基于多种并发机制的卫星电子设备地面测试软件设计方法

在卫星电子设备测试系统中,地面测试软件不仅要访问测试系统硬件,而且需要与用户直接交互,并完成测试数据的存储和管理,并发处理能力是测试系统可靠和正确的关键,传统软件设计采用的串行策略无法适应卫星地面测试软件中的并发处理需求.为解决上述问题,提出多线程、消息机制、共享缓冲区、P-V操作4种并发机制相结合进行程序设计的方法.实际应用表明采用这种基于多种并发机制的程序设计方法能可靠实现卫星地面测试软件,有效解决了软件开发中的并行性问题.     

一种低成本高可靠的星载计算机存储器容错方法

星载计算机应用中，高可靠和低成本往往相互矛盾.传统计算机系统通过采用高等级器件的方式来提高系统可靠性，但代价是成本高昂.商业卫星采用降低元器件等级的方式来降低系统成本，但可靠性也随之降低.针对这一矛盾，提出了一种设计方法：利用低等级元器件，通过对程序存储器和数据存储器双冗余的方式来提高计算机存储器的可靠性、容错能力以及抗空间环境能力.采用本设计的计算机其存储器部分的可靠性与传统宇航计算机相当，成本与商业卫星计算机相当，实现了低成本与高可靠兼顾.     

小卫星星务管理技术

阐述了第三代星上测、控、管系统 (星务系统 )的基本设计思想 ,它是基于现场控制、内嵌式微控制器和星上现场网络等概念开发的一项卫星新技术。该项技术实现传统卫星上的系统功能集成 ,具有全数字化、全网络连接、全分散式和在线组态的特点。该文给出星务系统与过去星上测控系统相比的最大两个概念跳跃 :内嵌式 ,整星全网络化。星务系统构成了一种星载柔性服务系统 ,用现场网络来协调、控制星上智能设备的相互联系 ,完成包括信息流、动作流、能量流的动态作业 ,可以在线下载任务和在线整定参数 ,改变传统卫星测控系统接口层的封闭性和专用性 ,实现星上设备“即连即用”。这就是构成星上集成电子学系统一体化的关键 ,构成“平台化”的核心。按星务系统技术设计 ,可以提高整星级可靠性和运行功能有效性 ,并可以加快研制进度和降低开发成本。该文还指出了星务系统和数管系统的不同 ,CAN总线和 15 5 3B的不同     

飞机装配数控柔性多点工装技术及应用

型架是飞机装配的重要工艺装备,为了改变传统飞机装配中一个壁板组件对应一个刚性型架的"一对一"装配模式,减少工装数量,实现数字化柔性装配,提出了一种"卡板定位支点可重构"的数控柔性多点型架的新方法.详细介绍了其基本原理及设计关键技术,利用现场总线技术实现了卡板定位支点的数控调形重构,基于CATIA软件二次开发技术开发了调形计算软件,实现了数控柔性多点型架应用过程中调形数据的全数字量传递.应用表明数控型架运行稳定、可靠,满足精度要求,实现了飞机装配工装的数字化和柔性化,对飞机数字化装配柔性工装技术的研究具有重要意义.     

故障模式影响分析专家系统

介绍了应用人工智能和专家系统技术,建立一个依托专家知识,基于功能/硬件推理的,与故障仿真综合应用,并以故障诊断专家系统,专业CAD/可靠性CAD和可靠性信息系统为支持的故障模式影响分析专家系统FMEAES(Failure Model Effect Analysis Expert System)框架.详细论述了系统的功能、结构、其三大组成部分(预处理部分、FMEAES核心和后处理部分)的功能及其相互关系,故障模式选择、故障仿真和进行功能FMEA和硬件FMEA的处理流程,以及故障模式影响分析专家系统与其他系统的关系.      

基于组件的模糊推理在卫星故障诊断中的应用

利用COM组件技术实现故障诊断组件化 ,用模糊推理技术与故障诊断技术相结合的方法 ,给出卫星故障诊断组件化平台 ,并开发了模糊推理组件。最后针对某型号卫星的电源系统 ,将模糊推理组件应用在电源损耗器故障诊断专家系统中     

卫星高功能密度综合电子系统设计

微小卫星综合电子系统承载了卫星大部分功能，是卫星任务处理和控制的中心，未来新的智能化应用、星群应用、通信服务等需求也将由卫星执行，对综合电子系统提出了新的要求。分析了国外典型小卫星综合电子系统，具有功能综合度高、多数功能集中在一台计算机中、卫星功能软件化的特点。设计了基于软件定义的综合电子系统一体化结构，硬件采用高度集成的模块化设计，软件采用分层和组件化设计，将系统功能进行分层，通过软件定义组件的方式实现各层功能和业务。高功能密度综合电子系统由一个通用化的高性能硬件平台和各种可加载的APP软件组成，除传统功能外，还可扩展自主任务管理、星间组网和载荷管理等功能，不仅使卫星的集成度和功能密度大幅提升，还能实现卫星功能重构，达到一星多用、一星多能的目的，有利于紧急时期卫星系统快速构建与应用，对于未来星座组网应用也具有一定意义。     

