基于在线加载分区机制的重构方案的设计与实现

随着综合模块化航空电子系统（IMA）结构技术的发展，对航电系统的安全性和可靠性的要求也进一步提高。本文提出的IMA重构方案基于VxWorks653系统中的在线加载分区(Online-Loaded)机制，可以做到对应用程序的动态加载，使得IMA系统在发生故障时能按预设的配置进行功能迁移，从而实现IMA系统的重构。在该重构方案的基础上还同时设计了分步加载技术。测试验证表明，分步加载技术明显减少了重构的耗时，提高了重构的效率。     

基于分布式IMA平台的系统健康管理的设计与实现

随着分布式综合模块化航电（分布式IMA）系统的深入应用，需要针对分布式IMA平台的健康监控、故障管理、系统容错重构、系统运行日志等健康管理能力进行进一步研究。本文深入研究了 VxWorks653操作系统中的健康监控机制和ASAAC标准中的系统管理技术，以此为基础设计并实现了分布式IMA平台级和系统级的健康管理方案。在本文的方案中，对 VxWorks653操作系统的健康监控机制进行改进，使其能够满足自定义的故障处理需求，将ASAAC标准中的系统管理技术和IMA系统内故障信息的收集相结合，实现了对IMA系统内各进程、各分区、各模块乃至整个IMA系统进行健康管理。     

一种策略可配置的IMA系统故障管理方法

随着综合化模块化航空电子(IMA)系统的综合化程度增加,其故障发生概率及类型增多,且IMA系统在功能升级、集成过程中,其故障管理方式不断迭代、管理难度增加。提出一种可灵活策略、可配置的故障管理方法。方法基于IMA平台构建于分区OS上,参考ASAAC标准管理层级,提出预先配置故障管理策略及多级权限的管理机制,解决了传统故...     

二十一世纪航空技术(12)——认知工程

如果从航空技术的整体发展看,在今后20～30年里信息科学和人素科学在航空领域必将发挥更重要的作用.飞机特性及性能的重大改进是可能的,但如不包括系统容量、安全性及使用方面的主要缺陷的改进,特性及件能的改进也无法有效地实现.为此,信息科学和人素科学将发挥中心及主动作用:信息科学可以实现在保证安全工作的前提下扩充容量,而人素研究对用于获得全面平衡发展的高度综合化运输系统.在本研究报告中,“信息科学”这概念包括用于采集、存取、检索、分配、检查与核查、确认、传送及显示飞     

某民用飞机显示系统仿真器的设计与实现

航电系统仿真平台以其灵活方便和低成本特点,支持综合航电系统的预先研究、方案设计、详细设计、系统综合,成为综合航电系统研制过程中不可或缺的设计手段。给出了IMA系统仿真平台显示系统仿真器的详细的设计和实现方案,首先介绍了IMA系统仿真平台的组成,接着介绍了显示系统仿真器的组成架构,并对显示系统仿真器的硬件配置、航电网络配置、人机交互界面和逻辑处理进行了详细的介绍。最后经过IMA系统仿真试验样件验收测试程序的测试,验证了显示系统仿真器满足验收测试程序的各项功能和性能要求,满足了该型号显示系统仿真器的试验要求。     

民用飞机综合模块化航电系统分区和资源分配的研究

对比航电传统系统架构,分析了综合模块化航电系统(Integrated Modular Avionics,简称IMA)架构的优点;针对IMA系统功能的高集成度带来的资源分配难度和安全性要求,提出了IMA系统分区和资源分配策略,并给出了具体方法,对民用飞机IMA系统设计具有一定的指导意义和实用价值。     

民用飞机综合模块化航电系统资源状态监控技术研究

随着处理器和机载嵌入式实时分区操作系统等相关技术的不断升级换代,IMA系统功能的集成度也越来越高,高集成度增加了系统资源分配的难度,需要通过对系统资源状态进行实时监控和分析进而不断优化系统配置。首先对IMA系统的分区特性进行了深入研究,基于探针插桩监控数据采集技术,提出了一种系统行为和时间资源状态监控的策略。研究了数据监控采集系统的软件架构,在此基础上设计和实现了系统行为监视器和时间资源监视器,并在某民机重点预研课题中进行了应用验证。结果表明,能够有效帮助应用开发者和系统综合者直观分析系统时间性能瓶颈,优化资源配置方案,实现计算资源的负载均衡。对IMA系统资源状态监控及资源配置优化具有一定的指导意义和实用价值。     

综合模块化航空电子系统结构的最新发展及挑战

随着综合模块化航空电子结构（IMA ）的广泛应用,对 IMA 的开发和概念解读也随之变得重要。目前,在实现了第一代IMA平台的基础上,第二代IMA平台的架构已提上日程。本文分析了开发下一代IMA平台可能面对的挑战,一是重新配置的能力,二是以多核处理器为代表的COTS处理设备的综合。本文将从重构、多核平台的建构、以及模块化测试等方面对第二代IMA做一个多维、立体的分析。     

