航天器控制软件可靠性工程方法研究

当前航天器控制软件的复杂度越来越高,软件的规模十分庞大,对软件可靠性安全性要求极高,因此对航天器控制软件的可靠性设计和度量具有重要意义.介绍和分析适用于航天器控制软件的可靠性设计方法,并结合某型号给出实际的软件设计以及可靠性度量的具体实例.     

基于云计算的航天操作系统中的任务分区与迁移关键技术研究

云计算是一种按需提供资源的模式,虚拟化是云计算实现按需服务的基础.基于云计算的航天操作系统使得任务可以根据任务需求分配不同的物理资源,解决了航天器小型化趋势下如何充分利用物理资源的问题.本文通过虚拟化容器实现航天操作系统对分区的要求,设计了合理的任务调度和容器调度方案.通过仿真实验,验证了调度方案在满足航天操作系统对容错要求的同时,提高了航天器物理资源的利用率和负载均衡.     

基于模型架构的航天器控制软件研制方式研究

开展基于模型设计研究，旨在解决当前航天器控制软件研制所面临的需求描述准确性、设计验证充分性以及软件产品可靠性等问题.针对基于模型设计过程中的代码胶合接口复杂且操作繁琐问题，提出一种基于模型架构的航天器控制软件研制方式，搭建软件模型驱动框架，通过模型封装方式将既有代码资产或新编写代码嵌入到软件模型驱动框架，简化代码胶合过程.同时，建设航天器控制领域通用模型库来提高成熟算法模型的复用效率及自动生成代码可靠性.本方法研究为推进航天器控制软件向模型驱动开发方式转变夯实基础.     

基于云计算的航天操作系统中的任务分区#br# 与迁移关键技术研究#br#

云计算是一种按需提供资源的模式，虚拟化是云计算实现按需服务的基础.基于云计算的航天操作系统使得任务可以根据任务需求分配不同的物理资源，解决了航天器小型化趋势下如何充分利用物理资源的问题.本文通过虚拟化容器实现航天操作系统对分区的要求，设计了合理的任务调度和容器调度方案.通过仿真实验，验证了调度方案在满足航天操作系统对容错要求的同时,提高了航天器物理资源的利用率和负载均衡.     

航天器分布式智能计算体系的数学建模与调度算法研究

航天器对大容量高效计算的要求越来越高,现有的星载计算体系的能力已经难以满足其需求,需要建立具有自组织能力的智能计算体系,还要实现高效的任务调度.给出了航天器分布式智能计算体系的模型和任务调度问题的多目标优化模型,并根据该模型设计了改进粒子群算法和改进蚁群算法结合的DPSO-EACO算法,先利用粒子群算法生成初始调度方案,再用该方案初始化蚁群算法,利用蚁群算法生成最终调度结果.仿真结果表明,该算法的性能与改进粒子群算法和改进蚁群算法相比具有明显的性能优势.     

航天器分布式智能计算体系的数学建模与调度算法研究#br#

航天器对大容量高效计算的要求越来越高，现有的星载计算体系的能力已经难以满足其需求，需要建立具有自组织能力的智能计算体系，还要实现高效的任务调度.给出了航天器分布式智能计算体系的模型和任务调度问题的多目标优化模型，并根据该模型设计了改进粒子群算法和改进蚁群算法结合的DPSO EACO算法，先利用粒子群算法生成初始调度方案，再用该方案初始化蚁群算法，利用蚁群算法生成最终调度结果.仿真结果表明，该算法的性能与改进粒子群算法和改进蚁群算法相比具有明显的性能优势.     

圆轨道航天器在轨加注任务空间燃料站部署问题

在轨服务技术因在航天器故障修复、寿命延长及军事方面有重大辅助作用而越来越受到各航天大国的重视,作为在轨服务技术重要组成部分的在轨燃料补给技术也越来越受到关注。文章针对圆轨道航天器在轨燃料加注任务,将空间燃料站技术与多目标在轨加注技术相结合,对基于燃料站的在轨加注模式进行了研究,提出了一种基于聚类分析的在轨加注任务调度及优化算法。通过对双脉冲轨道转移问题的求解与分析,获得了轨道转移速度增量和轨道参数之间的关系,在此基础上分析了圆轨道航天器在轨加注任务调度问题,并根据调度模型的变量和约束关系,建立了圆轨道航天器在轨加注任务多目标规划模型,并采用免疫遗传算法对加注任务调度空间燃料站选址问题进行了研究。以30颗目标航天器的在轨加注任务为例进行了数值仿真,并由燃料消耗的计算结果验证了算法的有效性。     

