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FPGA中CLB结构模型的内部进化及其容错

内部进化是研究在线可进化硬件的方法,可用于实现容错、自适应的航天器硬件系统.现场可编程门阵列(FPGA,Field Programmable Gate Array)是目前实现数字电路进化的主要可编程逻辑器件.本文分析了FPGA的结构特点,对其基本组成单元可配置逻辑块(CLB,Configurable Logic Block)的结构进行了简化,提出一种可编程逻辑器件模型,设计了一种基于该模型的内部进化方法,并实现了一个内部进化系统.采用故障注入的方法对内部进化的容错特性进行了研究,讨论了可进化硬件实现容错的条件.     

一种基于VxWorks的星载计算机软件故障注入方法研究

给出了一种基于VxWorks的模拟单粒子效应的软件故障注入方法.该方法基于航天领域常用的多任务实时操作系统VxWorks,通过软件注入故障来模拟空间辐射环境引发的星载计算机硬件的单粒子事件.对软件故障注入的流程进行了详细说明,并在硬件开发平台上进行了验证.实验测试结果表明,该方法能够有效地对星载系统可靠性进行评测,并且具有操作简便、对目标系统影响小,不会对目标系统造成损伤等优点.     

具有SDRAM容错和检错功能的PowerPC 高性能处理单元设计

介绍一款PowerPC架构的高性能嵌入式处理单元设计.利用PowerPC体系结构内建的差错检测和报告机制,采用CPLD设计和实现了三模冗余(TMR)SDRAM存储器模块,不但提供高速存储器的容错能力,还具有差错检测能力,提高了处理单元的可靠性.介绍一个分布式容错计算机的实例,并分析了该方案的优点.     

基于故障注入技术的航天器系统级软件测试方法研究

针对航天器系统级软件故障模式测试特点及难点,对故障注入技术在航天器系统级软件测试的工程应用进行经验总结。详细说明了系统级软件故障模式测试的基本原理,从应用对象的角度出发将故障注入技术进行合理分类,提出了3种适用于航天器系统级故障注入技术。根据现有工程实践经验,结合系统级故障模式测试设计理论,对系统级故障注入技术从实现原理、地面系统连接方式、故障注入与系统响应时序关系等方面进行了研究,并在此基础上提出了航天器系统级星载软件故障模式测试验证的具体应用方法、适用场景及优缺点,可为航天器系统级电测中的软件测试设计提供参考。     

容错箭载计算机的硬件故障注入方法研究

容错机制和设计方案的正确性验证是容错箭载计算机研制的重要环节,验证方法有理论计算、软件模拟和硬件模拟等3种。硬件故障注入法采用人为引入故障方法可加速系统的失效,并通过观察系统在出现故障之后的行为反应对容错计算机系统的容错能力进行评价,更适合工程应用。本文研究采用硬件故障注入方法和特定容错测试仪,对容错箭载计算机的容错机制和设计方案进行了正确性验证,为容错箭载计算机的工程应用奠定技术基础。     

1553B总线故障注入测试方法研究

随着1553B总线在航空航天领域的广泛应用,对其可靠性、测试性的要求日益迫切。而一般的1553B总线测试均是在传统方法上的正向测试,即针对输入的激励测试输出的响应,因此无法覆盖到更多在异常状态下的测试环境。为了增大测试覆盖性,本文将故障注入思想引入到1553B总线测试中,分别对总线物理层、电气层和协议层中典型的测试用例进行故障注入的故障模式和实现方法研究,实验的结果验证了故障注入测试方法可以实现预期的故障目标。     

负荷分担方式双机系统的容错设计

本文提出了以负荷分担方式组成微计算机双机容错系统的设想,讨论了这种双机容错系统的特点,结构设计和软件设计的方法.这种双机系统具有处理能力强,可以采用多种双机信息交换方式,多种故障测试、故障诊断方法和可靠性高等多方面的优点.用两台RECZ-80单板机构成的系统进行了初步的原理性试验,结果表明,这是一种容易实现的、较好的双机结构形式.     

一种临近空间艇载计算机故障检测与系统重构方法

平流层飞艇是可靠性要求很高的系统,需要由具有容错能力的艇载计算机来进行控制和管理。针对艇载计算机采用的余度结构,进行软件管理策略的研究和设计,提出基于异构总线的握手机制节点故障检测方法、基于"看门狗"与"心跳"相结合的CPU故障检测方法、基于节点健康矩阵的互援式总线重构方法及基于有限状态机的多CPU并行处理系统自适应重构方法。在故障注入试验中,艇载计算机在遇到故障时能够实时检测出故障,诊断故障类型,并对故障进行处理,实现系统重构,保证了平流层飞艇长期驻空时的安全飞行。     

高可靠航天计算机的容错设计方法

本文根据星载计算机研制和飞行试验的经验,从理论和实践相结合的角度对高可靠航天计算机的容错设计方法作了分析综合。其中着重对容错结构的选择、故障检测和诊断方法、故障处理对策和容错管理进行了论述。最后提出了几个值得重视的容错课题。     