IMA架构的远程数据接口单元实现

综合模块化航空电子(IMA)架构具有成本低、高度灵活性和易扩展性等特点,已被越来越多的飞机采用。远程数据接口单元提供接口资源,它是IMA平台的重要设备之一。可配置的远程数据接口单元对降低飞机的成本有着巨大的好处。对比了联合式航空电子和IMA架构,并研究远程数据接口单元的需求;从需求出发,基于DO-297标准定义的IMA特点,提出了远程数据接口单元的设计思路;然后基于当前行业水平和工程经验,提出了三种可行的设计方案。     

机载核心处理系统通用化平台研究

机载核心处理系统为航空电子信息处理提供通用资源,通过重构配置提高飞机的运行可靠性。为减少各型飞机的核心处理系统的重复性设计,提高核心处理系统的鲁棒性,在研究目前飞机航空电子架构和未来发展趋势的基础上,梳理了核心处理系统的功能需求,提供了一种适应多型飞机的面向IMA 2G的核心处理系统的通用化平台架构方案。该平台通用性强,可靠性高,极大降低了设计风险,缩短了研制周期。     

基于改进Q学习的IMA系统重构蓝图生成方法

重构蓝图定义了故障状态下系统软硬件资源的重新配置方案,是实现综合模块化航空电子系统重构容错的关键。提出了一种基于改进Q学习的重构蓝图生成方法,综合考虑负载均衡、重构影响、重构时间、重构降级等多优化目标,并应用模拟退火框架改进探索策略,提高了传统Q学习算法的收敛性能。实验结果表明,与模拟退火算法、差分进化算法、传统Q学习算法相比,本文提出的改进Q学习算法效率更高,所生成重构蓝图质量更高。     

基于算子理论的系统可重构性评价与自主重构

针对航天器在轨资源严重受限（包括计算资源、硬件资源以及能量资源）的特点，开展了基于算子理论的航天器姿态控制系统可重构性评价方法和自主重构策略的研究。首先，基于稳定核表示（SKR）和稳定像表示（SIR）的算子理论给出了系统可重构性评价指标，定量地描述了系统的重构能力，突破了基于互质分解理论的系统可重构性评价方法对系统线性性质的局限。同时，基于以上结果，给出了系统可重构性最大边界，为设计人员设计自主重构策略提供了明确的指标；然后，通过在设计阶段考虑系统可重构性，充分挖掘并利用系统重构潜力，为自主重构策略的设计提供理论指导；最后，通过仿真验证了所提方法的有效性和正确性。     

A self-healing strategy with fault-cell reutilization of bio-inspired hardware

The self-healing strategy is a key component in designing the bio-inspired embryonics circuit with the structure of cell arrays. However, the existing self-healing strategies of embryonics circuits mainly focus on permanent faults inside the modules of cells such as the function module and the configuration register, while little attention is paid to transient faults. From the point of view of obtaining high efficiency of hardware utilization, it would be a huge waste of hardware resources by permanent elimination when a cell only suffers a transient fault which can be repaired by a configuration mechanism. A new self-healing strategy, the Fault-Cell Reutilization Self-healing Strategy(FCRSS) which presents a method for reusing transient fault cells, is proposed in this paper. The circuit structures of all the modules in the cells are described in detail. In the new strategy, two processes of elimination and reconfiguration are combined. Within the process of fault-cell elimination, cells with transient faults in the embryonics circuit array could be reused simultaneously to replace the functions of the cells on their left side in the same row. Therefore, transient fault-cells in a transparent state can be reconfigured to realize the fault-cell reutilization. Finally,a circuit simulation, resource consumption, a reliability analysis and a detailed normalization analysis are presented. The FCRSS can improve the hardware utilization rate and system reliability at the expense of a small amount of hardware resources and reconfiguration time. Following the conclusion, the method of determining the optimal self-healing strategy is presented according to the environmental conditions.     

