微小卫星星务计算机系统的容错控制策略研究

微小卫星系统是一个可靠性要求很高的系统,需要由具有容错能力的星载计算机来控制。针对微小卫星重量、体积、功耗的限制,提出了一种微小卫星的星务计算机系统的可靠性设计方案,设计中采用双模冗余方案搭建系统的容错结构,并根据卫星的运行要求提出了适用于微小卫星的温备份方式容错控制策略,介绍了一些用于支持温备份方式容错控制策略的关键技术。通过分析在微小卫星设计中的适用情况,温备份策略从硬件开销和时间开销两个方面都有利于卫星的设计。在立体测绘微小卫星“试验卫星一号”的星务计算机系统中的应用表明,提出的可靠性设计方案能够提高小卫星的可靠性、安全性以及实时性。     

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。     

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。     

分布式容错计算机系统在航天器上的应用

计算机容错技术是提高系统可靠性的强有力手段，卫星星上数据管理系统是高可靠性的分布式容错计算机技术系统，在硬件和软件的设计中，应用了故障检测、故障屏蔽和动态冗余等多种容错技术，本文从理论和工程实践两个方面介绍了各种容错技术在航天器上的应用。     

分布式容错计算机系统在航天器上的应用

计算机容错技术是提高系统可靠性的强有力手段,卫星星上数据管理系统是高可靠性的分布式容错计算机系统,在硬件和软件的设计中,应用了故障检测、故障屏蔽和动态冗余等多种容错技术,本文从理论和工程实践两个方面介绍了各种容错技术在航天器上的应用。     

容错箭载计算机的硬件故障注入方法研究

容错机制和设计方案的正确性验证是容错箭载计算机研制的重要环节,验证方法有理论计算、软件模拟和硬件模拟等3种。硬件故障注入法采用人为引入故障方法可加速系统的失效,并通过观察系统在出现故障之后的行为反应对容错计算机系统的容错能力进行评价,更适合工程应用。本文研究采用硬件故障注入方法和特定容错测试仪,对容错箭载计算机的容错机制和设计方案进行了正确性验证,为容错箭载计算机的工程应用奠定技术基础。     

空间环境下COTS计算机的抗SEU容错体系结构设计

针对空间辐射环境下的单粒子翻转效应,结合COTS器件的特点,介绍了一种空间环境下COTS计算机的嵌入式解决方案,并结合应用的要求给出了抗SEU容错体系结构的设计方案—基于COTS器件的多级容错结构。文章分别从芯片级、模块级和系统级3个容错粒度展现了空间计算机容错体系结构的设计思路,最后还利用了混联模型分析并计算了系统的可靠度指标。     

未来“拼”星去太空

小卫星在各领域得到广泛应用,从单颗小卫星,到小卫星星座和分布式小卫星系统编队飞行,从小卫星采用全新的推进剂等先进的技术,到采取创新的设计思想,未来小卫星将有优于大卫星的功能和成本效益,其发展前景将无法估量。     

小卫星批量化生产之检漏技术改进

着眼于提高小卫星批量化生产的检漏工作效率,从小卫星的一般检漏流程及方法出发,分析小卫星批量化生产的特点,提出推进系统增加检漏自锁阀的设计方案,研究了采取压降法差压检漏完成总漏率测试的可行性,并对卫星批量化生产检漏进行了流程优化及方法改进。研究结果对提高小卫星批量化生产的检漏效率具有参考价值。     

航天器微振动力学参数测量单元设计与验证

针对某新型气象卫星的在轨微振动测量需求,分析微振动对于卫星及其精密载荷的影响,提出一种具有可切换量程和较高故障容错能力的卫星微振动测量单元设计方案。通过地面试验数据与在轨数据的对比,证明该系统能够准确辨识整星及高精度载荷在不同工况下的微振动力学数据。该系统功能的成功实现为进一步优化星体结构、改善高精度载荷工作环境提拱了大量真实可靠的数据,也可为后续我国卫星的微振动技术研究和微振动抑制提供参考。     

通用容错测试仪GFTE的设计与实现

故障注入是一种有效的测试和评价容错机制的方法 ,可被普遍应用于容错计算机系统开发的各个阶段中。本文提出了一种基于嵌入式故障注入的容错设备测试方案 ,称之为GFTE ,是针对以 80 4 86 ,80 386 ,80 86为处理器的容错计算机系统设计的。文中详细讨论了GFTE的三个组成部分 :测控模块、通用管理模块和注入器的设计 ,并介绍了这三个部分所采用的实现方法     

神经网络在火箭容错控制中的应用

利用解析冗余思想和神经网络的非线性映射能力，提出了基于神经网络的故障检测和容错控制框架，以此实现解析冗余，并将其应用于火箭稳定回路容错控制设计，仿真研究表明，该方案设计思想正确．具有一定的实用价值。     

STD总线双机容错系统

本文论述 STD 总线双机容错系统的设计与实现,该系统为工矿企业提供高可靠性的处理机模块。本系统采用双机容错原理,模块内部包含两个CPU 协同工作,还可用同样的处理机模块作为热备份,当运行模块失效后系统能自动切换到备份模块运行,实现系统的不间断运行。文中最后讨论了系统的软硬件结构及主要实验结果。     

一种超静平台主动指向容错控制方法

针对超静平台主动指向控制中的作动器故障问题,提出一种超静平台主动指向容错控制方法。首先,基于超静平台的一般动力学模型,推导用于指向控制的解耦模型和标准解耦矩阵,将超静平台由高度耦合的复杂多输入多输出系统变为多个相对简单的单输入单输出系统,有利于控制器的设计和容错控制方法的引入;在此基础上,针对作动器的故障问题,提出指向控制重构策略,并建立新解耦矩阵;进一步,提出基于解耦矩阵条件数最小的冗余自由度选择方法;最后,进行了数值仿真分析。仿真结果表明：基于冗余自由度最优选择的主动指向容错控制方法能够最大限度地减少作动器故障对超静平台主动指向控制效果的影响。     

容错冗余传感器系统与可靠性计算

讨论了正交式、斜置式冗余传感器系统的可靠性计算问题，当考虑故障检测与隔离技术后，讨论了系统配置的Ｍａｒｋｏｖ模型及其状态转移矩阵。针对由六个加速度计构成的斜置式冗余系统，给出容错系统的可靠性计算模型及相应的任务可靠性计算。     

斜装陀螺系统及其故障检测

分析了陀螺系统构型对卫星可靠性和姿态控制系统性能的影响，基于６个陀螺全部斜装的八面体构型，设计了等价空间故障检测算法。仿真结果表明，采用这种陀螺构型和故障检测算法，系统可检测较小幅度的软故障，从而获得优良的容错性能。     

转动惯量未知的再入飞行器姿态容错控制

针对升力式再入飞行器再入过程中执行机构发生故障的情况，基于反步法思想，设计了一种无需飞行器转动惯量信息的姿态容错控制律，同时，该控制律能有效地抑制外界干扰。控制律的设计除了给出稳定性证明外，还给出了误差上界与控制参数的关系。以临近空间飞行器X-33为模型进行了数学仿真，结果表明了该控制律的有效性。     

航天器故障诊断与容错控制技术研究综述

详细综述了航天器故障诊断与容错控制的研究进展。重点从基于模型的方法、基于数据的方法和基于知识的方法三个方面分别阐述了航天器故障诊断技术的研究进展，并且总结了航天器容错控制技术的研究现状，然后介绍了国内外的一些相关技术项目的开展情况，最后对未来可能的发展方向进行了探讨。