小卫星星务管理计算机容错系统的设计

采用双机冗余的容错方案,对小卫星星务管理计算机容错系统的设计进行了较为深入的探索。在设计中,充分利用软、硬件容错技术相结合的优势,完成了星务管理计算机系统级和部件级硬件体系结构设计。提出了在主机发生故障的临界状态,启动备份机工作的临界切换设想。最后,通过仿真实验和系统模型可靠性分析,证明了系统可以满足设计的要求,具有较高的理论和实践价值。     

SRAM型FPGA的抗SEU方法研究

通过分析静态随机访问存储器(Static Random Access Memorg,SRAM)型现场可编程门阵列(Field Programable Gate Array,FPGA)遭受空间单粒子翻转(SEU)效应的影响,并比较几种常见的抗SEU技术:三模冗余(Triple Module Redwcdancy,TMR)、纠错码(Error Correction Code,ECC)和擦洗(Scrubbing),提出了一种硬件、时间冗余相结合的基于双模块冗余比较的抗SEU设计方法。在FPGA平台上对线性反馈移位寄存器(Linear Feedback Shift Register,LFSR)逻辑进行软件仿真的抗SEU验证实现,将各种容错设计方法实现后获得的实验数据进行分析比较。结果表明,64阶LFSR的抗SEU容错开销与基于硬件的TMR方法相比,可以节省92%的冗余逻辑资源;与基于时间的TMR相比,附加时间延迟缩短26%。     

基于马尔可夫链的空间站推进1553B通信系统可靠性分析

推进功能的正常实现为空间站长期在轨运行提供重要保障。1553B通信系统作为推进功能的重要组成部分,承担着推进系统与外界进行数据交互的任务,其可靠性设计至关重要。为提高1553B通信系统可靠性,分别对包含数据隔离芯片在内的远程终端及其处理器进行双余度冗余设计。本文通过建立故障树对1553B通信系统可靠性进行分析,并引入平均无故障时间、可靠度等定量指标,基于马尔科夫链建立可靠性模型进行定量计算。结果表明,1553B通信系统平均无故障时间增加1.947倍,可靠度增长3.89%,故障概率则下降超98%,由此验证了双余度冗余设计能够有效地提升1553B通信系统的可靠性。     

星载SRAM型FPGA可靠性快速评估技术

空间辐射环境严重影响星载SRAM (Static Random Access Memory)型FPGA (Field Programmable Gate Array)的可靠性,提出了星载SRAM型FPGA可靠性快速验证评估方法.在传统故障注入验证的基础上,引入可靠性预评估技术,在逻辑门级分析单粒子翻转对FPGA配置信息位的影响,同时对TMR (Triple Modular Redundancy)冗余方式进行单粒子翻转关键位置评估.然后构成不同敏感级别的故障序列,最后根据应用需求选择不同故障序列进行故障注入从而有效快速评估系统可靠性.该方法与逐位翻转相比,能够在保证故障覆盖率的同时,有效地减少实验时间,提高实验效率.     

双机容错系统设计中的几个问题

本文讨论了用待命储备方法和并行比较方法构成的航天计算机双机系统。文中着重讨论了这两种结构形式的系统结构特点、可靠性以及故障诊断和故障处理方法。     

基于可不断电维修的双机容错系统

对单个单片机控制系统可靠性不高的问题,提出了一种由双单片机构成容错系统的实现方法.在该系统中,用串行通讯技术,通过采集对方I/O输出,与自身的I/O输出值作比较,实现双单片机的故障互检;利用地址译码技术,设计仲裁切换模块,完成故障隔离;故障机修复后,通过回读对方执行程序的任务编号,达到双机同步控制,完成系统重构,实现对故障单元的不断电维修.通过对模拟机的实验表明,此控制系统能对运行中的错误实现实时的双机互检,且具有在线热插拔功能.     

用于空间站的四重冗余对接控制系统设计

针对空间站所处太空环境的特殊性、对接机构对空间站正常运行的重要性,以及对航天器可靠性要求日益增加的问题,提出在对接控制系统中增加可靠性设计,实现整个机构的高质量、平稳运转。在完成正常控制功能的基础上,在系统中采用了四重冗余的工作机制,包括主备机双热备份、自动/手动控制模式切换、自动控制关闭指令双线发送和工作模式的三取二判断,对四重冗余设计的具体判断流程进行了详细地解释。对控制系统软件进行仿真验证,结果表明：由本文所述方法设计的对接控制系统具有高可靠性和故障容错能力。     

基于冗余主从节点架构的飞行器遥测参数采集系统研究

基于冗余主从节点架构，设计了一种器载遥测参数采集系统，承担信息汇总功能的中心节点采用双机热备份，在出现故障时经自主判别和切换，可实现控制权快速切换，提高了系统的可靠性和重构性。采编单元的供电与信号采集模块采用一体化设计，降低了配套电缆网设计难度和重量。测试结果表明，该系统能有效地满足航天飞行器遥测参数隔离采集、传输和故障隔离的要求，实现遥测参数的高可靠、高精度采集和传输，对于工程应用具有一定的参考意义。     

一种模块级可降级重组双机系统的系统管理程序实现方法

分析了模块级可降级重组双机系统的有效组态数,并与双机系统级备份进行了比较。分析结果表明,随着冗余级别的降低,系统的可靠性有所改善,但系统的有效组态数将大大增加,这将导致系统管理程序的复杂化。文章介绍了该系统管理程序的设计准则,并对其中几个有特点的子程序作了简要说明。     

