基于联合k/n(G)模型的DIMA系统可靠性建模与分析

针对分布式综合模块化航空电子（DIMA）系统的动态重构特性,分析了动态重构策略及重构过程,构建了面向DIMA系统的联合k/n（G）可靠性模型。以驻留于DIMA系统的综合显示功能为例进行了实验分析,讨论了系统重构过程可靠度与时间变化关系,给出了利用一般k/n（G）可靠性模型建模的可靠度变化曲线,通过对比分析验证了联合k/n（G）模型的适用性和合理性;通过参数敏感性分析,观察不同模块配置参数对系统可靠度的影响,得出相关结论,为提高DIMA系统动态重构过程的可靠性和优化资源配置提供指导。     

DIMA系统软件集成技术研究

本文针对分布式综合模块化系统中核心计算平台模块设计通用化、安装可替换以及功能可重构等要 求,研究系统软件集成技术和方法,提出了DIMA 系统中通用处理模块可互换性及功能可重构的解决方案,解 决了系统中通用处理模块资源有效利用和管理简易化的问题。     

DIMA架构下飞机全电刹车系统故障传播行为分析与评估

在DIMA平台开放性体系架构的背景下,飞机航电与机电等系统功能逐渐渗透融合,面向DIMA架构的全电刹车系统是未来飞机刹车系统的主流设计趋势,但目前尚未形成针对DIMA架构下全电刹车系统的故障传播行为分析与评估方法。针对上述问题,首先结合DIMA架构特征和全电刹车相关标准,分析面向DIMA架构下的全电刹车系统分层架构,在此基础上构建全电刹车系统任务-功能-资源层次模型。其次,考虑到DIMA平台资源共享的特点,结合系统层次模型开展系统耦合关联分析,引入Floyd算法计算间接耦合矩阵以及路由矩阵,通过构造失效严重程度矩阵量化系统关联耦合度,建立系统故障传播结构模型,综合考虑故障路径传播概率和系统边缘介数,构建DIMA架构下全电刹车系统故障传播强度模型,以识别系统故障传播关键路径,完成故障传播行为分析与评估。最后通过实例分析,以验证所提方法的正确性与合理性。     

基于效能的先进战斗机航电系统动态重构方法

为满足未来先进战斗机全战斗过程的对敌压制能力需求，分析了作战任务与航电系统支持能力间的关系，建立了"作战任务-航电能力-资源需求"间的关系矩阵和航电系统效能模型；以最大化全飞行阶段航电功能整体效能和飞行安全为目标设计了针对不同作战场景的航电系统动态重构策略及重构流程；通过数值分析，对比了动态重构航电系统与静态配置航电系统在不同作战区边界的效能，表明动态重构特性能有效提高战斗机各阶段的作战效能，提高有限资源条件下的阶段优势。     

滚动轴承故障诊断的品质因子可调小波重构方法

针对轴承早期故障诊断困难的问题,提出了基于信号共振稀疏分解与品质因子可调小波重构的滚动轴承故障诊断方法.该诊断方法首先对轴承故障信号进行共振稀疏分解获得高共振分量和低共振分量;然后对低共振分量进行品质因子可调小波重构,并结合峭度分析,筛选出最佳分析信号;最后对最佳分析信号进行希尔伯特解调分析,从而提取滚动轴承故障特征信息.通过对仿真信号和实际故障信号进行分析,该方法能有效提取轴承故障信号中的冲击成分,凸显故障特征.      

机载嵌入式动态可重构计算机设计

动态可重构技术在降低机载嵌入式计算机的体积、重量和功耗方面有巨大的潜力。分析机载应用环境对嵌入式计算机的要求,探讨部分可重构和软件可编程重构两种动态可重构方法,并针对机载嵌入式计算机的需求,从硬件资源利用率、系统灵活性和系统可维护性等方面详细分析比较了两种动态可重构方法。基于部分可重构方法,提出了一种高性能、高灵活的体系结构,有效提高了系统资源利用率,具有深远的军事应用前景。     

基于自适应滑模观测器的航空发动机故障诊断

为解决现有航空发动机基于模型的在线故障诊断方法存在对模型精度要求高等的问题,利用滑模方法设计一种自适应滑模观测器对航空发动机进行在线故障重构、诊断与隔离。对传感器故障和执行机构故障分别设计了重构算法,针对两者重构故障的特点提出了判断逻辑,讨论了设计参数对于观测效果与抖振的影响。 Matlab/Simulink仿真结果显示,重构的故障与实际故障基本吻合,对故障的诊断、隔离、定位具有良好效果,并对环境不确定性具有优良的鲁棒性。     

