面向进化容错的FPGA故障模型研究

不同的容错方法需采用不同的故障模型。文章分析了进化容错方法的特点,提出需要研究与之相适应的FPGA故障模型。首先从故障模型定义出发提出故障模型划分的思想,从不同的角度研究FPGA故障模型;然后根据基于SRAM的FPGA的结构特点,从功能角度和配置角度提出两种FPGA故障模型划分,分析了两种故障模型划分方法所适用的容错方法。从配置角度划分FPGA故障模型有利于简化进化容错方法中的故障检测环节。故障检测实验的结果说明这种划分方法是有效的。     

基于Scrubbing的空间SRAM型FPGA抗单粒子翻转系统设计

基于SRAM工艺的FPGA在空间环境下容易受到单粒子翻转(Single Event Upsets, SEU)的影响而导致信息丢失或功能中断. 在详细讨论三模冗余(Triple Modular Redundancy, TMR)和刷新(Scrubbing)的重要原理及实现细节的基 础上, 实现了一种高可靠性、TMR+Scrubbing+Reload的容错系统设计, 用反熔丝型FPGA对SRAM型FPGA的配置数据进行毫秒级周期刷新, 同时对两个FPGA均做TMR处理. 该容错设计已实际应用于航天器电子系统, 可为高可靠性电子系统设计提供参考.      

航天器FPGA在系统局部重构容错设计研究

提出了一种新的FPGA在系统局部重构容错方法,可以较明显地削减容错配置数据量。阐述了新方法的原理及实现算法,分析了新方法的性能;为排除新方法实施过程中的障碍,提出了电路去耦的容错电路设计方法;运用新方法设计了深空探测遥控数据处理电路,并在Flash型FPGA演示了新方法的实施过程。     

针对FPGA内缺陷成团的电路可靠性设计研究

文章分析了集成电路内缺陷成团机理及其对集成电路成品率的影响 ,应用集成电路成品率预计模型 ,分析了FPGA内缺陷成团对片内冗余容错电路可靠性的影响 ,据此提出了缺陷成团时提高FPGA片内冗余容错电路可靠性的策略 ,建立了相应的可靠性分析模型 ,给出了FPGA片内冗余容错电路布局的一些指导原则。     

一种基于人工免疫系统的FPGA容错方法

通过对人工免疫系统容错性的分析和研究,提出了将人工免疫系统应用于硬件容错的4个条件.在此基础上设计了一种仿照人体细胞结构的新型FPGA可编程逻辑单元和一种基于人工免疫系统的容错方法.最后通过实验模拟故障的方法对该设计和容错方案的正确性和有效性进行了验证.     

以单片机为基础的并行相关帧同步器

介绍了一种采用并行相关技术实现的可变速率、可变帧长的帧同步器。它以８０３１单片机为基础采用硬件、软件相结合的方法实现主帧、副帧同步。并根据理论计算，得出容错门限、校核帧数。和保护帧数卢。该帧同步器已成功地运用于中国通信卫星ＤＦＨ－３在主动轨道段和过渡轨道段遥测数据的解调。     

实时工业以太网EtherCAT时序特性分析系统

分析了实时工业以太网的特点,提出一种时序特性分析系统,该系统硬件部分包括数据侦听器和监听计算机;软件部分是安装在监听计算机上的时序分析仪.数据侦听器是以现场可编程门阵列(FPGA,Field-Programmable Gate Array)为核心的硬件单元,主要功能是捕捉被监听链路上的数据帧,提取并封装原始帧的信息生成一个Probe帧,随后转发原始帧和Probe帧到监听计算机.Probe帧是提出的一种专门用于实时工业以太网时序和功能分析的以太网数据帧.时序分析仪解析Probe帧中封装的信息,按照用户设置进行计算统计后,以图形化的方式显示分析结果.最后,构建基于实时工业以太网EtherCAT的实验系统进行功能验证.实验结果表明,时序特性分析系统能够完成对实时工业以太网数据的在线捕捉和离线分析,并能清晰、直观的显示被监听链路和器件时序特性的解析结果.     

共轴式无人直遥测自适应帧同步器及性能分析

某共轴式双旋翼无人直升机(简称无人直)遥测帧同步器以EPROM完成帧同步图样的相关检测,以软件实现帧同步逻辑和各种控制,以FPGA构成外围电路,能够自动适应无人机在不同工作状态下传送不同帧长和不同格式的遥测数据,并能支持较高的码速率(可达4 Mbps).通过性能分析,优化设计了各种帧同步参数.经过试飞,证明该遥测帧同步器性能良好,工作稳定,符合设计要求.     

基于反熔丝FPGA的有限状态机加固设计

在介绍空间辐射和FPGA容错设计的基础上,提出了一种针对反熔丝FPGA有限状态机的联合纠错译码和三模冗余算法的加固设计方法.通过分析和比较可知,此加固设计有利于提高代码的抗单粒子翻转能力,为反熔丝FPGA代码加固设计提供了一种思路.     

