线电设计思想,构建宽频带可重构通用信号处理平台,最大限度使功能软件化,通过加载存储芯片中不同程序实现不同的算法功能,通过一体化设计有效实现高功能密度,大幅度地降低成本,缩短研制周期,通过部组件产品模块化、接口标准化,制定即插即用标准规范,从而构建面向不同应用场合和需求的硬件平台,为传统硬件平台提供了一种新思路,是未来硬件平台的发展趋势。     

高超声速飞行器Terminal滑模控制系统设计

针对高超声速飞行器模型的强非线性、快时变、强耦合和强不确定性,提出了基于动态逆和Terminal滑模控制的制导/姿控一体化设计方法.该方法将动态逆控制的非线性解耦能力与Terminal滑模控制的强鲁棒性有机结合,实现了模型的反馈线性化和多通道解耦,保证高超声速飞行器在存在参数不确定性和外界干扰的条件下实现稳定飞行.仿真结果表明该控制方法对高超声速飞行器是可行的.     

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。     

小型空间飞行器通用化遥测系统设计与实现

针对传统遥测系统多设备、复杂电缆连接架构无法满足小型空间飞行器对小体积、轻重量、自主化程度高的遥测系统需求的问题,提出了一种小型空间飞行器通用化遥测系统设计方法。该方法引入集成化、模块化设计理念,采用混合编帧、双时序设计和故障自检测等方法,设计形成了一种通用化架构,包含了多种硬件模块和软件单元,集成于遥测综合装置,满足了空间飞行器小型化轻量化要求,系统时序灵活,自主化程度高。地面和飞行试验表明,该方法可快速适配小型空间飞行器需求,体积小、重量轻,具有良好的应用前景和推广价值。