CCSDS存储器访问业务在航天器综合电子系统中的应用研究

针对未来航天器中多元化的用户业务对星载设备中数据的采集、存储、修改等处理以更灵活、高效的方式实现的需求,研究分析了CCSDS制定的存储器访问业务的特点、作用及基本的工作原理。通过分析可知,应用CCSDS存储器访问业务可以有效解决当前星载综合电子系统的局限,满足未来航天器数据处理的更高要求。文章提出了其在航天器综合电子系统中的应用场景、可行性、方法和工作模式,对存储器访问业务在未来综合电子系统中应用的优势进行了初步探索。     

潜通路分析技术在星载综合电子系统中的应用

星载综合电子系统的集成度、复杂度越来越高,与其他系统之间的接口种类和复杂程度也相应地提高,这些都导致综合电子系统内部以及综合电子系统和其他系统接口之间存在更多的潜通路。文章阐述潜通路分析的概念、特点和分析步骤,重点结合星载综合电子系统的研制特点,分析给出了在综合电子系统研制的不同阶段可以采用的潜通路分析方法。在设计阶段开始就采用潜通路的人工分析方法,可以有效地提高综合电子系统的可靠性和安全性,通过对综合电子系统加热器回线开关控制电路的分析,举例说明了潜通路人工分析方法在综合电子系统研制过程中的应用。     

应用国产芯片的星载高可靠综合电子系统设计

星载综合电子系统是面向空间复杂不确定环境,通过高性能计算单元实现信息获取、资源调度及任务规划的信息系统。针对目前综合电子系统的高可靠性和国产自主可控性的不足,文章设计了一种应用国产高性能CPU和SRAM型FPGA的星载高可靠综合电子系统,具备多模冗余和故障自主检测恢复能力。同时,提出了具备防误触发设计的短时断电恢复方法以及具有容错模块的双机备用系统设计方法,解决了星载常加电单机的单粒子闩锁恢复问题,建立马尔可夫容错模型计算综合电子系统的可靠性指标,提高了可靠度计算的准确性。     

CCSDS子网包业务在航天器综合电子系统中的应用研究

针对未来航天器中多元化的数据对可靠性、时延等传输服务质量有不同要求的场景,研究了空间数据系统咨询委员会(CCSDS)制定的子网包业务的特点、作用及基本的工作原理,通过分析可知,应用CCSDS子网包业务可以有效克服当前星载数据管理系统的局限性,满足未来航天器数据处理的更高要求。文章提出了其在航天器综合电子系统中的应用场景、可行性、方法和工作模式,对子网包业务在未来综合电子系统中应用的优势进行了展望。     

新型星载信息处理与控制微系统设计

研究星载信息处理与控制系统利用微系统技术解决空间装备小型化、高可靠、高性能与高效热管理的问题。首先介绍基于新型星载器件的数据处理与控制系统架构,然后通过以晶圆级处理、芯片堆叠、微凸点制备与微组装等为核心的三维微纳集成技术,将系统核心硬件部分缩小为原尺寸的20%,从而大幅减少体积、尺寸和重量。利用高导热封装材料,解决空间电子系统高效热管理问题,提出一种新型星载信息处理与控制微系统设计和实现的通用解决方案,并通过半实物仿真验证了在小型化、高可靠、高性能与高效热管理方面的优势。     

微小卫星综合电子系统设计

微小卫星综合电子系统采用集中管理、分散控制的设计思想,以充分发挥软件作用为指导原则,即采用星上网和嵌入式管理执行单元技术手段,构建微小卫星综合电子系统,文章重点讨论了系统设计。     

基于Arrhenius模型的星载电子产品加速寿命试验技术

为满足"高分三号"卫星8年长寿命在轨数据处理需求,须开展针对数据处理单元(DPU)的可靠性设计验证。针对星载DPU,采用基于阿伦尼斯(Arrhenius)模型的加速因子估计方法进行高温加速寿命试验方案设计与分析,并给出故障判定及处理准则。8年加速寿命试验结果验证了DPU产品各项功能和性能满足技术指标。加速寿命试验技术能够在较短的时间内用较低的成本快速估计星载电子产品的可靠性,在航天产品设计中具有广阔的应用前景。     

星载数字电子设备的辐射加固技术(一)

