数字信号处理大气中子单粒子效应(SEE)试验研究

本文针对4型航空常用的数字信号处理(DSP)进行了大气中子单粒子效应试验,对辐照条件、试验环境、试验件安装及监测方法进行研究,并对试验结果进行了数据处理及分析。试验结果表明,该4型DSP在14Me V中子辐射下均发生了单粒子翻转(SEU是单粒子效应中的一种模式),TMS320C6416TBGLZA8、TMS320C6418ZTSA500、TMS320F2812及SM32C6415EGLZ50SEP的单粒子翻转截面分别为1.91e-7cm2/device、6.62e-7cm2/device、8.82e-9cm2/device及1.62e-7cm2/device,在12000m处的飞行高度下,器件发生的单位翻转率分别为1.15e-03n/(device·h)、3.97e-03n/(device·h)、5.29e-05n/(device·h)、及9.69e-04n/(device·h)。     

SRAM型FPGA散裂中子源反角白光中子单粒子试验

本文利用中国散裂中子源(CSNS)反角白光中子束线开展了45nm工艺XC6SLX150、XC6SLX16两款SRAM型FPGA器件大气中子单粒子效应地面模拟试验,分析获得了器件截面数据并与之前结果进行比较.结果表明,同工艺器件中子单粒子效应截面基本一致,反角白光中子源、LANSCE散裂源及国内14MeV单能中子源单粒子...     

几种COTS元器件单粒子试验研究

针对COTS元器件没有考虑空间辐射环境的影响导致的高风险,特别是单粒子效应,使用重离子对空间科学用的数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)和模数转换器(ADC)开展了单粒子效应试验研究,分析了这几种COTS元器件单粒子效应发生时的现象。结果表明:TMS570LS20216型DSP的单粒子闩锁阈值低于12.6 MeV·cm~2/mg,A3PE3000L型FPGA的单粒子翻转阈值在个位数量级,ADS7883S型ADC的单粒子效应阈值大于36.8 MeV·cm~2/mg。试验结果可用于COTS元器件空间应用的系统级单粒子效应防护设计和风险评估。     

空间站环境COTS器件容错技术综述

由于空间站环境的总辐照剂量影响较小,采用商用现货(COTS)器件替代传统高等级抗辐照器件来降低成本是有效的方法,但是随着工艺尺寸的缩小,COTS器件受单粒子效应的影响越来越突出。为抑制单粒子效应,COTS器件通常需要采用多种软硬件容错设计。基于上述应用需求,对国内外采用COTS器件的低轨卫星及其相关容错技术进行了总结和分析,分别对存储器、SRAM型FPGA、DSP、CPU处理器进行了容错技术的研究和分析,总结了各类容错技术的现状及发展趋势。并针对上述四类COTS器件,分别给出在空间站环境下的容错设计建议。     

基于TMS320F2812和μC／OS-Ⅱ的飞机电气测控终端设计

介绍了基于新型高性能DSP芯片TMS320F2812和嵌入式操作系统μC／OS-Ⅱ的飞机电气测控终端的设计与实现，该终端已被用于先进飞机配电系统的地面实验系统中。     

民用航空发动机适航审定对单粒子效应的考虑

大气中子环境单粒子效应(SEE)对航空发动机电子设备的影响与飞行安全息息相关。随着集成电路组件几何尺寸的逐渐减小、飞机飞行高度的不断增加以及越来越多的飞行航线经过极地,航空发动机电子控制(EEC)系统对大气环境中子的敏感性也随之增大。本文主要总结了航空电子领域单粒子效应的研究历程和现状,阐述了民用航空局方对航空发动机适航审定中单粒子效应影响的立场,可为民用航空发动机控制技术研究、民用航空发动机适航审定中考虑单粒子效应的影响提供一定的指导。     

TMS320C6701与SDRAM的接口设计

TEXAS INSTRUMENTS生产的TMS320C6X系列数字信号处理器(DSP)和以前的DSP相比,由于先进的外部存储器接口EMIF的存在,可以和多种外围器件实现无缝接口,使用起来非常简便。以MICRON的MT48LC4M16A2芯片为例,介绍了用EMIF实现的DSP[TMS320C6701]与SDRAM的硬件接口,研究了各个相关控制寄存器的配置方法,给出EMIFSDRAM控制寄存器、EMIFSDRAM刷新周期寄存器的计算方法,并给出了软件初始化程序流程图。在需要大量数据、高速存储的应用中,SDRAM是很好的选择,能满足系统的各项要求。     

