以综合电子技术构筑航天器智能化的坦途

未来航天任务要求航天器具备在轨智能处理的能力,而综合电子系统是航天器智能化的中心。一种为未来智能化应用开发的航天器综合电子系统,将传统的遥控、遥测和数据管理功能集成为一个简便易用的标准服务功能包,同时在具有统一信息网络服务的通信能力,以及支持分布并行计算、模块化扩展升级、系统重构的计算能力和存储能力等,为在轨智能处理建立了所需的硬件和软件支持。利用这些基础结构,应用过程可以专注于航天器智能处理的实现,从而完成各种复杂任务。     

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。     

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。     

智能化航天器综合电子系统需求分析及其体系架构探讨

针对航天器在自主任务规划、自主健康管理、信息实时处理、天地一体化网络等智能化和网络化方面的需求,对现有综合电子系统的处理能力、信息传输能力、网络通信能力等存在的差距进行分析,提出了一种智能化航天器综合电子系统的体系架构,并从硬件模块化设计、业务和协议标准化设计、软件分层及构件化设计3个方面给出了具体的方案。文章提出的体系架构能提供高性能的计算和处理平台,支持高速数据传输,支持器内、器间一体化联网,支持载荷信息融合等智能化处理,可提升航天器的智能化、网络化能力,提升航天器的好用性和易用性。     

航天器综合电子系统在轨重构容错技术研究

重构容错技术是指利用可重用的软硬件资源,根据不同的任务需求或故障情况进行重新配置,从而可以实现在轨升级或故障修复。文章在介绍重构容错技术的基础上,以NASA的SpaceCube处理器和BittWare公司的重构处理器为典型案例,阐述了其系统构架、重构容错设计和应用情况,总结分析了航天器综合电子系统重构容错技术的优势,如减少系统的冗余和备份,降低制造和修复成本,实现系统内部局部故障的自修复等。借鉴国外重构容错技术的发展和应用,总结出国内航天器综合电子系统重构容错技术应用存在的问题,如缺乏标准化的功能模块设计、在轨故障诊断精度较低等,并提出应开展在轨重构需求分析,以及功能模块化和可重构性的方案设计等建议,可为国内航天器综合电子系统的在轨重构容错设计及相关研究工作提供参考。     

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。     

月球轨道器模块化综合电子设计与实现

以嫦娥五号轨道器为背景,介绍了可重构模块化综合电子方案的设计。从综合电子功能需求分析入手、结合轨道器构型,搭建了综合电子系统体系架构。运用模块化的思路,规划了轨道器综合电子的基本功能模块类型,介绍了内总线的通用化设计,给出了单机的具体配置,并在此基础上进行了综合电子信息流设计。在计算机技术方面,重点介绍了既可以工作于热备份模式,又可以工作于冷备份模式的可重构设计。     

伽利略导航试验卫星电子系统设计概述

从2005年12月发射首颗试验卫星以来,欧洲伽利略卫星导航系统建设进入了新的阶段。GIOVE-A卫星平台和有效载荷电子设备的设计体现了当前先进的综合电子系统设计思想,卫星电子系统在集成化、模块化和网络化等方面具备了较高的技术水平。文章调研并分析了伽利略系统首颗试验卫星GIOVE-A的电子系统设计研制和在轨运行情况,可为我国全球导航卫星系统研制提供参考。     

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。     

国外航天器电子系统的几个重要发展趋势

首先,界定了所讨论的航天器电子系统的范畴,即限于航天器平台或公共服务模块部分的电子设备。然后,从分布式模块化结构电子系统发展、工业标准体系的应用、空间电子单机与元器件先进制造技术影响和数字化设备应用等方面,综述了国外航天器电子系统技术十余年的发展成果和趋势,其中重视系统体系结构研究、工业标准向空间技术领域推广等经验值得借鉴。     

中国下一代运载火箭电气系统技术发展研究

运载火箭电气系统主要负责实现飞行过程及地面测试过程中的导航制导控制、参数测量、遥测遥控、供配电管理以及故障诊断功能,是运载火箭的重要组成部分之一。总结梳理国外运载火箭电气技术发展趋势,结合我国后续运载火箭的发展需求和技术特点,提出了我国运载火箭电气系统的总体架构和技术发展方向,从综合电子技术、轻质化技术、多电火箭技术、智能化技术、便捷化技术等方面提出了后续关键技术的发展方向和建议。     

基于综合电子的某型运载器电气系统方案设计

为降低全生命周期成本,提高航天运载器综合竞争力,提出了基于综合电子方案的某型运载器电气系统设计实现方法。首先对该运载器功能需求进行了分析,建立了基于综合电子的系统分布式集成逻辑架构,然后分别就系统任务规划与操作系统分区结构、基于时间触发以太网(TTE)的一体化机内外总线体制以及系统容错处理机制等关键技术及实现途径开展了分析论证。本方案提出的相关软、硬件设计方法有利于实现系统快速集成与系统内资源共享,同时为实现冗余容错控制、在线任务规划等功能提供了便利。     