空间双机容错计算机系统研究

为在资源有限的条件下，最大限度地实现长寿命空间飞行器计算机系统的容错，同时又能达到所要求的性能，提出了一个模块化的双机容错设计方案。采用热冗余比较方式，软硬件组合实现系统的容错管理，可保证在某个资源或包含该资源的模块发生故障时，不会导致整个系统的失效，并具备模块级重构能力，从而实现系统的资源共享。不同冗余系统可靠性分析和有关测试结果表明，所设计的双机容错系统性能满足有关要求。     

STD总线双机容错系统

本文论述 STD 总线双机容错系统的设计与实现,该系统为工矿企业提供高可靠性的处理机模块。本系统采用双机容错原理,模块内部包含两个CPU 协同工作,还可用同样的处理机模块作为热备份,当运行模块失效后系统能自动切换到备份模块运行,实现系统的不间断运行。文中最后讨论了系统的软硬件结构及主要实验结果。     

一种超静平台主动指向容错控制方法

针对超静平台主动指向控制中的作动器故障问题,提出一种超静平台主动指向容错控制方法。首先,基于超静平台的一般动力学模型,推导用于指向控制的解耦模型和标准解耦矩阵,将超静平台由高度耦合的复杂多输入多输出系统变为多个相对简单的单输入单输出系统,有利于控制器的设计和容错控制方法的引入;在此基础上,针对作动器的故障问题,提出指向控制重构策略,并建立新解耦矩阵;进一步,提出基于解耦矩阵条件数最小的冗余自由度选择方法;最后,进行了数值仿真分析。仿真结果表明：基于冗余自由度最优选择的主动指向容错控制方法能够最大限度地减少作动器故障对超静平台主动指向控制效果的影响。     

一类强耦合强不确定性强非线性快时变系统复合控制

分析一类强耦合强不确定性强非线性快时变系统的控制问题。基于系统力学特性和动力学特性，提出一种复合控制方法。该复合控制方法由三个核心模块组成，依次为强耦合强不确定性控制模块、强非线性快时变控制模块、智能调度模块。以某典型强耦合强不确定性强非线性快时变特性飞行器对象为例，给出了采用该复合控制方法的详细设计。最后，在精确的仿真模型基础上，考虑天地不一致性情况，进行了多组仿真分析，仿真结果表明，该方法有效、可靠。     

皮卫星星载计算机存储模块的容错结构设计

空间单粒子翻转现象对航天飞行器中电子设备特别是静态存储器的可靠性具有重大影响,而 星载计算机的可靠运行在很大程度上依赖于系统中存储模块的可靠设计。就皮卫星星载计算 机存储模块的可靠性及提高其可靠性应采取的技术进行了论述,提出了使用汉明纠错码作为 星载计算机存储模块的容错控制策略,并简要描述了存储模块的硬件结构。该设计具有可靠 性高、兼容性强等特点,使皮卫星满足体积小、重量轻、功耗低等工程应用要求。     

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。     

稳态加速度模拟试验设备: 离心机设计（10）

文章分3篇10章详细介绍了稳态加速度模拟试验设备——离心机的设计。 上篇对稳态加速度环境及其效应、试验方法和相关标准作了阐述;中篇（上）系统介绍国内外该类离心机发展的基本历程、概貌及典型离心机结构细节,并对其适当予以小结与点评;中篇（下）对离心机运动学进行基本理论分析,研究总体设计和部件设计问题,提出离心机设计原则及相应计算方法;下篇通过一个国家“七五”科技攻关项目的研制报告作为实例,提供读者进行具体设计时参考。 文中,作者对多年累积的技术资料与实践心得进行了系统整理与归纳,力求梳理出一条研制稳态加速度模拟用离心机的设计思路与实用程序,使其兼具资料性、技术性与实用性。该文对相关领域的研究者和技术人员将有一定启发与助益,对其他类同设备设计也有某些触类旁通作用,对该专业有兴趣的读者也可作为参考读物。 文章主要探讨的对象是中型、大型、特大型航空航天离心机,土工离心机和载人离心机。 在第6章中分别就单轴、双轴及三轴离心机进行力学分析,然后对所有离心机的普遍特征予以介绍。     

出舱活动试验系统间舱压数据接口设计

以出舱活动某试验中,航天员系统与飞船系统间舱压数据接口通信的设计和实现为例,探讨了通用数据通信机制在载人航天信息监测和通信中的应用。该接口模块基于动态数据交换（DDE）设计,实现1帧/s采样,正式试验连续运行超过6h,数据量累计691200byte,通畅无阻塞,顺利地完成了舱压数据的采集通信任务。实践证明,基于DDE通信的接口设计,可以扩展到载人航天任务其它软件产品间的数据交互应用中。     

六轮摇臂式月球探测车协调驱动自适应模糊容错控制

为提高复杂和未知环境中六轮摇臂式月球探测车的驱动控制系统的可靠性,防止因执行器故障引起的月球车失控,提出一种基于滑转率的协调驱动自适应模糊容错控制方法。该方法用模糊逻辑系统逼近系统的未知动态和未知的故障函数,并通过所设计的误差补偿器来减少逼近误差对跟踪精度的影响。基于Lyapunov理论,证明了所设计的容错控制方案不但能使跟踪误差收敛到原点的小邻域内,而且通过适当增大设计参数的值,可使跟踪误差减小。此外,为便于应用给出了详细的容错控制器设计步骤,并对控制器中参数的选取给出了示例。仿真结果表明该控制律具有较高的控制精度,并且对外部干扰有很强的鲁棒性。