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ECSS标准的航天器姿轨控系统内1553B总线数据协议设计

摘要： 国内外航天器姿轨控系统广泛应用基于1553B内总线的体系结构.针对国内航天器姿轨控系统内部1553B总线数据协议不统一带来的可集成性、可扩展性和通用性差的问题，本文设计了基于ECSS标准的姿轨控系统内1553B数据总线协议，从姿轨控系统内部总线数据业务需求分析出发，提出了四层结构的数据协议体系结构，重点介绍了在应用支持层和链路服务层应用ECSS标准的总线协议设计，并说明了协议的应用情况.应用该国际通用的标准协议，有助于实现国内航天器姿轨控系统内1553B总线数据协议的标准化，进而提升姿轨控系统体系结构的可集成性、可扩展性、以及星载设备(含软件)的通用化.     

基于云计算的航天操作系统中的任务分区#br# 与迁移关键技术研究#br#

云计算是一种按需提供资源的模式,虚拟化是云计算实现按需服务的基础.基于云计算的航天操作系统使得任务可以根据任务需求分配不同的物理资源,解决了航天器小型化趋势下如何充分利用物理资源的问题.本文通过虚拟化容器实现航天操作系统对分区的要求,设计了合理的任务调度和容器调度方案.通过仿真实验,验证了调度方案在满足航天操作系统对容错要求的同时,提高了航天器物理资源的利用率和负载均衡.     

基于云计算的航天操作系统中的任务分区与迁移关键技术研究

云计算是一种按需提供资源的模式,虚拟化是云计算实现按需服务的基础.基于云计算的航天操作系统使得任务可以根据任务需求分配不同的物理资源,解决了航天器小型化趋势下如何充分利用物理资源的问题.本文通过虚拟化容器实现航天操作系统对分区的要求,设计了合理的任务调度和容器调度方案.通过仿真实验,验证了调度方案在满足航天操作系统对容错要求的同时,提高了航天器物理资源的利用率和负载均衡.     

航天器嵌入式操作系统研究与设计

随着航天器结构和功能的复杂化,对作为系统资源管理者的操作系统的功能和可靠性等要求也日益增强.分析嵌入式实时操作系统在国内外航天领域的研究与应用现状,提出面向航天器应用特点的具有多任务管理、内存管理、文件系统、容错和故障管理等功能的高可靠、高性能的嵌入式实时操作系统的研究与设计方案,并展望其在未来网络化及分布式安全航天器中的发展前景.     

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.     

航天器在轨流体补给系统的概念研究

1 概况 □□航天器寿命受到航天器上可消耗物质装载量的限制。航天器上可消耗流体物质包括推进剂、制冷剂、电源介质和生保气体等。航天器载荷舱内载有一些低温测量仪器（如红外天文望远镜），需要通过低温制冷系统来维持低温测量仪器的工作温度，因此制冷剂耗损直接影响测量仪器的寿命。航天器变轨和轨道保持需要消耗一定的燃料，对于长期工作航天器，其燃料将影响航天器的在轨寿命和轨道保持要求。 在空间轨道上建立长期的大型空间实验室（如国际空间站），需要消耗大量的流体物质，因而需要定期地补给燃料。例如，航天大国正积极致力于…     

航天器双主动交会策略研究

从理论上分析了共面近地圆轨道上的航天器的远程双主动交会的问题.根据轨道动力学基本原理,导出各种情况下特征速度的解析解,为航天器变轨时的燃料消耗分析提供了依据.进一步探讨了航天器轨道转移过程中的时间策略,以保证在不同轨道上运行的航天器在同一时刻、同一空间位置交会.上述理论分析的仿真计算结果表明,双主动交会总特征速度和过程耗时都低于主被动交会情形,单星的燃料消耗大大降低,对大范围快速变轨,优势更加明显.     

Linux内核在新型硬件平台上的实现

新型微处理器M3270的研制成功,使得支持该体系结构的操作系统的研究迫在眉睫.通过对Linux内核体系结构的研究,进而分析出往新型硬件平台移植Linux内核所需进行的工作,将大大提高操作系统的设计水平、缩短开发时间.在分析了Linux内核的体系结构和M3270硬件体系结构的基础上,提出在该硬件平台上实现Linux内核的方法.      

基于电磁力与力矩的航天器运动控制的研究进展

电磁力与力矩是一种非接触式的相互作用力与力矩.将通电线圈或磁铁放在磁场中会受到电磁力与力矩的作用.多个通电线圈或磁铁相互作用时，在彼此构成的磁场中也会受到电磁力与力矩的作用.作为一种非接触的力与力矩，电磁力与力矩在航天器的姿态与相对位置控制系统中已有了广泛和深入的应用.本文主要介绍近年来由航天器上电磁装置受到地磁场作用产生电磁力矩在姿态控制中的应用，和带有电磁机构的多航天器间相互作用控制多航天器间相对位姿的应用等.     

基于ROS的空间即插即用架构软件解决方案

为了支持航天器软硬件系统的即插即用,必须配备一套中间层软件系统来自动处理组件的自发现、自配置和通信,针对这一需求提出一种基于机器人操作系统（ROS）实现空间即插即用软件架构的方案。在分析和对比ROS框架与SPA架构的基础上,根据SPA异质网络架构的特征,提出了基于ROS的SPA软件架构（RSPA）;对SPA协议在ROS框架下的实现问题进行了研究;设计了一种基于ROS的SPA演示系统。相比于以往的空间即插即用架构软件实施方案,RSPA具有清晰的网络模型,更容易扩展,并且可以有效利用ROS稳定的基础框架和丰富的工具加速软件构建过程。     

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.     