面向下一代运载火箭的综合电子系统集成技术

介绍了面向下一代运载火箭分布式模块化电子系统(DIMA)的集成技术及系统架构。针对下一代运载火箭复杂电子系统的特点,按照系统集成的路线,对系统设计目标、系统功能需求分析、系统抽象机制、系统综合技术等多方面进行论述。首先,根据电气系统功能获得系统需求,采用功能抽象和层次抽象定义系统抽象模型,提取出高内聚低耦合的原子功能模块,并对模块的属性、交换关系、时序约束关系等进行定义;然后采用可视化表征方法对系统进行深入分析,利用系统综合技术实现了从系统功能到硬件资源的映射,从而给出了集成控制单元和模块的种类;随后采用分时分区的设计理念对系统节点分区划分方案及容错架构进行了定义,并对分区操作系统的调度模型和交换式的数据交互网络进行了论述,最终给出了系统软硬件架构。     

宽频段一体化硬件处理平台设计

为解决传统通讯卫星面临的问题,针对微纳卫星发展趋势和方向,将具备核心功能的载荷微小型化,提出了一种宽频段多功能一体化硬件平台设计方案,搭建的硬件平台具有体积小、重量轻、功耗低、集成度高、可重构的特点。为解决传统硬件平台功能固化,不能满足功能多、快速响应的问题,提出了一种基于软件无线电设计思想,构建宽频带可重构通用信号处理平台,最大限度使功能软件化,通过加载存储芯片中不同程序实现不同的算法功能,通过一体化设计有效实现高功能密度,大幅度地降低成本,缩短研制周期,通过部组件产品模块化、接口标准化,制定即插即用标准规范,从而构建面向不同应用场合和需求的硬件平台,为传统硬件平台提供了一种新思路,是未来硬件平台的发展趋势。     

Elexbus — An attractive technical solution for small mission opportunities

Responding to the demand for a ‘faster, cheaper, better’ implementation of space related services. Dornier Satellitensysteme GmbH has established and exercised an approach for the development and production of satellites and the corresponding ground equipment for small missions, referred to as Flexbus. It allows to support space service customers starting from mission engineering via design, development and manufacturing of the necessary hardware, the launch service and ending with the hand-over of the operational system. Flexbus harmonises a modular component concept with a sound design and development approach, as a whole providing the means to offer high quality products in a fairly short time and for competitive pricing. This paper will outline the major features of the Flexbus approach and describe application examples.     

Flexbus — an attractive technical solution for small missions

Responding to the demand for a ‘faster, cheaper, better’ implementation of space related services, Domier Satellitensysteme GmbH has established and exercised an approach for the development and production of satellites and the corresponding ground equipment for small missions, referred to as Flexbus. It allows to support space service customers starting from mission engineering via design, development and manufacturing of the necessary hardware, the launch service and ending with the hand-over of the operational system. Flexbus harmonises a modular component concept with a sound design and development approach, as a whole providing the means to offer high quality products in a fairly short time and for competitive pricing. This paper will outline the major features of the Flexbus approach and describe application examples.     

返回舱和着陆系统设计的新理念

文章描述了美俄合作提出的一种低成本和低风险的载人返回舱概念。方案采用已有的硬件 和技术,由美国负责电子设备和软件,充分利用俄罗斯在返回舱方面的技术和低成本。提出的这种返回舱 概念是把联盟-TM按比例增大到可以容纳8位乘员,而且着陆系统增加了气囊,对伤病航天员的着陆具有 更好的缓冲作用。     

返回舱和着陆系统设计的新理念

文章描述了美俄合作提出的一种低成本和低风险的载人返回舱概念。方案采用已有的硬件和技术，由美国负责电子设备和软件，充分利用俄罗斯在返回舱方面的技术和低成本。提出的这种返回舱概念是把联盟-TN按比例增大到可以容纳8位乘员，而且着陆系统增加了气囊，对伤病航天员的着陆具有更好的缓冲作用。     

Hardware/software integration & verification for the mobile servicing system of the international space station

The system architecture of the Mobile Service System (MSS) forms an integral part of the architecture of the International Space Station (ISS) in which elements interact through data components controlled by their respective element software. Tne element developers produce software components which, subsequent to being validated on their respective elements, are integrated and verified in test environments which are representative of the integrated MSS/ISS system. This is the classical method for integration and verification. If program software requirements are, for various reasons, slow to finalize, the software development process starts later than anticipated, and following the classical development/verification processes, could put the scheduled software deliveries at risk. A new approach to development and verification is needed which must encompass the entire software program from component unit software to fully integrated system software. This paper describes the approach which was taken to perform system hardware/software integration and verification with software components which were essentially incomplete, but were developed in a phased fashion, having mutually compatible functionality. The paper describes the MSS and ISS system architecture, the various software components and an overview of the original integration and verification plan. The paper will then describe the new integration approach which was developed, and discuss the evolution of the various software components in terms of functionality and their phased integration into a system. The paper will conclude by providing a summary of the results of the integration and verification activities, and demonstrate how delivery schedules for the integrated system software were met.