涡扇发动机气路传感器故障诊断

为了实现对某涡扇发动机传感器故障的在线诊断,提出并设计了1种基于在线贯序极端学习机的故障诊断算法。其核心思想是在定位某传感器故障后,在线建立针对该故障传感器"预学习"的信号重构算法,解决多故障混叠问题。在线信号重构算法以泛化能力指标为判定条件,利用选择策略对算法网络权值进行选择性更新,提高了故障诊断系统的实时性。以某型涡扇发动机为对象开展了传感器故障诊断与重构仿真,结果表明:该算法能够对发动机单、双传感器故障进行准确地诊断与信号重构,且具有良好的实时性。     

国际空间站健康管理系统对我国空间站建设的启示

航天器本身应具有一定的健康管理能力,特别是空间站,结构复杂、状态参数多、可靠性要求高、在轨运行时间长,对健康管理能力提出了要求。介绍了航天器集成式系统健康管理从简单的异常检测到故障诊断到各功能集成的发展历程,对国际空间站采用的IMS异常检测工具、TEAMS-RT、Livingstone和HyDE故障诊断工具以及ACAWS集成式故障诊断工具进行了研究。我国航天器健康管理中状态监测可实现自动阈值判断,但监测数据缺乏分析处理,有基于规则的故障诊断工具,但只能覆盖一小部分,结合这些发展现状,得出对我国空间站健康管理的启示:要进行顶层的、全面的ISHM工作策划,开发通用的系统级状态监测、故障诊断和故障预测工具,功能集成,重视对数据的挖掘以及分阶段有序推进。     

航空发动机控制系统传感器FDIA系统仿真

基于卡尔曼滤波器组,建立了航空发动机控制系统传感器故障诊断系统,实现了对单个传感器故障的检测、隔离与重构(FDIA),确保了发动机控制系统即使在传感器故障发生的情况下,依然能安全可靠地工作.同时利用Simulink建立一个通用的发动机传感器故障诊断仿真平台,在此仿真平台上,对故障的诊断进行仿真验证,并分析了测量噪声对故障诊断系统性能的影响,为发动机在线传感器故障诊断系统的实现提供理论依据.      

故障预测与健康管理(PHM)技术的现状与发展

 结合故障预测与健康管理(PHM)的技术发展过程,阐述了PHM的应用价值。论述了PHM技术系统级应用问题,提出了故障诊断与预测的人-机-环完整性认知模型,并依此对蓬勃发展的故障诊断与故障预测技术进行了分类与综合分析,给出了PHM技术的发展图像。针对故障诊断与预测的不确定性特征,对故障诊断与预测技术的性能要求、定量评价与验证方法进行了分析。最后,以PHM技术的工程应用为线索,提出了PHM技术发展中的几个问题。     

基于在线加载分区机制的重构方案的设计与实现

随着综合模块化航空电子系统（IMA）结构技术的发展,对航电系统的安全性和可靠性的要求也进一步提高。本文提出的IMA重构方案基于VxWorks653系统中的在线加载分区(Online-Loaded)机制,可以做到对应用程序的动态加载,使得IMA系统在发生故障时能按预设的配置进行功能迁移,从而实现IMA系统的重构。在该重构方案的基础上还同时设计了分步加载技术。测试验证表明,分步加载技术明显减少了重构的耗时,提高了重构的效率。     

MIMO变结构飞行重构控制系统设计

基于滑模变结构控制,提出一种MIMO(multiple input multiple output)的飞行重构控制系统的频域设计方法.将滑模变结构控制与飞行重构控制相结合,解决了飞行重构控制技术中故障检测和系统参数辨识的问题.引入渐近观测器和hedge模型增加重构控制系统对衍生未建模动态的鲁棒性;引入作动器模型、输出饱和限制和驾驶员模型,使变结构重构控制系统设计方法变得更为有效和实用;以某型飞机的横航向飞行控制系统为例,进行设计模拟.结果表明:在飞机气动参数大幅突变和操纵面严重受损的情况下,飞机仍能保持良好的性能.      

