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.     

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.     

航天器测控资源调度模型及算法

航天器测控资源调度问题研究的目的是通过一定的调度方法科学地分配有限的地面测控资源和最大化地完成航天器测控任务。在参考面向任务执行计划的航天器测控资源调度模型研究的基础上,文章提出了面向可见窗口的航天器测控调度模型,并给出了问题的确定性分支定界求解算法及其计算复杂度分析。最后,通过仿真计算验证了算法的有效性和实用性。     

一种机群上的处理器虚拟化方法

为了使操作系统能够透明地利用机群中多个服务器的处理器资源,提出了分布式虚拟机监控器中的处理器资源虚拟化方案:即在每个服务器内部提供一定量的虚拟处理器的基础上,通过在服务器之间协作情况下的指令模拟,保证各个虚拟处理器的正常运转,并实现各个虚拟处理器对客户操作系统的位置透明性,从而使得客户操作系统和应用程序可以使用底层多个服务器的处理能力.     

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.      

集群航天器球形边界控制

集群航天器由于其独特的优势,在未来航天任务中将举足轻重,其边界控制也随即成为研究热点.针对近距离伴飞的圆轨道集群航天器,以集群航天器蜂拥控制模型为基础,通过集群航天器球形边界的定义,运用粒子群优化算法,实现了稳定状态下集群航天器的边界参数寻优.采用球形空腔势函数的控制方法,结合集群航天器边界参数反馈信息,实现了对集群航天器球形边界控制,并仿真验证了算法的可行性.     

基于有限状态机的操作系统需求层形式化验证

操作系统是航天器必备的基本软件，操作系统的可靠性和安全性直接关系航天型号任务的成败.虽然目前已采用多种手段对操作系统进行可靠性和安全性保障，但仍存在不能完全排除缺陷的情况，因此对空间操作系统开展形式化验证研究势在必行.需求层验证是操作系统形式化验证的一部分，本文在分析操作系统需求的基础上，采用有限状态机在操作系统需求层进行形式化描述，并针对应用在某航天器上的SpaceOS2在需求层进行了建模，相应地在定理证明工具Coq中进行了描述建模；然后定义了六条操作系统应满足的全局性质并进行了形式化描述，给出了系统模型满足这些性质的机器可检查的证明.证明结果表明采用有限状态机方法对操作系统需求层进行形式化验证是可行的，为进一步全面形式化验证奠定了基础.     

资源约束突变的航天器观测快速重调度优化算法

针对航天器对地观测调度中资源约束发生突变的情况,提出了一种基于蚁群算法的启发式重调度算法。首先对重调度过程中的资源约束进行分析,给出了资源约束发生变化的重调度模型。然后,结合原调度优化结果,给出重调度任务集合更新方法,对任务集合进行剪裁。最终,基于最大限度利用原调度方案信息的思想,结合任务集合更新及优先级等启发式信息,给出了一种改进的重调度优化算法。数值计算结果表明,所设计的算法可以快速有效的提高重调度过程的收益。     

航天简讯

航天简讯美航宇局推出《小型航天器技术倡议》美国航宇局最近推出了《小型航天器技术》倡议，其目的是要用造价低廉的、采用现成技术的、寿命较短的小型航天器执行航天任务，确切地说，是要研制方案论证航天器对那些在将来有着广阔应用前景的新设备、新软件和新接口进行演...     

航天器嵌入式操作系统研究与设计

随着航天器结构和功能的复杂化,对作为系统资源管理者的操作系统的功能和可靠性等要求也日益增强.分析嵌入式实时操作系统在国内外航天领域的研究与应用现状,提出面向航天器应用特点的具有多任务管理、内存管理、文件系统、容错和故障管理等功能的高可靠、高性能的嵌入式实时操作系统的研究与设计方案,并展望其在未来网络化及分布式安全航天器中的发展前景.     

基于Event B的中断管理需求和设计形式化建模与验证方法

随着软件复杂度的迅速增长,传统的基于测试的方法逐渐难以满足航天器操作系统的可靠性和安全性需求,形式化方法逐渐成为航天器操作系统安全可靠性的有效保障.基于Rodin平台,采用Event B形式化语言,通过需求和设计重写、制定精化策略并逐步精化的方法,对航天嵌入式操作系统SpaceOS2的中断管理模块建立了需求层和设计层形式化模型,将模型检验和定理证明相结合,验证模型的正确性并且满足安全性质.     