Optimization of fault-tolerant thruster configurations for satellite control

The fault tolerance of spacecraft actuators significantly affects the reliability of satellites and the likelihood of successful missions. To enhance the fault tolerance of the actuators, this study derives optimal fault-tolerant configurations of fixed thrusters that maximize the controllability of a fully-actuated or underactuated satellite. The proposed method optimizes thrust and torque directions generated by the thrusters. Thus a cost function in terms of the thruster locations and directions is defined as the summation of the generated control forces and torques with respect to the body-fixed frame. The optimal configuration is obtained by the successive use of an energy potential method that is motivated by Thomson’s problem. Some numerical examples are provided that show the effectiveness of the proposed formulation and optimization method.     

80系列容错存储器设计的方法及可靠性分析

通过对一类在市场上广泛应用且在空间上使用的处理机系列──８０系列的分析,提出了一种实现存储器容错的新方法。这种方法不需要切换控制电路,提高了系统的可靠性。文章分析了这种方法的可实现性,并举例说明。最后,对它的可靠性进行了分析,并给出在同样的冗余下,它与备份形式的存储器容错结构的可靠性比较结果。     

一个基于故障树模型的诊断系统

提出一种基于故障树模型的诊断方法，并基于该方法实现了一个验证性的诊断系统。基于故障树的层次诊断模型，提出了确定性推理方法和可能性推理方法及面向故障树的基于框架和广义规则的混合知识表示方法。最后在ＣＯＭ－ＰＡＱ４８６微机上，Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下，用ｂｏｒｌａｎｄＣ＋＋实现了该诊断系统，并通过对一个电路系统实验台的诊断验证了方法的有效性。     

基于深度残差网络的模拟电路软故障诊断方

航天电子电路的故障诊断一直是航天领域可靠性与安全性的一个热点研究课题,航天电子电路的故障将直接影响航天任务是否成功。提出了一种基于深度残差网络的模拟电路故障诊断方法。该方法使用短时傅里叶变换将电路的时域输出信号转换为二维电路图像,并将其作为神经网络的输入,再利用ResNet提取模拟航天电子电路的性能特征,确定元件的故障类型,完成电路的故障诊断。通过仿真验证了该方法的故障诊断性能。仿真结果表明,该方法能够实现高达99.1%的诊断准确率。     

运载火箭十表捷联惯组配置的故障诊断与决策

容错技术及故障诊断技术是提高导航系统的精度及控制系统的可靠性的有效方法,尤其是捷联导航系统中的故障诊断技术,已经在运载火箭控制系统中得到了广泛的应用。针对运载火箭十表捷联惯组配置,提出了一种故障诊断和决策方法,并在此基础上进行了信息重构方案和故障诊断门限的设计。数学仿真结果表明：该方法能够快速诊断惯性器件表头故障并进行信息重构,实现故障情况下的输出,进而完成飞行任务,对工程应用具有一定的参考价值。     

基于VMD-MPE的开关磁阻电机功率变换器故障诊断

故障诊断是提升开关磁阻电机(SRM)调速系统可靠性的重要技术。针对功率变换器故障信号非线性不稳定、有效信息易被噪声掩盖的特点, 提出了一种新的故障特征提取方法。对直流母线电流进行变分模态分解, 得到若干本征模态分量, 取多尺度有效模态分量排列熵平均值作为特征向量, 输入支持向量机分类器进行故障识别。为验证所提方法的可行性, 建立仿真模型, 与传统的小波分析等故障诊断方法进行对比；搭建了开关磁阻电机实验台架, 测试了开路、短路故障状态。仿真和实验结果表明:所提方法可减小噪声影响, 提高故障识别准确率。      

基于可操作度的单冗余度机器人容错性指标

当冗余度机器人关节出现故障时,必将影响其灵活性.即使正常操作时具有较高的灵活性,如果关节出现故障也可能导致雅可比矩阵奇异,致使机器人不能沿任意方向运动.针对单冗余度机器人出现一个关节故障的情形,用可操作度分析此类机器人的容错性,并提出新的运动学和动力学容错性评价指标,所给指标计算量小、易于在线实时运算,最后给出优化算例,证实了所给评价指标的有效性.     

外测系统突发性故障的诊断方法研究

外测系统突发性故障的检测与诊断在航天测控中有十分重要的意义。基于动态测量数据的容错处理技术, 建立了三组实用的过程故障诊断方法： 无须建模的容错平滑器方法; 基于模型拟合的容错辨识方法; 基于状态空间模型的有界影响滤波方法。这些方法既可用于对测控网跟踪质量的事后分析也可用于（准） 实时在线处理。仿真计算结果显示, 这些方法不但能够以１００％ 的准确率检测出脉冲型故障, 还可快速有效地检测出任何形式的关联型故障, 准确率达９８％以上。