结合FMECA可靠性预计法

任何元器件的故障是以一定的故障模式表现出来的。当一个元器件以不同的故障模式发生故障时,设备产生的后果是不同的。结合FMECA(故障模式、影响及危害度分析)深入分析了故障模式的影响及其危害度,以提高可靠性预计的精度。 建立了结合FMECA可靠性预计模型。可预计产品的任务可靠度和致命故障间隔的任务时间。为便于推广,编制了相应的计算机程序并进行了实例运算。还对结合FMECA可靠性预计法和常规可靠性预计法进行了比较。     

基于多值决策图的温储备系统可靠性建模方法

温储备系统是冷储备与热储备系统的推广,在实际中有广泛应用。针对不可修温储备系统的可靠性建模问题,已有基于多值决策图(MDD)的系统可靠性建模方法。该方法以系统中的单元故障为建模对象,分别构建故障级MDD与系统级MDD,进而获得系统可靠度的解析表达式。然而,该表达式中不同维度积分相互混杂,计算给定时刻的系统可靠度需要首先梳理系统可靠度的表达式,以利用数值方法求解其中的积分。为实现系统可靠度的程序化计算,在已有研究基础上提出将系统级MDD按故障数分解为一系列子决策图,通过对MDD中边的概率重新赋值获得每一子决策图的发生概率,得到系统可靠度的规范形式,形成一套完整的系统可靠度计算方法。      

一类冗余星载惯性姿态参考系统的可靠性分析

随着航天事业的发展 ,对航天器的长寿命提出越来越高的要求 ,需要简便可行的冗余方案以备工程所需。文中提出一种对于混合冗余系统的可靠性研究的计算方法。并将这种方法应用到星载惯性姿态参考基准上 ,提出了一种有别于常规冗余方案 (工作冗余加N中取K系统和N中取K加冷储备系统 )的新方案 ,为工程实现作了理论上准备     

修理工带休假的n部件冷贮备可修系统

对由1个修理工和n个部件组成的冷贮备可修系统的可靠性进行了研究,当系统中没有故障部件时,修理工可以进行多重休假,休假时间是一个随机变量;在修理工休假期间,如果系统中在线工作的部件出现了故障,则其中一个冷贮备部件立即代替故障部件成为在线工作部件,故障部件必须等待修理工从休假返回才能得到修理。假定部件的工作时间、部件故障后的修理时间以及修理工的休假时间均为位相型(PH)分布。通过运用Kronecker算子和马尔可夫过程理论,分别推导出系统在瞬态和稳态情况下的几个可靠性指标:可靠度、可用度、故障频度以及修理工忙的概率。通过数值算例对所得结论进行了验证。     

基于光纤双向时间比对的溯源系统设计与实现

为了实现高精度原子时标的远距离溯源需求,构建一种基于光纤双向时间比对的溯源系统,结合光纤双向时间比对技术指标高的优点,实现本地原子时标向远端标准时间进行溯源,通过采用主备路设备冗余备份机制,提升了系统的可靠性。试验结果表明：基于光纤双向时间比对的技术手段,获得了与标准时间溯源时差优于1 ns,溯源效果达到日频率稳定度在5E-15以内,同时利用主备路时间同步技术实现了主备路时差优于0.3 ns。     

一种星载控制计算机智能容错方法

  深空探测任务对星载控制计算机的智能性、环境适应性和自主性提出新的需求。介绍目前星载控制计算机容错方法的进展情况,提出可进化硬件容错这种可用于星载控制计算机容错设计的智能容错方法,给出该方法的三种实现结构,即并行结构、串行结构和具有故障检测功能的串行结构,并对各种结构进行分析和比较。最后,用仿真验证平台验证了串行结构的可行性和容错性。     

面向深空探测应用的集成一体化载荷数管技术

深空探测对探测器有效载荷电子学及数管的轻小型化和自主能力提出了更高要求.将各载荷电子学与传统的载荷数管集成一体化设计，构建新型高度集成的载荷数管体系结构，可以实现资源集约利用，提高信息融合能力，利于实施自主管理.本文介绍了嫦娥系列探测器载荷电子学及数管设计的现状；提出两种新型一体化载荷数管体系结构，其中第一种低成本集成化方案已应用在中国首次火星探测任务中；通过对未来深空探测载荷数管的技术需求进行分析，对载荷数管发展趋势进行了展望.      

星载数据系统的结构

星载数据系统通过全星的计算机联网,建立统一数据管理,支持系统重组。文章探讨了星载数据系统结构的选择原则;并提出并行计算机系统的几种结构（如网格形和交叉开关网络）比目前使用的总线型结构更适合星载数据系统。     

容错待命储备系统的任务可靠性计算

讨论了待命储备系统具有容错性能时的任务可靠性计算, 由于故障检测器、切换器和待命器件是否可靠,直接影响该容错系统的可靠性.为了正确评估系统的任务可靠性,这里考虑了检测器和切换器存在一定的误警率和误切换率. 据我们所知,Markov模型是处理这个问题的主要工具,而国内很少有这方面的讨论.本文用Markov理论来确定系统的状态及其状态转移矩阵, 从而容错可靠性的计算问题得到解决,此外还讨论了有关误差概率的计算模型.