“实践五号”卫星星务管理系统

中国在“实践五号” (SJ- 5)卫星上首次应用并通过考验的星务管理系统 ,是实现卫星运行管理、自主控制、信息传送以及星地大回路操作的综合自动化系统。它是由计算机网络来协调、控制星上各种功能部件的相互联系 ,完成包括信息流、动作流、能量流的动态作业所形成的一种星载柔性服务系统。它具备有如下主要技术创新点 :构成整星多级控制 ;引入内嵌式管理执行单元 ;星上现场网络技术 ;构造硬件和软件的封装技术 ;利用商用实时多任务操作系统 ;兼容型分包遥测技术 ;复合型遥控和遥操作实现技术 ;信息多路径的冗余备份和系统重构技术 ;测试床技术 ;分级整体辐射加固技术。星务系统的应用既提高了整星自治能力 ,自动化和智能化水平 ,又分散了整星失误风险。从而 ,提高了整星级可靠性和运行功能的有效性。     

面向宇航应用的高可靠SoC异常处理系统设计

实现了面向宇航应用的高可靠SoC异常处理系统软硬件设计.为提高可靠性，将处理器及异常处理系统寄存器进行冗余设计，对SoC片上SRAM及各外设存储模块引入EDAC检错/纠错(纠一检二)机制.采用中断控制器统一管理众多的外设中断请求，对数据/指令的EDAC校验一位错和二位错异常，引入不同的硬件处理机制.一位错可通过EDAC逻辑纠正，不影响处理器正常运行，通过中断控制器以异步异常方式处理；二位错不能被EDAC逻辑纠正，影响处理器指令执行，通过总线反馈信号以精确同步异常方式处理，保证了异常响应的效率和系统可靠性.仿真验证结果表明，该异常处理系统可正确处理SoC众多外设和处理器内部异常.本文中的设计方法对高可靠处理器异常处理系统设计具有一定的参考价值.     

基于LabVIEW的电动舵机智能检测系统设计与实现

以LabVIEW为应用程序开发平台设计了电动舵机智能检测系统,该系统改变原有手动测试为智能测试,自动化程度高,多种信号综合,以上限264M的PXI总线型高性能计算机为控制核心,采用信号集成和转换技术,实现不同性质信号的综合变换与处理,测试项目和准确度满足电动舵机的测试要求.     

北斗卫星空间信号故障与监测性能指标定义

卫星导航系统指标分配与论证是指导和约束各大系统方案设计及工程实现的重要依据.完好性和连续性是系统服务性能的关键指标,能否满足用户需求主要取决于其中的空间信号故障和监测性能指标.以用户完好性和连续性要求为设计依据,定义了空间信号故障次数、平均故障率、故障漏检率、虚警率等系统指标与完好性、连续性等风险概率之间的转换关系.针对北斗系统及星座构成特点,按照国际民航组织规定的用户完好性和连续性风险概率需求,分析了不同空间信号故障条件对系统完好性监测性能的指标要求.研究结果可为北斗全球系统可靠性指标论证和设计提供依据和参考.      

基于动态故障树的卫星可靠性分析

针对卫星系统的可靠性问题，提出了一种基于动态故障树的卫星可靠性分析方法。采用马尔可夫链和二元决策图相结合的分析方法，建立卫星的电源、姿轨控和推进3个分系统的动态故障树模型，在此基础上得到卫星的随机故障模型，并综合考虑损耗故障建立卫星可靠性模型。利用蒙特卡洛仿真对随机故障模型进行评估分析，并将其与Weibull分布模型进行性能比较，仿真结果表明该方法能够有效分析卫星的随机故障，具有计算精度高、效率高的优点，并能更有效地模拟卫星部件随机故障的动态行为。     

故障安全设计在国内外同步轨道卫星中的应用

故障安全设计是确保同步轨道卫星长寿命、高可靠运行的关键因素之一.本文首先对国外具有代表性的同步轨道卫星故障安全设计进行了详细的调研;然后简要描述了国内同步轨道卫星故障安全设计的特点,提出了自己的看法;最后综合国内外调研状况,对未来中国同步轨道卫星故障安全设计提出了建议和意见,以期为中国同步轨道卫星故障安全设计提供有益的借鉴,切实提高中国同步轨道卫星的可靠性.     