TMS320C6678多核DSP的加载配置和实现方法

程序代码正确的固化加载运行是多核DSP应用的前提和基础.简要介绍了DSP的加载器和加载过程,阐述了多核处理器件的加载配置管理方法.以TI公司的多核DSP TMS320C6678为例,介绍了多核DSP的加载模式和流程,详细阐述了EMIF16的Nor FLASH加载实现方法,可以实现多核DSP软件的正确、可靠加载运行.     

大气中子诱发复杂航电系统SEE的试验评价与防护设计

研究了国外单粒子效应对航电系统影响的历史进展,介绍了航电系统单粒子效应试验评价中子辐射源、试验硬件、试验方法、试验程序及评估方法5个方面。国际航空标准根据航电系统的重要程度将其定义为A、B、C、D、E五级。为了确保A、B和C级航电系统的可靠性,提出了涉及顶层项目管理至元器件控制各个层面的防护过程,优化系统设计,以适应大...     

热管冷却型月球堆的辐射屏蔽设计研究

针对40 k We热管型月球堆的辐射屏蔽问题,建立了三维蒙特卡罗计算模型。屏蔽布局方式整体采用地埋式,堆芯上方的轴向屏蔽体则采用影锥构形,选取适用温度范围宽、耐辐照的碳化硼作为中子屏蔽材料,伽玛屏蔽材料则采用钨,模拟计算了空腔及钨层厚度对轴向屏蔽体后端典型位置的辐射影响,同时也考察了百米外人员所受剂量随径向屏蔽体厚度的变化关系。据此得到了热管型月球堆初步的屏蔽体构型,其总质量为2.15 t,十年运行寿期内紧靠屏蔽体后端的敏感器件最大中子注量(1 Me V等效)为1.86×1014cm~(-2)、最大伽玛剂量为3.68 Mrad,而人员剂量仅为11.92 m Sv/a,在较大的裕量范围内满足辐射安全要求。     

半球谐振陀螺敏感单元总剂量效应试验研究

半球谐振陀螺是卫星捷联惯性参考单元的核心部件,在空间应用领域会受 到空间辐射环境的影响。介绍了半球谐振陀螺敏感单元的总剂量效应模拟试验的研究, 在电离总剂量60Co 源γ 射线辐照试验前、中、后, 分析陀螺敏感单元的性能参数变化。 通过总剂量1000krad(Si)的摸底试验,陀螺敏感单元的电性能参数稳定,证实陀螺敏感单 元和缓冲电路板在该辐射剂量下性能正常。     

基于DSP＋FPGA的智能天线系统设计与实现

针对LS—DRCMA（解扩重扩最小二乘算法）,提出了一种采用FPGA＋DSP结构实现的智能天线系统。根据LS—DRCMA算法对数值特性的要求和Xilinx公司的Virtex－4以及TI公司的TMS320C6416T硬件结构适合进行定点运算的特点,采用双FPGA＋单DSP结构来实现整个算法,并详细阐述了软硬件的实现和优化。实验结果证明,该系统收敛速度快,扩展性能好。     

基于功率倒置算法的GPS抗干扰实时系统实现

实现了基于功率倒置算法的GPS抗干扰实时系统,并且提出了一种低复杂度的实现算法。运用Xilinx公司的Virtex-4以及TI公司的TMS320C6416T硬件平台．采用双FPGA＋单DSP结构来实现整个算法。实验结果表明,GPS信号经过实时抗干扰系统处理后,可以运用普通的接收机进行实时、精确的定位。该系统具有兼容性好、精度高等优点。     

正交调制实现窄带带通数字滤波器

为了提高滤波器性能并简化设计,采用正交调制等效结构实现了带通滤波,使一组中心频率不同,而其余指标都相同的窄带带通数字滤波器设计简化为一个窄带低通数字滤波器设计.对窄带低通数字滤波器设计,又采用了多抽样率多级实现技术,提高了运算效率,节省了存储空间.该设计已在TMS320C3X系列DSP芯片上调试通过,并运用于铁路电气化区段机车信号译码.     

