基于μc/os-Ⅱ嵌入式数控系统研制

介绍了嵌入式数控系统的结构及其组成.系统硬件平台采用嵌入式微控制器ARM(Advanced RISC Machines)和现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Arrays),软件平台采用μc/os-Ⅱ实时操作系统.给出了该系统的硬件结构.根据数控系统的软件需求,给出了系统的软件结构,系统的模块,任务以及任务的优先级和周期.同时给出了实现系统的一些关键技术.在嵌入式实时操作系统μc/os-Ⅱ上实现了该系统,在数控机床上进行了加工试验、环境适应能力测试以及静电放电抗干扰试验,试验表明系统稳定可靠.     

基于微内核的星载实时操作系统设计与实现

当前星载嵌入式实时操作系统将各个功能模块都集成在内核之中,这导致内核庞大,增加了内核出现bug的风险,从而使整个操作系统的可靠性降低.设计并实现了一个基于微内核的星载嵌入式实时操作系统,通过将功能模块以任务方式运行在用户态,任务间通过消息传递机制通讯,以减少内核代码量.最后测试表明设计达到故障隔离的效果.     

基于VxWorks的小天体撞击任务的星载GNC软件设计

针对小天体撞击任务,应用VxWorks嵌入式实时操作系统,设计小天体高速撞击器的星载GNC软件部分．对星载GNC系统结构进行简要描述;在此基础上,综合考虑小天体撞击任务的实时性要求、不同飞行模式的耦合关系、轨道确定的数学运算量以及对不同敏感器数据采集的周期性控制等多方面因素,对小天体撞击任务进行模块化分解,提出各个任务模块间的同步方式与通信手段;在PC-104嵌入式计算机与dSPACE实时仿真平台的联合环境下,对所设计的星载GNC软件进行仿真验证,结果表明,基于VxWorks嵌入式实时操作系统所设计的小天体撞击GNC软件完全可以满足小天体撞击任务的实时性要求,为撞击任务的顺利进行提供有效的保证．     

模型数据混合驱动的航天器健康监测技术

针对现有纯数据驱动的航天器健康监测技术不能覆盖非测控弧段,遥测数据有限,无法满足功能复杂化、任务多样化、在轨时间长期化的航天任务需求的问题,提出一种模型和数据混合驱动的航天器健康监测系统架构.该系统以高保真的数字化模型为基础,通过遥测数据与模型的融合,实现对航天器全时间段、连续可靠的状态监控及状态预示.本文对架构中模型实现、遥测数据与模型数据融合、故障诊断等关键技术进行详细描述,并说明在某型号航天器任务过程中的应用验证情况.     

基于知识推理的航天器自主故障诊断方法

面向深空探测这类型号任务,提出一种基于知识推理的航天器自主故障诊断的智能方法,采取直接线性存储的知识库结构、主动监测事实更新并触发推理以及基于散列算法的事实管理三项关键技术,适用于航天器硬件处理能力和存储容量受限的应用环境.采用C语言在基于TSC695处理器的嵌入式系统上实现了该故障诊断方法,实验的结果表明该方法有效.     

基于VxWorks的数据采集与重演软件的图形界面的设计与实现

通过介绍嵌入式实时操作系统VxWorks的图形组件WindML以及应用其开发图形用户界面(GUI)的框架流程,重点阐述了某数据采集设备中采集与重演软件人机界面的需求和使用WindML对其进行设计与实现的过程。     

控制力矩陀螺发展与应用研究

摘要： 控制力矩陀螺(CMG)是航天器的重要姿态控制执行机构,以输出力矩大、精度高、不消耗工质等特点广泛应用于高分辨率对地观测卫星,以及空间站、空间实验室等大型航天器.近年来,随着微小型化的实现,CMG逐步装备了敏捷微小卫星,并将应用领域拓展到了在轨操作与服务,实现空间机械臂动量补偿,在轨组装角动量匹配等功能.在舰船减摇,交通工具自平衡上,CMG也展现了特有的优势.本文对CMG的发展和应用情况进行了介绍,总结了其发展趋势与研究热点,为后续研究工作提供借鉴.     

航天器测试需求描述及其自动生成

航天器作为一个典型的安全苛刻系统,其可信性研究需求迫切,支持可信性评估的数据来自于航天器测试用例的执行,而航天器测试需求是测试用例生成的重要依据.在实际应用中,对航天器这类复杂系统,面临测试需求庞杂、测试需求编制周期长、人工经验编制方式难以保证测试需求的充分性、完备性及可复用性等问题.针对这些问题,通过分析航天器组织结构特点,建立航天器形式化模型,基于航天器测试任务流程,给出了航天器静态测试需求和动态测试需求形式化描述规范,并给出航天器测试需求自动生成方法,保证了测试需求的充分性和完备性,提高了测试需求复用性,与人工编制方式相比,缩短了测试需求编制周期.最后设计并实现航天器测试需求生成应用系统,验证所提出方法的有效性.      

