基于扩展块的星载软件控制流容错评价方法

空间环境因素引发的星载软件瞬态的控制流错误可能对系统执行效能造成严重影响,为避免容错算法存储开销和执行开销给系统带入过多的计算压力,提出在容错算法开销和所取得的系统的可靠性提升上取得一定折衷,这是星载软件可靠性设计的合理方向。设计了一种适合于弹性添加容错代码的容错方法:扩展块数字签名的控制流检测方法ESCFC(Extend block Signatures for Control Flow Checking)。由空间高能粒子的实验结果和在轨实测结果为系统可靠度建模,提出了算法开销和可靠性效能提升的平衡关系的工程参考和理论依据。定性分析和模拟,充分说明了将该方法运用于航天工程的可行性。     

一种用于星载系统可靠性评测的软件故障注入工具

随着计算机应用的日益广泛和复杂,很多传统的故障注入技术及工具已经在很多领域面临着新的挑战.本文详细介绍了由本课题组自主研究开发的一种用于评测星载系统可靠性的软件故障注入工具(SFIOS),该故障注入工具针对星载系统这一特殊对象而开发,采用包括时间、空间、事件在内的多种故障触发方式,不仅能通过软件的方式随时随地注入接近实际的星载故障,而且操作简单,不需要修改星载系统的应用任务,对星载系统影响较小。实验结果表明,采用该故障注入工具评测星载系统可靠性的具有较多的优点和潜力。     

硬实时系统中自适应反馈软件容错动态调度算法研究

在飞行控制等硬实时系统中由于任务超时完成将会给系统运行带来灾难性后果,而现有软件容错调度算法在处理机利用率较高时,成功执行主任务所占时间比率下降,针对此提出自适应反馈容错动态调度算法,此算法在经典软件容错调度算法BCE(Basic CAT EIT)的基础上,引入反馈调度机制,形成Feedback BCE调度算法。该算法在运行过程中定期监测处理机利用率,将实际处理机利用率与预期值进行比较,根据比较结果调整对任务集的调度。实验表明,相对于其他同类算法,自适应反馈软件容错调度算法有效降低了浪费的CPU时间片数量,提高了成功执行主任务所占时间比率,有效降低了因处理机超载而引起的主任务丢失率。
     

微小卫星星务计算机系统的容错控制策略研究

微小卫星系统是一个可靠性要求很高的系统,需要由具有容错能力的星载计算机来控制。针对微小卫星重量、体积、功耗的限制,提出了一种微小卫星的星务计算机系统的可靠性设计方案,设计中采用双模冗余方案搭建系统的容错结构,并根据卫星的运行要求提出了适用于微小卫星的温备份方式容错控制策略,介绍了一些用于支持温备份方式容错控制策略的关键技术。通过分析在微小卫星设计中的适用情况,温备份策略从硬件开销和时间开销两个方面都有利于卫星的设计。在立体测绘微小卫星“试验卫星一号”的星务计算机系统中的应用表明,提出的可靠性设计方案能够提高小卫星的可靠性、安全性以及实时性。     

基于偏差信息的星载计算机系统负载平衡算法的研究

相邻结点负载平衡算法具有计算简单、额外开销小的优点。但由于采用局部的观点平衡负载，限制了结点信息得到的范围，使得系统在某种情况下达不到全局平衡，本文提出了基于偏差信息的星载计算机系统负载平衡算法，它改变了结点传递的实际负载信息，使修改后的负载信息能体现出结点及其周边结点的负载形势，以此弥补了相邻结点负载平衡算法的不足，并将其应用在星载计算机系统上，首先，介绍了相邻结点负载平衡算法及其存在的不足；其次，描述了基于偏差信息的星载计算机系统负载平衡算法，最后，通过仿真实验，给出了这种算法同其它几种负载平衡算法的比较，并证明了它的正确性与可行性。     

空间环境中的多处理器混合容错调度算法

为提高空间应用环境中混合实时任务的容错调度效率,提出基于空间环境的多处理器混合容错调度算法。算法在周期任务调度中采用基于分组的“最佳适应”分配策略,以少量增加的计算时间获得更为紧凑的任务调度结果,从而减少调度所需的处理器数目和任务执行时间;在非周期任务调度中,利用基于空闲时间片的方法完成动态调度,使得混合实时任务的容错调度效率有显著提高,能够更好地适应复杂空间环境的任务处理。仿真结果表明算法在改善混合实时任务容错调度性能上具有重要作用。     

一种面向节能的星载实时任务动态调度算法研究

星载嵌入式操作系统性能和任务能耗之间的平衡非常重要,采用合理的处理器和电压分配策略是一个重要手段。提出一系列基于计算概率的建模方法,用来解决星载实时嵌入式系统中对于具有数据依赖的非周期性任务的处理器和电压分配相关问题,并且能够确保所有的任务都能在时间约束下执行。首先设计一个处理器调度算法,将任务的有向无环图(DAG)映射到一组可变电压处理器上,然后使用动态编程算法为每个任务分配合适的电压。通过带有重启的局部搜索策略从候选解集中获取最优解,以解决局部最优陷阱问题。通过实验说明,所提出的算法与其他算法相比,在所有时间约束下具有更好的能效。     

