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。     

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。
     

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。     

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.     

小卫星星务系统的遥测技术研究

阐述了小卫星采用的“可控式遥测”和“统一遥测”两种实现技术,即通过遥控、程控和自主控制实施对遥测的状态设置,控制遥测处理流向,改变遥测内容,构成智能化遥测,以增强遥测能力和灵活性。首次提出“二维帧”概念,将卫星的两种遥测标准：PCM遥测和分包遥测统一,实现两者的兼容和平滑过渡,有可能形成新的统一遥测系统标准。在设备级上,统一遥测与PCM遥测一致。在功能层面上,它与分包遥测一致。文章还提出“软件遥测”概念,企望于提升遥测性能。     

嵌入式计算机在雷达伺服系统中的应用

针对雷达数字伺服系统对控制计算机的要求，分析了嵌入式计算机系统PC／104的特点和基本应用方法，提出了以嵌入式计算机系统PC／104为核心数字控制部件的精密跟踪雷达伺服系统硬件设计要点，专用控制软件的设计思想及实现，仿真和飞行试验表明，该精密跟踪雷达数控伺服系统的设计是成功的。     

银河仿真Ⅱ型计算机的图形系统

本文概要地介绍作者设计开发的银河仿真Ⅱ型计算机的图形系统，讨论了图形系统的构成、功能与设计思想。     

空间环境下COTS计算机的抗SEU容错体系结构设计

针对空间辐射环境下的单粒子翻转效应,结合COTS器件的特点,介绍了一种空间环境下COTS计算机的嵌入式解决方案,并结合应用的要求给出了抗SEU容错体系结构的设计方案—基于COTS器件的多级容错结构。文章分别从芯片级、模块级和系统级3个容错粒度展现了空间计算机容错体系结构的设计思路,最后还利用了混联模型分析并计算了系统的可靠度指标。     

基于计算机视觉的实时交通流检测及语音诱导系统

采用基于“异常”视觉感知机理的动态计算机视觉技术，从时变的一维细缝图像中产生三维世界的二维动态投影，解决交通流的测定问题。对车流量、车速、时间占有率这三大重要交通量进行实时检测，准确率达９０％以上。同时采用语音合成技术对交通量进行实时诱导     

SINS/TACAN组合导航卡尔曼滤波算法

随着对飞行器飞行精度和可靠性要求的提高,单一系统已无法满足系统要求,而采用先进的算法,利用信息融合技术将导航系统进行组合,取长补短,提高系统的综合性能成为主流,并得到迅猛发展。导航系统也呈现多信息化、智能化、集成化的发展趋势。本文根据捷联惯导系统(SINS)和塔康系统(TACAN)不同的导航特性,在卡尔曼滤波的基础上,将二者组合起来,编写SINS/TACAN组合导航的滤波算法,并对该组合导航系统进行仿真,仿真结果表明:卡尔曼滤波下的SINS/TACAN组合导航系统,有很高的可行性。     

OFDM系统中TURBO码译码算法研究

研究多径衰落信道下TURBO编码OFDM系统的特性,推导出一种TURBO码在OFDM系统具体应用方式,得到OFDM系统中TURBO的译码算法。并从推导结果确定,平均信噪比和信噪比弥散度是影响系统性能的两个重要参数。仿真结果表明,与IEEE 802.11 A定义的物理层性能相比,采用提出的TURBO译码算法,可以提高整个系统性能,信噪比改善2.9DB;在大平均信噪比和小信噪比弥散度条件下,系统性能较好,误帧率较低。