可重构的卫星/运载复用电子系统设计

采用小型运载器能够降低卫星发射成本,针对小型运载器运载能力有限的情况,通过卫星与运载电子系统特点分析,提出可重构的卫星/运载复用电子系统设计方案。该方案采用基于总线的混合结构,并将可重构计算技术应用于中心计算机的设计,利用片上可编程系统（SOPC）、软硬件协同设计以及硬件描述语言（HDL）设计等技术完成系统功能。通过对现场可编程门阵列（FPGA）的重构,星载计算机实现对运载器与卫星的控制与管理,并能够进行故障处理及在轨升级。构建地面实时仿真系统并进行仿真测试,得到重构时间在（500±40）ms范围内、〖JP〗控制周期可达10 ms的仿真结果,验证了本文所提出方案的可行性与系统重构的有效性。通过硬件的分时复用,复用电子系统能够有效降低发射成本,并解决系统资源、多功能与高性能需求之间的矛盾。     

基于FPGA的卫星遥测遥控通道设计与实现

为解决卫星电子系统小型化的问题,本研究介绍了一种应用于卫星遥测遥控通道的FPGA设计和实现.与传统设计采用LSI、MSI电路比较,新的设计借助FPGA的大容量、低功耗、高速度等特性,使用了多冗余、纠检错等方法,实现了适应性更强、可灵活配置的更健壮的遥测遥控子系统,并得到试验验证.说明通过电子集成技术应用,系统的性能大为提高,特别在体积、重量、功耗、可靠性、空间适应性等方面有显著的优势.研究表明了FPGA应用于星载计算机,具有现实意义.     

中继卫星系统在我国航天测控中的应用

中继卫星系统高覆盖、数据传输能力强,是航天测控网的重要组成部分。随着我国中继卫星系统的建设和不断完善,其对优化我国航天测控网结构、提升中低轨道航天器测控能力的作用日益明显。本文结合中继卫星系统的特点,分析了我国航天测控任务对中继卫星系统的应用需求,提出了在运载火箭测控、航天器入轨段测控、载人航天测控、卫星在轨长期管理等方面开展中继卫星系统应用的思路,梳理了运载火箭测控、航天器入轨及早期轨道段测控、飞船返回段测控、多址链路测控等方面需要解决的关键技术。     

亚太大学生小卫星SSS-1系统设计与在轨试验

亚太大学生小卫星SSS-1于2021年10月14日搭载长征二号丁(LM-2D)运载火箭从太原卫星发射中心(TSLC)发射入轨,本文就该卫星的项目背景、空间任务等进行了介绍,并给出了SSS-1卫星的有效载荷配置和平台系统设计,包括结构、热控(TCS)、姿控(ADCS)、星务(OBDH)、电源(EPS)和测控(TT&C)等6个典型分系统。卫星入轨迄今已超过半年,对该卫星的在轨运行情况和空间试验任务执行情况进行了描述,给出了卫星平台健康状态、盘绕式伸展臂展开、遥感相机成像等在轨相关数据/图像,从而说明和验证了卫星设计和研发的成功性。     

小卫星地面部分的设计

小卫星有其特殊的任务特性:低成本、一台主要仪器、航天器自主、任务收益最佳等…,为适应这些特性,设计其地面部分必须采用新的设计原则。本文阐述了这种地面部分的关键成本因素、主要设计特性以及满足用户要求的各种设计方案的比较。     

新一代综合化航空电子系统构架技术研究

综合化航空电子系统根据应用的需求,基于已有的能力,采用综合技术,实现面向应用的任务合成,提升应用效能;面向能力的功能信息融合,提升能力品质;面向物理的操作模式综合,提升资源效率。针对新一代战机应用领域和战场作战的需求,围绕应用层面、能力层面和资源层面研究新一代综合化航空电子系统构架组成要素与建模技术,基于任务、功能、资源的生成与组织过程的分析,构建了面向现代战机不同任务目标、功能组织和系统能力的航空电子系统组织、实施构架,提出了分层的综合化航空电子系统构架——任务组织构架、功能组织构架和物理组织构架,实现了从应用空间-逻辑空间-物理空间信息处理的一致性,为新一代战机航空电子系统的综合化技术研究奠定了一定的技术基础。     