基于调度预测的星载混合相关任务调度算法及其仿真的研究

为解决星载计算机系统中具有相关性任务的调度和临界资源的分配问题，提出了一种星载混合相关任务调度算法。首先，对星载计算机系统中的任务给出了形式化的描述。其次，具体阐述了这种星载多任务调度算法并给出了可调度性预测分析条件。最后，通过仿真实验对这个调度算法的性能进行了验证并给出了结论。     

小卫星星载容错计算机控制系统软硬件设计

创新一号低轨存储转发通信小卫星是中国第一颗重量在100公斤以下的小卫星，介绍了其星载计算机系统的设计方案。由于卫星采用了计算机集中管理方式，为保证星载计算机的可靠性，设计中对硬件使用了双计算机热备份冗余设计，星载计算机的可靠性同时通过软件和硬件协同容错设计来实现。卫星的星务管理、遥测、遥控、姿态控制、电源管理、通信控制、轨道控制等都需要通过计算机软件完成，介绍了这些软件的主要功能和容错设计。创新一号星载计算机采用了多项新技术，并经过了一年多的飞行测试验证，达到了预定的运行目标，星载计算机圆满完成了各项设计功能，证明了卫星计算机系统的安全可靠。     

基于通道内截断的星载遥感图象精确码率控制方法

针对JPEG2000码率控制方法无法使压缩码流长度精确达到预设值，影响星载遥感系统缓存设计和控制、造成无用数据被纠错编码导致传输资源浪费等问题，提出了基于通道内截断的精确码率控制方法，将JPEG2000以通道为最小单位的码率控制延伸到通道内码率控制。先进行码率粗控制，再进行通道内截断，根据编码过程自适应地保留相对重要的通道数据，舍弃不重要的数据，最终实现精确码率控制。仿真结果表明，相对于JPEG2000码率控制的结果与预设码率相差可达上百字节，该方法在有所提高执行速度并保持图象恢复质量的前提下能够精确达到预设的码率，结果与预设码率完全一致。不仅能够解决上述问题，而且为地面接收的同步处理提供了方便。     

基于BM3803处理器的即插即用星载计算机系统设计

针对我国星载计算机不能通用和"即插即用"的特点,文章提出一种模块化的星载计算机硬件设计方法,以某卫星原理样机为例,设计了一种基于BM3803处理器的即插即用星载计算机系统,重点研究了通用驱动软件的实现,通过软硬件结合,实现了设备模块的功能自动识别和"即插即用"功能。文章将该方案与现有星载计算机系统进行了对比分析,结果表明:该系统的处理性能更高,具有较好的通用性和扩展性,能够进行模块级替换和产品化生产,并满足新一代星载计算机系统快速组装的需求。     

一种在线加载的分布式星载计算机系统方案

结合在星载计算机系统中广泛采用的主从分布式体系结构,文章提出了一种基于在线加载机制的主从分布式星载计算机系统方案,其从节点计算机中仅存储引导程序,应用程序存放于主节点计算机中,在从节点计算机启动或复位后由主节点计算机通过总线网络将其应用软件进行加载。分析结果表明,此设计方案能够降低从节点计算机对程序存储区的需求,简化从节点计算机的设计,并可优化研制流程,在航天领域具有较好的应用前景。     

大椭圆星载轨道预报系统设计

分析了大椭圆星载轨道预报对模型精度的要求,对大椭圆轨道动力学模型进行了合理的简化,比较了多个单步数值迭代算法的优劣,选择了适合大椭圆星载轨道预报要求的单步迭代算法,建立了大椭圆星载轨道预报系统.仿真结果验证了该预报系统的可用性与高效性.     

无线传感器网络节点调度算法及研究进展

随着无线网络技术的发展,无线传感器网络近年来引起了广泛的关注。该网络由大量具有有限感知能力和传输能力的节点组成。受节点自身能量的制约,如何能源有效的利用节点使得尽可能的延长网络工作时间成为了无线传感器网络设计的重中之重。针对无线传感器网络设计能源有效的节点调度算法可以完成这一目标。本文从技术角度给出了研究节点调度算法的意义,对现有的节点调度算法进行了分类、分析和比较。最后给出未来需要解决的若干个问题,相信会推动该领域的工作人员展开进一步的探索和研究。     

高动态条件下混合扩频通信系统中载波跟踪算法的研究

应用在高动态环境下的扩频通信系统中载波跟踪是关键问题。文中提出一种改进的交叉积鉴频(CPAFC)方法,实现对载波的精确跟踪。这种方法跟踪速度快精度高,易于软件实现。     

过载状态下固体火箭发动机燃烧室内二相流动数值模拟

对过载状态下固体火箭发动机燃烧室内二相流动进行了数值研究，建立了过载状态下二维平面颗粒轨道模型，应用二阶迎风格式构造了有限体积计算框架，对有过载和无过载多种工况燃烧室内流动进行了计算，得出过载对颗粒相和气相的某些影响，结果对于发动机工作过程研究及发动机热结构设计具有一定指导意义。     

硬实时仿真系统时间调度

时间调度是硬实时仿真平台中的关键技术之一。本文介绍了实时调度的基本概念，给出单处理机环境下的时间调度模型和算法。