航天器主要采用什么电源？

航天器上许多电子设备,所以,电源对于航天器来讲是必不可少的,电源功率的大小和寿命对航天器的性能有至关重要的影响。现代航天器在与火箭分离后首先要展开太阳电池翼,否则难以正常工作运行。在实际运行过程中,也常常出现因电源故障而导致航天器报废。因此,航天器电源至关重要。     

航天器内环境监测的无线传感器网络应用研究

无线接口技术是航天器电子系统技术发展的前沿和热点之一, 具有广泛应用前景. 提出了用于监测航天器内部及其设备环境参数的无线传感器网络设计方案, 详细介绍了构建航天器内无线传感器网络的通信协议、网络架构、软硬件设计方法, 并给出一个将ZigBee Pro技术应用于航天器内的典型设计实例, 以TI公司最新的CC2530芯片和ZigBee协议栈Z-Stack为基础, 用于监测航天器内部及其设备的温度、湿度、电压、电流等参数. 实验证明, 本设计具有低功耗、 传输可靠、网络鲁棒性及组网灵活等优点.      

日地平动点编队飞行自抗扰轨道维持控制

对日地平动点附近的航天器编队控制问题进行研究,为解决基于局部线性化模型设计轨道保持控制器时存在的控制精度不高、模型精确性过度依赖等问题,提出基于圆型限制性三体问题的日-地/月系统L_2点附近主从式航天器编队飞行的相对位置控制问题的解决方法.将主航天器设定在Halo轨道上,从航天器利用自抗扰控制方法控制在主航天器周围,编队系统内的未知动力学和外部扰动由扩张状态观测器获得,并利用非线性误差反馈对其进行补偿.数值仿真结果显示采用0.1μN到10 m N的控制力即可使航天器相对位置误差控制在位置精度要求范围内,同时在存在未知干扰的情况下该方法依然具有很好的鲁棒性,从而验证优越性.     

柔性空间机械臂在轨操作仿真与分析

针对挠性航天器利用柔性空间机械臂在轨操作目标进行分析.首先利用Kane方程和假设模态法对挠性航天器上安装有柔性空间机械臂的系统进行动力学建模.其次,采用修正的罗德里格斯参数描述机械臂末端相对服务航天器的姿态,利用五次多项式对机械臂末端的相对位置与姿态进行规划,并将目标航天器的相对运动进行补偿,基于雅克比矩阵的广义逆求解机械臂关节运动规律.然后,将反馈控制与扩张状态观测器结合,分别设计了航天器姿态稳定控制器和机械臂轨迹跟踪控制器.最后,对柔性空间机械臂捕获目标航天器以及安装模块的过程进行闭环数值仿真,结果表明,所设计的控制器能够使机械臂跟踪期望轨迹,同时使得航天器姿态趋于稳定,机械臂可以较高精度完成在轨操作.     

航天器热故障诊断专家系统推理机的设计

航天器在飞行过程中,经常发生各种故障,因此需要充分进行地面模拟试验.在航天器地面热试验的故障分析过程中,除了形成了可供故障诊断用的规则以外,还得到了许多具体的事例.后者很难用规则来准确地描述,但却是人类专家最珍贵的经验,必须加以利用.据此提出了基于事例推理和基于规则推理的混合推理机制,给出了具体的流程图,并就两种推理给出了相应的冲突消解策略.     

基于自适应多设计融合航天器近距离操作的执行器故障补偿技术研究

针对带有执行器故障的航天器近距离操作系统,提出了基于多设计融合的自适应故障补偿方法,实现在发生执行器卡死故障情况下,对目标航天器的位置和姿态的跟踪。提出的故障补偿方法无需故障检测,针对每种可能的故障模式设计控制器组成多控制器集合,并有效地将它们融合后构建最终反馈控制器。仿真结果表明了该故障补偿策略的有效性,能够保证追踪航天器系统的稳定性和期望的跟踪性能。     

星载操作系统中面向混合多任务类型的两级准入控制策略

随着空间技术的发展,星载操作系统从单一任务类型的封闭式系统转变为多种任务类型混合的开放式系统,此时系统的可预测性难度和不确定性增大,而现有的表调度策略已无法解决该场景下多任务类型混合调度时的可调度性分析问题,同时也不能支持系统运行时新任务的动态载入,阻碍了星载操作系统的智能化和多样化发展.针对该问题,本文以保障航天器的实时性需求及功能的可扩展性为研究目标,提出基于任务关键等级的两级准入控制策略.通过模型建立对任务的时间特性进行了描述,并全面分析了高优先级任务产生的最大干扰时间,进而分别提出基于干扰时间上界和基于响应时间分析的可调度性判定方法.实验结果表明,相较于现有算法,本文方法极大地减小了高优先级任务干扰时间的计算开销,并通过对任务运行时信息的追踪,改善了算法实时性能,提升了处理器利用率,为解决航天器系统中零散任务的准入控制问题提供了理论基础.