对国外星载电子设备特别是常用的ＣＭＯＳ器件在空间环境下的抗辐射性能进行大量调研和长期跟踪，在此基础上总结了国外近年来对大规模集成电路辐射失效机理的研究成果，对比了各种器件工艺集成电路的抗辐射性能，重点分析了星载电子系统总剂量辐射损坏、单粒子翻转和单粒子锁定机理，针对这三种由空间辐射引起的星载电子系统失效这一特殊问题，分别介绍了国内外行之有效的辐射加固技术，最后提出了设计星载电子系统的一些建议。     

基于TTEthernet的综合电子系统通信网络研究

星上总线技术是综合电子系统的关键技术之一,决定了星上电子设备的功能划分及整星信息系统的可靠性设计。选择时间触发以太网(Time-Triggered Ethernet,TTEthernet)作为综合电子系统的核心总线,从网络通信机制、时间同步计算和容错性能等方面分析了TTEthernet的特性及其星载应用的优势,并在此基础上构建基于TTEthernet的综合电子系统通信网络,提出了该通信网络在拓扑结构、系统同步过程和通信协议等方面的具体实现方法,对TTEthernet在卫星中的应用进行了探索,可为TTEthernet在航天领域的研究与应用提供借鉴。     

抗辐照通用扩展SiP芯片设计

研究微小卫星综合电子系统的SiP技术实现方法。首先介绍微小卫星综合电子系统结构的组成和采用SiP技术的必要性，然后对综合电子系统进行功能模块划分，并对其通用扩展模块进行详细的SiP设计，包括抗辐照器件选型、原型验证、SiP原理图、基板管壳一体化设计、建模仿真、制造加工、实装测试验证等，通过SiP技术实现了一种星载综合电子系统中通用扩展SiP芯片产品，经过实际验证测试，在保证模块功能和性能的前提下，整体模块重量从230 g减轻到48 g，体积由180 mm?130 mm?17 mm减小到46 mm?46 mm?8 mm，很好地满足了星载功能模块小型化、轻量化设计需求。     

ARINC659总线在航天器综合电子系统中的应用研究

ARINC659总线是一种标准的多点串行通信总线,具有完备的数据通信确定性和容错性特点,非常适合在对可靠性和冗余容错性要求较高的航天器综合电子系统中作为标准背板总线。文章在对ARINC659总线架构以及通信机制研究的基础上,结合综合电子系统的标准总线体系结构,重点对基于ARINC659总线的综合电子硬件模块、软件驱动程序和表程序设计等内容进行了详细描述。应用ARINC659总线,不仅能提升航天器综合电子通信的确定性和容错性,也能使综合电子系统的设计由事件触发向时间触发模式转变,由集中式控制管理向分布式并行处理转变,从而显著提升航天器综合电子系统的故障定位、并行数据处理、快速组装与测试能力,以及提高航天器综合电子系统资源的利用率。     

一种开放式模块化星载综合电子系统的设计与实现

为了提升卫星综合电子系统的标准化、通用化设计能力以及智能化、网络化应用水平,本文提出并设计了一种开放式模块化星载综合电子系统,通过了工程型号的实际应用验证。该综合电子系统以层次化的总线体系结构以及通用化的硬件模块、软件构件为基础构建形成一套标准服务功能包,能够根据不同的任务场景按需选装所需的功能单元,显著提升综合电子系统的货架式集成组装研制能力,同时借助统一的信息通信服务网络和软硬件基础组件,为综合电子系统的模块化升级扩展、设备级的功能重构与重组、系统级的故障容忍和恢复能力奠定了坚实的基础,为实现航天器整体的高质量、高效率、效益研制与运行提供了有力的技术支撑。     

星载FlexRay总线应用层传输方法研究

现代卫星星上综合电子分布式拓扑结构,作为电子系统信息交互媒介的数据总线,其性能直接影响着星上电子系统的信息交流与共享。文章选择了新一代车载FlexRay总线作为星上电子系统数据总线,结合星载应用,阐述了FlexRay总线的数据帧结构,给出了卫星应用FlexRay总线静态段时隙和动态段"微时隙"大小的计算方法,并定义了FlexRay总线动态段、静态段的时隙参数。最后,分析了星上电子系统的工作模式,配置了FlexRay总线星上时隙。此应用层传输方法能够满足卫星应用FlexRay总线的通信实时性和稳定性要求。     