基于效能的先进战斗机航电系统动态重构方法

为满足未来先进战斗机全战斗过程的对敌压制能力需求，分析了作战任务与航电系统支持能力间的关系，建立了"作战任务-航电能力-资源需求"间的关系矩阵和航电系统效能模型；以最大化全飞行阶段航电功能整体效能和飞行安全为目标设计了针对不同作战场景的航电系统动态重构策略及重构流程；通过数值分析，对比了动态重构航电系统与静态配置航电系统在不同作战区边界的效能，表明动态重构特性能有效提高战斗机各阶段的作战效能，提高有限资源条件下的阶段优势。     

IMA aircraft improvements

Integrated modular avionics (IMA) is being suggested as the means by which new capabilities can be deployed on aircraft at an affordable cost. RTCA SC-200 is presently considering the guidance document for IMA. All of the functionality that IMA offers can be achieved through a conventional federated architecture; however, the cost, size, and weight penalties of the federated solution make it economically infeasible. IMA is seen as the way forward. It is assuming greater importance as the aircraft industry transitions to commercial-off-the-shelf (COTS) technology with its attendant obsolescence and reliability concerns. IMA may be one of the most cost-effective ways by which rapid obsolescence can be managed. Ironically, this move to COTS is also the greatest threat to IMA systems. IMA achieves reductions in size, cost, and weight by providing a set of flexible hardware and software resources that can be statically or dynamically mapped to a set of required avionics functional capabilities. This introduces a number of new complexities such as mixed criticalities and reconfiguration. We do not address these issues herein. Rather we discuss the mechanisms by which electronics degrades and how a classical safety assessment of a reconfigurable IMA system can be ified by this degradation. We argue that, with the advent of COTS, it is no longer justifiable to consider that electronics has an effectively constant failure rate. Physical considerations suggest that electronics failure occurs when environmental and operating stress causes the accumulation of damage to the underlying structures to exceed the threshold strength of the constituent materials and interfaces. Finally, we suggest how finite-life electronics effects may be mitigated.     

车务系统运输安全生产指挥中心的功能设计与实现

组建车务系统运输安全生产指挥中心是一项机制创新,可以解决车务系统内各信息系统资源不共享的问题以及车务站段生产组织乏力的问题,可以合理界定车务系统内的责权利,解决现场安全控制存在盲区。指挥中心应具有安全监控、生产调度、综合查询及分析、应急处理及干部动态管理五项功能。要实现指挥中心功能,必须从软硬件两方面进行建设,并从人员队伍、机构设置、制度建设等方面予以保障。     

小型飞机航空电子系统容错技术研究

在小型飞机航空电子系统的开发过程中,安全性评估与系统设计同步进行、相互作用。通过FHA和PSSA分析为系统设计提供了依据,为确保系统设计达到安全性保障等级需要采用容错技术。以大气数据指示功能为例,在FHA和PSSA分析的基础上提出了显示备份、冗余路径、系统重构等容错策略。     

面向雷达天线平台的容错纠错策略及其FPGA实现

 针对雷达天线平台可能出现的传感器故障,提出了一种容错纠错策略。如果雷达天线平台周围的3条驱动腿中的某一个传感器发生故障,则可根据空间闭链机构约束,由其他正常工作驱动腿的传感器和中间从动腿的冗余传感器的测量值计算出故障传感器的应测值。推导了对应的位移传感器故障的容错重构算法,研究了基于现场可编程门阵列（FPGA）的上述容错策略的硬件实现方法。通过引入坐标旋转数字计算（CORDIC）算法使得FPGA运算中只需进行基本的移位和加/减操作;设计了基于FPGA的循环高速流水线处理器结构,使得重构算法的在线计算速度大大提高。仿真模拟了突变型传感器故障,结果表明,所提容错纠错方案能有效地保证雷达天线平台运行的安全性和可靠性。     

基于任务的舰载机驾驶舱人为因素适航评估方法研究

军用飞机飞行安全的主要影响因素由技术因素向人为因素转变,特别针对舰载机的起降模式、飞行条件和视觉环境等特殊情景下,减少舰载机驾驶舱人为因素导致的飞行事故,对确保完成规定的飞行和作战任务,提高舰载机飞行安全水平具有重要意义。结合舰载机特点,通过对人为因素适航标准包括美军标、国标、国 军标、SAE等标准的分析,提出舰载机驾驶舱人为因素适航设计准则;根据飞机研制阶段的特点,提出基于任务的舰载机驾驶舱人为因素评估方法。该方法可为舰载机驾驶舱人为因素适航评估提供思路和方法。     

临近空间无人飞行器多余度容错导航系统设计

临近空间无人飞行器导航系统的故障直接影响到飞行器的任务执行和飞行安全,因此必须能够长时间地保持稳定性和精确性,为达到此目的必须设计由惯性导航、卫星导航等多种导航传感器组成的多源多余度容错导航系统,提高系统的可靠性。针对临近空间飞行器制导控制对导航信息的需求,提出了一种标准的三余度导航系统架构,并设计了采用新型加权平均表决子算法,具备故障检测和隔离以及故障重构功能的容错重构算法,构建了适用于临近空间无人飞行器的多余度容错导航系统,通过实测试验数据仿真验证了容错导航系统的性能,展示了系统一次故障工作的故障容错能力。所研究内容也可被其他类型的无人飞行器借鉴和参考。