圆轨道航天器在轨加注任务空间燃料站部署问题

在轨服务技术因在航天器故障修复、寿命延长及军事方面有重大辅助作用而越来越受到各航天大国的重视,作为在轨服务技术重要组成部分的在轨燃料补给技术也越来越受到关注。文章针对圆轨道航天器在轨燃料加注任务,将空间燃料站技术与多目标在轨加注技术相结合,对基于燃料站的在轨加注模式进行了研究,提出了一种基于聚类分析的在轨加注任务调度及优化算法。通过对双脉冲轨道转移问题的求解与分析,获得了轨道转移速度增量和轨道参数之间的关系,在此基础上分析了圆轨道航天器在轨加注任务调度问题,并根据调度模型的变量和约束关系,建立了圆轨道航天器在轨加注任务多目标规划模型,并采用免疫遗传算法对加注任务调度空间燃料站选址问题进行了研究。以30颗目标航天器的在轨加注任务为例进行了数值仿真,并由燃料消耗的计算结果验证了算法的有效性。     

航天器机械可靠性特征量裕度的概率设计方法

提出了可靠性特征量裕度的概率设计方法,建立了可靠性指标、裕度系数和特征量设计值之间的定量关系,分别论述了航天器的机构传动裕度、密封件密封裕度、防热结构防热裕度、火工连接解锁装置装药裕度的概率设计方法,为航天器机械产品可靠性量化设计提供了技术途径。     

批产航天器自测试系统设计

集成快检、存储快检与射前快检成为批产航天器亟待解决的问题。传统航天器综合测试模式存在测试效率低、测试改装部署繁琐、测试成本高、测试周期长和难以深入产品内部探查的问题,不能很好地适应批产研制与测发需求。针对该问题,从航天器可测试性与自测试设计出发,研究航天器自测试功能单元的设计方法、自测试通信交互模式、基于结构模型与行为模型的自测试诊断模型设计方法,设计了分层的自测试系统架构,通过总线快速调度自测试流程,提升快速检修能力,满足批产航天器快检需求。     

基于数据表的载荷管理软件在轨工作自主控制设计

目前有效载荷在轨工作呈现多样化的趋势,为更好地适应这种多样化的任务,设计了一种在轨工作自主控制方案。该方案对多个型号的软件需求进行归纳整理和统筹分析,对在轨工作自主控制进行模块和功能划分,解决了多个载荷管理软件在轨工作控制需求差异化带来的多样化、定制化问题。通过引入可配置设计思路,建立数据表对载荷工作流程进行配置,解决了对特定载荷在轨工作流程的适配性问题,可实现多载荷多任务的在轨工作自主控制功能。该方法已在多个型号卫星的载荷管理器上使用,满足载荷单元工作流程多样化的要求。软件的重复使用不仅大大提高了软件设计和测试阶段的时间,缩短软件研制周期,还可以降低软件开发成本,并且提高软件整个研制阶段的可靠性。      

面向航天型号软件的混成建模语言研究

随着我国航天事业的快速发展，软件在航天器中的作用和地位越来越突出，航天软件逐渐成为航天型号任务成败的关键之一.航天型号软件普遍具有实时性高、可靠性要求高、运行环境复杂以及航天器结构复杂、资源受限等特点，这给航天型号软件的描述、设计、分析和实现带来了巨大的挑战.嵌入式周期控制系统语言(SPARDL)仅关注了离散时间的动力系统，为了描述物理世界的连续行为，希望发展一种面向航天型号软件建模特征的混成描述语言(HSPARDL)，使其能够统一地描述其运行的物理过程与软件的控制行为，以及它们之间的协同交互机制，同时，为其提供严格的形式语义模型确保嵌入式软件设计的正确性和可靠性，最终为航天型号软件的设计和实现提供坚实的理论基础和方法支撑.     