基于多信道软件无线电通用平台的测试及故障诊断技术研究

研究多功能可重构软件无线电开发、测试与评估通用平台技术,验证多信道软件无线电技术可实现性,突破平台设备实现级关键技术,通过论证,证明了基于通用平台的测试及故障诊断技术的可行性,及多信道软件无线电在不同应用领域通信系统的适应性和可重构性。     

临近空间艇载计算机余度管理策略研究

平流层飞艇是可靠性要求很高的系统,需要由具有容错能力的艇载计算机来进行控制和管理。针对艇载计算机采用的余度结构进行了软件管理策略的研究和设计,提出了基于异构总线的握手机制节点故障检测方法、基于“看门狗”与“心跳”相结合的 CPU 故障检测方法、基于节点健康矩阵的互援式总线重构方法及基于有限状态机的多 CPU 并行处理系统自适应重构方法。故障注入试验表明,艇载计算机在遇到故障时能实时检测出故障,诊断故障类型,并对故障进行处理,实现系统重构,保证了平流层飞艇长期驻空时的安全飞行。     

基于GSM技术的AICPS故障管理与容错机制的研究

给出了机载综合核心处理系统AICPS的软件结构和组成,采用基于TLS三层栈的先进的航电系统结构,其通用系统管理GSM分为健康监控、故障管理和配置管理三个软件功能模块,以及飞机级、综合区级、资源元素级共三级.基于GSM和运行蓝图,论述了AlCPS的故障管理技术和容错重构机制,重对故障处理的过程如故障检测、故障诊断、故障处理和配置管理进行了讨论.由于航空电子系统高安全、高可靠性等特点,作为提高可靠性的手段之一,研究故障管理与容错重构非常必要.     

航天器上升段轨道快速重构算法

针对航天器上升飞行过程中由于干扰的影响导致实际轨道偏离初始设计轨道的问题,提出了基于状态量提前修正的航天器上升段轨道快速重构算法。使用该算法对大气干扰下上升段轨道进行了快速重构仿真分析,结果表明,该算法能够综合考虑上升段飞行过程的状态量约束、终端约束、入轨精度、重构时间等因素,实现快速重构。     

基于算子理论的系统可重构性评价与自主重构

针对航天器在轨资源严重受限（包括计算资源、硬件资源以及能量资源）的特点，开展了基于算子理论的航天器姿态控制系统可重构性评价方法和自主重构策略的研究。首先，基于稳定核表示（SKR）和稳定像表示（SIR）的算子理论给出了系统可重构性评价指标，定量地描述了系统的重构能力，突破了基于互质分解理论的系统可重构性评价方法对系统线性性质的局限。同时，基于以上结果，给出了系统可重构性最大边界，为设计人员设计自主重构策略提供了明确的指标；然后，通过在设计阶段考虑系统可重构性，充分挖掘并利用系统重构潜力，为自主重构策略的设计提供理论指导；最后，通过仿真验证了所提方法的有效性和正确性。     

基于飞行过程数据的航空发动机故障诊断方法研究

针对航空发动机飞行过程数据,结合门控循环单元（GRU）动态网络和深度神经网络（DNN）,提出了一种数据驱动的航空发动机故障诊断结构。首先,从飞行数据中抽取发动机健康数据,并通过一组GRU网络建立发动机在健康状态下的动态模型。其次,通过GRU动态模型的预测值与真实测量信号生成残差信号,残差信号作为DNN网络的输入预测发动机健康参数。最后,通过诊断决策模块实现对发动机的故障检测与识别。使用仿真生成的真实飞行工况数据集对提出的故障诊断系统进行了验证。结果表明,相比于直接使用传感器测量数据,基于GRU网络的残差结构能够大幅提升故障检测和识别性能,故障检测和识别准确率分别可达96.51%和95.06%,并且对训练数据样本数量的依赖性较小,较少的训练样本也能获得很好的预测结果。     

面向航电系统容错特征的任务可靠性建模方法研究

基于AADL语言和GSPN模型面向DIMA系统开展任务可靠性建模研究,考虑系统的容错特征及其模式转移逻辑,建立AADL系统建模语言与GSPN模型的转化规则,进行系统可靠性定量分析,并以典型航电产品为例进行了方法应用和仿真。本文提出的方法和规则可实施性强,为存在重构或备份等容错技术的航电产品进行多模式转移 的系统任务可靠性建模提供参考。