多源冗余容错导航计算系统的设计与实现

常规无人机在余度配置传感器的信号处理、余度管理、故障检测与隔离等环节占用飞控计算机过多运算资源,增加了飞控计算机的整体负荷,致使全系统可靠性降低;与此同时,传统的传感器余度配置方案和导航计算机余度设计在工程中存在方案不完备和实时性较差等局限性。鉴于此,提出一种多源冗余容错导航计算系统的解决方案,给出系统的软硬件设计方法,并基于非相似余度技术设计多源冗余传感器硬件和软件滤波算法,采用双CPU+FPGA的架构设计多源冗余容错导航计算机硬件平台以及模块化软件架构,实现了系统的软硬件的开发。经过实际测试和试验,验证了系统具有通信速率快、可靠性高和稳定性好等特点,满足了高可靠性飞控系统对新型组合惯导的需求。     

航天器结构设计与分析软件发展

复杂轨道航天器、运载器以及航天动力系统的设计与分析中引入的三维结构设计及力学仿真软件能够对大型复杂航天器进行高效率、低成本且快速迭代分析,在静力学、结构动力学、疲劳分析方面的显著优势大大提升了航天器设计的可靠性。以目前航天科研部门主要使用的计算机软件为对象,通过介绍典型航天器、运载器,综述了各软件的主要功能以及应用情况,梳理了国内外各软件的发展脉络与发展趋势。     

小卫星真能实用吗?

一、引言十多年来,萨里大学航天器工程研究部一直在为多载荷任务设计、建造并操作高级而廉价的微型卫星(UoSAT)。微电子学的发展和新的发射机会使小卫星的潜力发生了重大变革,通过其廉价、优良性能和快速反应的特点来弥补大型卫星计划;不仅为已建立的航天工业和部门服务,也可为那些以前无力从事航天计划的机构服务。 UoSAT与该大学附属的技术转让公司——萨里卫星技术有限公司(SSTL)一起已设计、建造并操作了5颗在轨微型卫星。本文介绍一下所取得的经验,以说明小卫星的应用前景。本文还将重点说明如何通过采用与传统航天工业常规方法不同的方案使廉价小卫星计划     

一种多核分区操作系统的绑定组调度方法

伴随机载计算平台对算力提升的显著需求,综合化模块化航空电子系统(IMA)采用多核处理器和相应的多核分区操作系统成为必然趋势,从而对目前仅适用于单核处理模式的多分区调度算法产生了进一步的能力扩展需求。面向多核处理的多分区调度算法需要在发挥多核处理效能的同时,继续维持机载安全关键系统的实时性和确定性特征。为此,提出一种基于...     

基于FPGA的动态可重配置方法研究

对FPGA应用的研究发现,随着FPGA门电路总数的增加,其内部布线的数目和复杂度随之增加,但是随着系统规模的增大,单芯片资源的利用率反而下降。在这种背景下,人们开始把注意力转移到FPGA逻辑资源的时分复用上来,对FPGA的逻辑资源进行动态重配置,以提高FPGA芯片的利用率。在对重配置技术的基本概念以及特征分类进行概要介绍的基础上,较为详细地介绍了四种基于FPGA的动态重配置方法,并针对重配置关键技术和发展趋势进行了探讨。     

基于FPGA内置RAM的抗辐射有限状态机设计

在现代卫星设计中广泛使用的可重构现场可编程门阵列(FPGA),在空间高能粒子的影响下很容易产生单粒子翻转(SEU),从而功能紊乱甚至失效。在面向航天应用的FPGA设计中,必须采用容错设计技术来弥补器件本身抗辐射能力的不足。本文首先分析了有限状态机(FSM)的内部结构,并指出由于自身电路结构的特点,传统的FPGA容错设计方法应用于FSM时有一定的局限性。然后,针对基于FPGA的FSM容错设计技术进行了研究,根据现代FPGA的结构特点,提出了一种基于FPGA内置双端口随机存取存储器(RAM)、具有周期校验功能的FSM设计方案。经过可靠性分析和实验可以看出,与采用传统容错设计方法的FSM相比,采用本文方案构建的FSM在太空辐射环境下具有更高的长期可靠性、更小的FPGA资源占用量和更低的功耗。     