空间飞行器控制软件的动态自适应演化方法

空间飞行器在太空飞行过程中需要满足多任务、多工作模式以及大范围机动的需求, 其控制系统在大范围机动飞行条件下存在大量的外界干扰和内部参数不确定，同时飞行器的自适应过程受限于资源，人工干预难度大，并且现有的成熟的动态自适应方法并不一定适合空间飞行器控制软件进行自主控制，所以目前对自主控制系统软件的动态自适应调整方法提出了更高的要求.由此提出一种在双层感知—分析—决策—执行(MAPE)控制循环基础上的自适应框架，使用基于规则/策略的决策方法和基于强化学习的决策方法对系统感知到的局部和全局变化进行决策，并且采用基于数据驱动的反馈方法对规则库中的策略信息进行周期性的调整和优化，保证飞行器在太空执行任务面对复杂的环境时可以动态的完成自适应调整，保障任务的可靠执行.     

一种控制系统故障处理中的互斥设计方法

航天器控制系统中多种故障处理均进行推力器切换操作，而推力器切换操作需要多个控制周期来完成，一旦开始执行应不被打断，否则会导致推力器切换错误.针对在短期内先后触发两种及以上故障时可能导致推力器切换时序冲突和推力器切换错误的情况进行了充分分析.提出了一种软件互斥设计方法，解决多种故障短期内交叉耦合触发引起的推力器切换错误问题.测试结果表明，该方法能使单故障和多故障触发的推力器切换操作正确有效.     

自主测试优先级软硬协同调度策略

自主测试是构建航天器自治体系的关键技术之一.针对实时操作系统自主测试优先级调度问题,提出一种软硬协同混合调度策略.通过分析复杂工程背景下影响自主测试任务重要性的多种因素,提出重要性综合评价指标实现优先级静态分配,利用自组织特征映射网实现测试任务集聚类.在此基础上,建立仲裁代理机制进行优先级再分配,以可信性为调度判据实现基于现场可编程门阵列(FPGA,Field Programmable Gate Array)的优先级动态调度.实验表明该策略对自治系统合理分配优先级资源、高效调度测试任务具有参考意义.      

TTE/TTP技术在航天器中的应用分析

介绍了TTE/TTP技术的基本原理，分析了时间触发网络相对传统网络在时间确定性、减少网络冲突等方面的优势，结合航天飞行器的实际需求，提出了时间调度表设计、时间同步及时间调度表动态调整等方面的关键技术，为实现时间确定性网络技术在航天飞行器上的应用提供了可行的实施方案，从而满足航天飞行器强实时、高可靠、时间确定性等方面的需求，以支撑新型航天器发展。     

基于有限状态机的交会对接飞行任务规划方法

为实现多约束条件下载人航天器交会对接（RVD）飞行任务的快速、准确规划,提出了一种基于有限状态机（FSM）的飞行任务规划方法。通过飞行过程与有限状态机的映射关系建立图形化任务规划模型,以飞行事件为状态,以测控、光照等约束条件为输入信号,驱动有限状态机的状态转移,进行模型求解,实现交会对接飞行任务的自动规划。以中国神舟十号飞行任务中航天员手控交会对接试验为例,进行了规划验证。经对比,规划计算结果与任务实施结果一致,表明所提方法可以实现交会对接飞行任务的快速、准确规划。      

基于多特征融合的航天器锂电池健康评估技术

传统的航天器蓄电池可靠性试验按照最大放电深度进行定额充放电，所构建的失效模型用于支撑航天器总体可靠性设计，不能用于在轨锂离子蓄电池健康评估任务；航天器在蓄电池遥测的采样率、精度、样本量方面无法与民用领域相比，基于高采样、大样本的民用蓄电池健康估计方法也不适用于在轨锂离子蓄电池健康评估。针对该问题，从在轨航天器蓄电池数据特性出发，挖掘在轨状态下所能提取的退化特征，并采用多特征综合评价方法，设计了一种基于多特征融合的在轨锂离子蓄电池健康评估方法，实现了在轨蓄电池放电内阻、同放电深度下的终端电压、恒压充电时间3项退化特征融合的健康量化评估，应用于某型号卫星的在轨监测与健康评估，具有良好的工程实用性，可作为国内航天器健康评估技术的参考。