面向条件受限环境的动态可重构异构计算平台

在体积、功耗等条件和资源受限的场景下，承载异构计算资源的嵌入式计算设备之间如何实现异构资源的接入和自适应协同管理，进一步联合形成具有足够规模“算力”的智能空间“云”计算平台，是实现平台“算力”的跨越提升、实现更多功能、更优性能和更高智慧应用的关键.本文提出了一种任务驱动的嵌入式可重构异构计算平台，通过集群构建的方式，对多个分布式的、承载各种不同异构计算资源的嵌入式计算板卡统一调度管理；利用容器化技术，构建任务驱动的、可重构的任务执行的虚拟计算环境；开发了基于B/S模式的平台可视化用户界面，实现了用户对平台的随遇接入和全网资源可见.本文提出的嵌入式计算平台能够提供高可用的任务接入、任务下发与任务执行；实现了异构计算资源的自组织协同和统一化管理；基于容器化的任务执行方式细化了资源管理粒度，在不损失计算能力的前提下提高了资源利用率和任务并发度.本文提出的嵌入式动态可重构计算平台解决方案是对未来嵌入式“云”计算平台架构研究设计的有益探索.     

航天测控网资源均衡分配的调度方法

研究了航天测控网资源集中管理、统一分配的工作模式,以及满足多星测控任务的测控网资源调度方法。提出了测控网均衡调度的方法。首先面向任务,将卫星测控任务按优先级划分,按最优分配的原则进行分配,使测控网能够支持的任务数量大;在此基础上,考虑测控站负荷和备份再进行优化,使测控网内各测控站的负荷均衡。相比其他方法,考虑了任务执行的成功概率,各测控站任务分配更均匀,便于测控网的管理。     

星载GNC技术现状及发展浅析

<正>星载制导、导航与控制(GNC)技术是指为了实现特定目标而对航天器进行的一系列的轨道规划、轨道机动和姿轨联合控制。星载GNC系统是卫星系统的重要组成部分,是进行任何航天任务必不可少的先决条件。其中,导航定义为测定航天器的位置和速度,并且计算出达到期望位置和速度的相关调整量;制导与控制定义为通过对航天器进行控制,以保持航天器满足所需的指向精度要求,同时,在必要时,还要进行跟踪导航计算。     

航天器是如何研制出来的？

目前,人类已发明了3种用于开发太空资源的航天器,即人造地球卫星、载人航天器和空间探测器。它们虽然千姿百态,各不相同,但其研制过程大致相同,一般需经历技术研究（也叫概念研究）、方案论证、初样研制和正样研制4个阶段。     

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.     

基于PLS-SEM的航天器控制系统能力建模方法

为提升航天任务完成品质,航天器需根据任务及环境针对性调整自身能力,而对航天器控制系统高层次能力的定量刻画,即系统能力建模是实现上述调整的重要理论依据。针对一类航天器姿态控制系统,提出一种基于偏最小二乘-结构方程模型(partial least square structural equation model, PLS-SEM)的航天器控制系统能力建模方法,实现对包括控制能力、观测能力等抽象能力的定量描述。首先,根据航天器闭环控制系统的结构要素,综合设计能力建模所需的指标类型,生成建模数据样本。在此基础上,设计并构建SEM框架下的能力变量体系,进而通过PLS算法完成模型路径、载荷、权重等关键参数的确定,并对所得PLS-SEM能力模型的结构方程与测量方程的有效性、可信性等分别进行评估。最终,根据航天器PLS-SEM能力模型对控制系统的各抽象能力进行定量描述与分析,验证本文所提出建模方法的可行性。     

基于日地月信息的航天器全弧段自主容积卡尔曼滤波导航

高精度全弧段航天器自主导航是航天应用技术的发展方向,是实现航天器在轨任务执行的前提和基础。文章对仅利用日、地、月等天文信息进行航天器全弧段自主导航方法进行了研究。首先,以航天器轨道动力学方程和航天器与日地月之间的夹角信息及地心距作为自主导航系统的状态模型和观测模型,构建了非线性导航系统模型。其次,给出了全弧段自主导航算法,在日月可见弧段采用非线性容积卡尔曼滤波实现航天器自主导航,在星蚀时段利用航天器轨道动力学模型进行高精度轨道预报。最后,给出了数值仿真算例。结果表明,基于日地月天文信息的航天器全弧段自主导航精度保持在2km以内,能够满足其自主导航的要求。     

基于拜占庭容错体系构架的航天器控制系统测试性设计与分析

摘要： 飞行控制系统作为航天飞行器的关键机载系统,其运行情况直接关系到飞行任务的成败.通过良好的测试性设计,可以提高系统的可靠性和安全性,减少维修人力及其他保障资源,降低寿命周期费用.对拜占庭容错体系结构的航天器控制系统和分层多信号流图模型的测试性设计和建模方法进行了详细的叙述,并对基于拜占庭容错体系结构的航天器控制系统进行了测试性建模,通过测试性建模和分析系统（TMAS软件）验证控制系统测试性设计的正确性和有效性.