Leasecraft: An Innovative Space Vehicle

The Leasecraft system is an innovative means to provide a permanent mobile platform in low Earth orbit and the related launch, integration, test, operation, and in-orbit servicing for payloads of industrial and government users. The Leasecraft system is being funded and developed by Fairchild Industries and furthers the industrialization of space with its significant business potential. The technology and techniques underlying this venture are derived from the shuttle compatible multimission modular spacecraft (presently used for the NASA solar maximum mission and Landsat-D/D' mission) and the upcoming demonstration of shuttle repair to be performed on the solar maximum satellite in the first quarter of 1984. Leasecraft can be identified as a system, comprising a low orbit space platform, an operations control center, user accommodations, and services such as payload interfaces, documentation, and ground support equipment and procedures. The combination of these elements facilitates the use of the space environment by both the space and nonspace oriented user. Early potential applications of Leasecraft include the processing of pharmaceuticals and materials, satellite-aided search and rescue, data collection, and support of NASA's astrophysics programs. Initial assessments made concerning the benefits to users and the cost of providing these benefits indicates that Leasecraft can provide needed services at very competitive rates. The leasing arrangement is cost effective as compared with present spacecraft platform development and cost assessment techniques.     

Infrared telescope in space: IRTS

The IRTS is a first Japanese infrared satellite mission which will be launched on February of 1995 by HII rocket. The IRTS is one of the mission experiments aboard the small space platform, SFU. The telescope aperture of the IRTS is 15cm, but is cooled by liquid Helium to realize very low background condition. Four instruments are installed on the focal plane which cover wide wavelengths from near infrared to submillimeter regions. The IRTS is optimized to observe the diffuse extended emission, and will survey about 10% of the sky in 20 days of mission life. The IRTS will provide significant information on cosmology, interstellar matter, late type stars, and interplanetary dust.     

机载嵌入式可重构信号处理系统设计

为使机载嵌入式信号处理系统性能更加均衡,更好地适应机载嵌入式环境,在比较三种传统的机栽信号处理系统架构的基础上,提出了一种系统可伸缩、功能可重构的信号处理系统架构,并分析了其系统特性和关键技术。从可编程能力、处理性能、通用性以及可扩展性等方面比较了三种信号处理系统架构,结果表明:可重构信号处理系统架构具有较强的综合性能,能更好地满足机载嵌入式应用的需求。     

Solid rocket propulsion technology for de-orbiting spacecraft

This paper presents the topic of using solid rocket propulsion for de-orbiting spacecraft,in order to fulfil space debris mitigation requirements. The benefits and disadvantages of using such means are discussed. A dedicated system can be implemented in the satellite design phase and shall be a key subsystem of platforms inserted into orbit. Uncontrolled, semi-controlled and controlled de-orbit can be completed using solid rocket motors. Their impact on the space debris environment is discussed....     

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。     

Fault self-repair strategy based on evolvable hardware and reparation balance technology

In the face of harsh natural environment applications such as earth-orbiting and deep space satellites, underwater sea vehicles, strong electromagnetic interference and temperature stress,the circuits faults appear easily. Circuit faults will inevitably lead to serious losses of availability or impeded mission success without self-repair over the mission duration. Traditional fault-repair methods based on redundant fault-tolerant technique are straightforward to implement, yet their area, power and weight cost can be excessive. Moreover they utilize all plug-in or component level circuits to realize redundant backup, such that their applicability is limited. Hence, a novel selfrepair technology based on evolvable hardware（EHW） and reparation balance technology（RBT） is proposed. Its cost is low, and fault self-repair of various circuits and devices can be realized through dynamic configuration. Making full use of the fault signals, correcting circuit can be found through EHW technique to realize the balance and compensation of the fault output-signals. In this paper, the self-repair model was analyzed which based on EHW and RBT technique, the specific self-repair strategy was studied, the corresponding self-repair circuit fault system was designed, and the typical faults were simulated and analyzed which combined with the actual electronic devices. Simulation results demonstrated that the proposed fault self-repair strategy was feasible. Compared to traditional techniques, fault self-repair based on EHW consumes fewer hardware resources, and the scope of fault self-repair was expanded significantly.     

数字式电传飞行控制系统的余度重构管理策略

 本文论述了三余度数字式电传飞行控制系统的余度重构管理策略,包括对重构管理提出的合宜指标、各次故障的余度重构和控制律重构的设计原理及其验证结果。此外,概述了重构管理软件的设计和实时可行性问题。