数字式外部电源监控器的设计与实现

传统的外部电源监控器采用模拟电路和继电器实现,控制的精度和灵活性差。数字式外部电源监控器以高性能的DSP芯片TMS320F240为核心,采用通用的嵌入式硬件软件设计方法,构建了一个高性能的控制系统平台,具有维护方便,控制精度高和系统灵活等优势。根据该原理研制的产品经过试验、联试和用户使用,结果表明该控制器工作可靠、性能良好。     

基于SRAM型FPGA单粒子效应综合防护技术

为解决基于SRAM(Static Random Access Memory,静态随机存储器)型FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)的扩频应答机在空间环境中时常发生功能故障的难题,提出了一种低轨卫星基于SRAM型FPGA的应答机的单粒子综合防护方案。该方案在代码级、器件级、单机级、整星级综合采用器件优选、结构屏蔽设计、巡检自愈、自主复位等多种方法,有效杜绝了单粒子事件带来的种种危害,已成功应用于某在轨卫星。在轨测试结果表明:遥测、遥控、跟踪测量等功能、性能指标满足任务要求,且未发生需要地面干预的问题或现象。该技术还可推广应用于其他采用低等级器件及其他类型FPGA、DSP(Digital Signal Processing,数字信号处理)等大规模集成电路的星载单机防护。     

大尺度空间薄膜地面振动试验网格膜等效理论分析与数值模拟

针对薄膜结构对空气阻力效应敏感、难以进行全尺寸地面动力学验证试验的问题,提出采用网格膜作为矩形膜面的等效结构进行地面动力学验证试验。建立了矩形膜面与网格膜的动力学等效准则,对网格膜的预应力场及结构参数进行了限定。算例数值模拟表明,在该等效准则的约束下,网格膜与矩形膜面具有基本一致的动力学特性。同时,声固耦合仿真验证了网格膜对空气阻力效应不敏感。     

空间重粒子入射屏蔽材料的蒙特卡罗模拟

针对空间辐射环境中银河宇宙射线重离子的屏蔽防护问题,使用基于蒙特卡罗方法的Geant4软件模拟330 MeV/n ~(12)C粒子入射铝、聚乙烯、水、液态氢4种屏蔽材料,分析了~(12)C粒子在4种屏蔽材料内的深度剂量分布;在Geant4中建立MIRD人体模型,分析了~(12)C粒子入射4种屏蔽材料后在人体睾丸器官内的吸收剂量;对每种次级粒子在器官内的吸收剂量进行比对,分析了~(12)C粒子入射PE材料产生的次级质子和次级中子能谱。结果表明:330 MeV/n ~(12)C粒子在液态氢中的入射深度为9.66 g/cm~2,在Al中的入射深度为液态氢中入射深度的2.63倍,~(12)C粒子入射5 g/cm~2Al屏蔽材料后在器官内的吸收剂量为2.98×10~(-14 ) Gy/Ion,在液态氢屏蔽后器官内的吸收剂量为2.29×10~(-14 ) Gy/Ion,与Al屏蔽相比吸收剂量降低23.2%。     

轻量级计算机内存软件巡检技术

针对软件单粒子效应防护问题,介绍了一种轻量级软件加固方法。该方法采用软件内存巡检技术,在不增加额外的设备硬件开销的情况下,检验并纠正CPU内存单粒子翻转,提升设备可靠性。该技术实现简单,系统资源消耗小,只需在已有程序的基础上进行少量代码添加,就可以实现软件加固,对已有代码修改量小。利用了系统中CPU空闲率高的特点,只在CPU空闲时对内存进行巡检,不会干预软件正常功能的运行。试验和在轨运行结果表明,该技术可以有效检测到内存中出现的单粒子异常事件,对原软件任务的功能性能指标没有影响。     

飞机结构典型环境腐蚀当量关系研究

 提出了一种用DFR值描述飞机结构的疲劳性能随腐蚀时间变化的关系式。阐述了腐蚀损伤相同则疲劳强度相等的观点，明确提出了以疲劳强度为准则的腐蚀当量原理，并根据相当数量的大气暴露和加速腐蚀试验后的疲劳数据，确定了铝合金试件4种典型环境地面停放大气腐蚀与试验室加速模拟环境暴露的腐蚀当量关系。