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...     

空间结构轻量化的新进展

实现航天器的小型、轻量、低成本以至微型化，以达到大量发射和应用航天器，提高效费比，是即将来临的２１世纪航天技术发展的战略目标之一。航天器是由有效载荷、结构、热控制、电源、姿态与轨道控制、数据管理、跟踪与遥测遥控以及电缆等分系统所组成。航天器轻量化的基...     

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.     

基于发布订阅的进程间通信设计与实现

航天器的每一种行为都需要多种信息的综合，这使得有效传递传感器数据成为关键问题.机器人操作系统(ROS)将基于主题的发布订阅作为内部的一种通信机制，解决消息的传递问题.由于ROS使用C++编写，无法直接应用在嵌入式平台中.本文利用C语言实现了ROS中基于发布订阅的通信机制，将信息的传递过程虚拟化成很多节点，每个节点可以选择自己感兴趣的话题成为发布端或者订阅端.发布端/订阅端并不需要知道其他节点的信息，实现功能解耦.目前，该方法在Windows平台上进行了单机和多机间的测试，通信效果良好，完成了进程间数据的传递.     

面向航天器嵌入式软件的在轨修复方法

航天器在轨运行的修复手段主要是软件的在轨修复.SPARC平台是我国航天领域应用最广泛的处理器架构设计.针对SPARC平台的航天器软件在轨修复问题,提出一种基于二次链接的方式生成在轨软件修复注入码的方法,解决在轨修复注入码重定位的问题.通过地面遥控注入,利用航天器在轨软件预埋的钩子函数,实现在轨函数模块的动态替换及恢复,大大提升SPARC平台软件的在轨修复能力.通过多个在轨航天器的实际工程应用,证明该方法是可行的和有效的,且具有良好的工程应用价值.     

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.     

基于DSP平台的航天器软件在轨维护实现方法研究*

摘要： DSP（数字信号处理器）在空间领域的应用越来越广泛,面对复杂的空间环境和长时间可靠运行的要求,基于DSP处理器平台的航天器软件,其在轨维护能力成为了一个迫切需要解决的问题.设计一种DSP软件的航天器在轨动态维护方案,并提出两种在轨注入指令码的生成方法.该在轨维部方案通过在航天器软件中预埋钩子功能,经遥控指令注入在轨维护指令码,实现在轨运行软件模块的动态替换功能.通过系统测试,证明该方案的可行性,具有良好的工程应用价值.     

一种空间飞行器控制系统软件协同演化方法

针对空间飞行器控制系统软件在开发演化时存在管理复杂、开发过程无序、协同度低的问题,提出一种空间飞行器控制系统软件协同演化的方法。首先对软件演化过程中的演化活动、演化策略进行了分析,之后基于对软件演化活动所得到的演化路径利用有向图进行了建模并给出了其演化活动的排序,最后,对演化路径有向图中出现的并行活动和环的情况进行分析,同时给出了相适应的排序算法。基于该方法,软件演化过程得到规范,较好的解决了复杂情况下演化路径求取困难的问题。     

一种微波应答机模拟器的实现方法研究

微波应答机是目标飞行器端配置的重要交会对接合作目标,为确保其在轨功能和性能稳定,地面测试中需配置专用的模拟器对其进行测试,介绍了一种应答机模拟器的实现方法,分析了模拟器的功能、性能要求;基于模块化的设计思想,给出了模拟器硬件、软件实现方案.最后对按照该方案设计的模拟器工作过程及测试情况进行了介绍.     

The future role of relay satellites for orbital telerobotics

Orbital robotics focuses on a variety of applications, as e.g. inspection and repair activities, spacecraft construction or orbit corrections. On-Orbit Servicing (OOS) activities have to be closely monitored by operators on ground. A direct contact to the spacecraft in Low Earth Orbit (LEO) is limiting the operational time of the robotic application. Therefore, geostationary satellites are desirable to relay the OOS signals and extend the servicing time window. A geostationary satellite in the communication chain not only introduces additional boundary conditions to the mission but also increases the time delay in the system. The latter is not very critical if the servicer satellite is operating autonomously. However, if the servicer is operating in a supervised control regime with a human in the loop, the increased time delay will have an impact on the operator’s task performance.     

基于事件触发的航天器变周期控制方法研究

摘要： 随着未来航天技术的发展对航天器自主性工作的要求越来越高，星上嵌入式系统所需处理的数据量也急剧增大.而如何在通信与计算资源约束下保证航天器性能就成为一个关键问题.本文基于事件触发控制方法，提出一种在保证控制性能前提下能够大幅降低星上总线负载的航天器姿态控制方法.并从扰动系统理论出发，给出算法的设计流程和稳定性证明.通过仿真算例验证算法的有效性.