时间触发型FlexRay总线星载应用研究

提出将具备时间触发特征的新一代车载总线FlexRay引入小卫星星上电子系统,分析了FlexRay总线访问机制、数据帧结构、容错特性、网络时间同步等对星载应用的适应性,并给出基于该总线的星载网络设计及应用思路,对星载网络拓扑结构、节点信息传递方式、总线通信应用协议、网络节点实现等进行了初步设计,可为该总线的星载应用提供一定的技术参考。     

一种高可靠模块化的航天器通用接口单元设计

以综合电子系统的层次化设计模型为基础,提出并实现了一种基于模块化可伸缩的高可靠航天器通用接口单元设计.该设计以标准通用硬件模块、ASIC芯片、层次化总线体结构作为技术支撑,既可实现面向多种平台与载荷航天器的多任务接口适应性,也可实现数据接口单元内部模块资源的交叉重组与系统重构.该航天器通用接口单元已在多个航天器综合电子系统中成功应用,应用情况表明此方案能显著提升航天器通用接口单元的通用性与可靠性,增强系统故障容忍及自主处理能力,利于提升航天器的产品化批产能力与研制效率.     

基于IPv6 和空间包协议的空间路由策略设计与分析

针对卫星星内和星间一体化组网问题,结合已有的智能化航天器综合电子系统协议体系架构,提出了基于IPv6和空间包协议的空间路由策略。该策略借鉴IPv4和IPv6的隧道机制,利用空间包局部信息与IPv6全局信息的映射完成协议封装。以星载路由器为核心搭建演示验证系统,通过典型实例验证该策略具有一体化组网的可行性。在分析策略存在的灵活性问题基础上,提出了定制空间包格式、修改协议信息表的优化措施。该策略的设计与其在星载路由器中的实现,可为我国天地一体化信息网络的构建提供参考。     

基于时间同步1553B协议的开关指令协同管理方法

为充分利用智能化卫星综合电子系统资源,确保故障工况下的业务连续性,在系统层面实现高可靠开关指令发送控制。在设备内冗余的基础上,建立综合电子系统内设备间冗余,有效提升了可靠性。该方法发送开关指令时,需实现多设备间同步。针对这一需要,文章提出了一种基于时间同步1553B协议的指令协同管理方法。在星载软件中进行分布式指令协同管理,将指令发送与指令执行排布在不同通信帧内。星内总线控制设备负责分发开关指令给指令执行设备,各指令执行设备基于帧同步信号实现指令同步发送。经地面试验和在轨飞行验证,该方法在正常工况和故障工况下,均能正常输出脉冲宽度满足指标要求的开关指令。目前已在多颗智能卫星上得到应用,可为后续航天器设计提供参考。     

一种分布式航天器综合电子系统设计

以综合电子系统层次模型为基础,提出并实现了一种分布式航天器综合电子系统设计方案。该方案以标准通用硬件模块、ASIC芯片、分层总线体系结构和空间通信协议体系作为基本的技术支撑,采用分布式的协同和并行处理,既可以提升信息网络服务能力和信息计算处理能力,也可以实现硬件模块和资源的共享及任务迁移和系统重构。在航天器上的应用表明:此方案可有效提升综合电子系统的运行效率及任务处理能力,增强综合电子系统对故障的容忍和处理能力,也能够显著提高综合电子系统的研制效率和产品化程度,使综合电子系统为构建高可靠、智能化的航天器提供所需的技术保障。     

卫星综合电子系统现状和发展建议

文章首先总结了国内外卫星综合电子系统现状和发展趋势,在充分分析我国航天器对综合电子系统的需求的基础上,提出了我国卫星综合电子系统的发展思路。     

应用相变储能板的星载数据处理器热设计

某星载数据处理器采用标准机箱结构,实现整星对地遥测数据的存储与传输的功能。数据处理器总热耗较大,其中有3个数据处理单元在工作时热耗高达70W。针对数据处理单元的周期性工作特点,填充有相变材料的储能板作为其散热措施使用。在数据处理单元工作时储热,间歇时散热,实现对数据处理单元的温度控制。为了验证该热设计措施的有效性,采用Flotherm软件进行仿真分析并设计了真空下的瞬态热平衡试验。仿真和试验结果均证明热设计方案合理,该相变储能板可以适应数据处理单元周期性工作的需求,且其内部所有元器件均满足一级降额设计要求。这种热设计方法为后续该类型周期性工作的大热耗单元热设计提供了参考意义。