小波分析在GPS卫星故障检测中的应用

目前基于扩展卡尔曼滤波的残差卡方检测法已在接收机自主进行GPS卫星故障检测方面得到广泛应用,但该方法存在依赖系统数学模型、检验延迟等问题。文章提出一种基于小波分析的GPS卫星故障检测法,利用小波分析在时频域表现出良好的细节处理特性,将GPS接收机的可测数据即伪距观测数据和位置定位数据作为处理对象,进行多尺度下的分析,通过识别异常点来判断故障的发生。仿真结果表明,该方法具有高效灵敏、简洁直观、易于工程实现等特性,有助于保证导航系统的可靠性和稳定性。     

容错控制系统的可靠性建模及模型化简

在容错控制系统的设计过程中,进行系统的可靠性建模和分析求得容错控制系统可靠性是一项非常重要的工作。它是许多设计工作,如设计方案的选择优化和一些设计参数的确定等的重要理论依据。在容错控制系统的可靠性分析中,利用马尔柯夫过程理论对容错控制系统进行可靠性建模能够较为真实地描述系统的实际工作情况,但是由于容错系统为了达到高可靠性而有采用了大量的冗余配置及重构技术,使得该可靠性模型往往变得相当复杂。因此,对     

MEO导航卫星热控系统设计及验证

为解决MEO导航卫星整星热控设计以及有特殊温控指标要求设备的温度控制问题,结合卫星构型、轨道姿态、工作模式等特点,采用被动散热、扩热及局部隔热的热控措施,辅以开关或高精度比例控温算法分级主动热控设计原则.针对载荷大功率设备和相控阵天线,采用热管网络结合扩展散热区的热控措施;针对有温度敏感指标要求的蓄电池组、原子钟等采用...     

二体绳系卫星系统冲击效应动力学与试验研究

为了研究冲击效应对二体绳系卫星系统动力学特性的影响，开展了基于绝对节点坐标法的柔性绳索模型及绳系卫星系统运动特性分析研究。首先介绍了绝对节点坐标法柔索模型的建立过程，并进行了动力学仿真实验，在仿真时充分考虑了柔索的轴向刚度矩阵、弯曲刚度矩阵以及质量矩阵，可在不增加计算量的同时保留系绳真实特性。最后，搭建了三自由度的二体绳系卫星地面模拟试验系统，在规格为20 m×30 m的大型气浮平台上开展了试验验证，对末尾释放阶段和初始回收阶段系绳的张力以及子星的运动状态进行了分析。验证结果表明：地面模拟试验与仿真实验相比，系绳张力误差均在5%以内，验证了该建模方法的有效性和所搭建的试验系统的可靠性，同时为绳系卫星的未来发展和地面试验的进一步展开奠定了基础。     

Fault tolerant small satellite attitude control using adaptive non-singular terminal sliding mode

The Attitude Control System (ACS) plays a pivotal role in the whole performance of the spacecraft on the orbit; therefore, it is vitally important to design the control system with the performance of rapid response, high control precision and insensitive to external perturbations. In the first place, this paper proposes two adaptive nonlinear control algorithms based on the sliding mode control (SMC), which are designed for small satellite attitude control system. The nonlinear dynamics describing the attitude of small satellite is considered in a circle reference orbit, and the stability of the closed-loop system in the presence of external perturbations is investigated. Then, in order to account for accidental or degradation fault in satellite actuators, the fault-tolerant control schemes are presented. Hence, two adaptive fault-tolerant control laws (continuous sliding mode control and non-singular terminal sliding mode control) are developed by adopting the nonlinear analytical model to describe the system, which can guarantee global asymptotic convergence of the attitude control error with the existence of unknown external perturbations. The nonlinear hyperplane based Terminal sliding mode is introduced into the control law design; therefore, the system convergence performance improves and the control error is convergent in “finite time”. As a result, the study on the non-singular terminal sliding mode control is the emphasis and the continuous sliding mode control is used to compare with the non-singular terminal sliding mode control. Meanwhile, an adaptive fuzzy algorithm has been proposed to suppress the chattering phenomenon. Moreover, several numerical examples are presented to demonstrate the efficacy of the proposed controllers by correcting for the external perturbations. Simulation results confirm that the suggested methodologies yield high control precision in control. In addition, actuator degradation, actuator stuck and actuator failure for a period of time are simulated to demonstrate the fault recovery capability of the fault tolerant controllers. The numerical results clearly demonstrate the good performance of the adaptive non-singular terminal control in the event of actuator fault compare with the continuous sliding mode control.     

概念设计集成系统与星座方案探索

进一步研究了快速方案选择和概念设计新方法.结合概念设计过程,给出星座方案选择和卫星概念设计的基本模型,在方案探索和概念设计中集成了风险和不确定性分析;应用系统综合设计优化平台(SDOF)开发卫星星座概念设计集成系统,实现卫星星座方案探索优选;集成系统交互、演进、分布式协同设计,可自动运行优化过程,同时可监视和控制设计任务单元运行状况,优化完成后用户可定制设计报告内容和格式;最后介绍了对地观测卫星星座概念设计实例,采用多岛遗传算法进行优化,初步验证了该系统在技术原理上的可行性.