星载设备抗单粒子效应的设计技术初探

本文探讨了现代星载设备研制过程中遇到的抗辐射设计问题之一，即抗单粒子效应的设计问题，首先简单介绍高能粒子引起的单粒子效应──单粒子翻转（ＳＥＵ）和单粒子锁定（ＳＥＬ），在此基础上分别探讨了星载设备抗ＳＥＬ和抗ＳＥＵ的设计方法。     

面向单粒子效应的航天嵌入式软件软防护技术研究

单粒子效应是影响航天器可靠性和在轨寿命的重要因素。单粒子效应引发的可恢复性错误称为软错误,会导致软件运行出错。本文针对单粒子效应引发的软错误,对航天嵌入式软件中采用的软防护技术,按照控制流防护和数据流防护进行了分类分析和总结。     

空间辐射环境单粒子效应研究

文章介绍了空间辐射环境对航天器电子元器件产生的单粒子效应的国内外研究情况,从环境模拟方法、模拟试验设备、单粒子效应及防护以及飞行试验等方面进行了分析比较。文章对国内研究发展提出了一些建设性的建议。     

航天器单粒子防护薄弱点的识别

针对当前航天器研制中日益突出的单粒子防护量化设计问题,分析了单粒子软错误对航天器影响的特征,建立了评估器件或设备单粒子软错误对航天器影响的危害时间模型,给出了航天器单粒子防护薄弱点的识别方法和步骤,为改进航天器单粒子防护设计提供了客观依据。     

CCD视频信号处理器件单粒子效应试验

文章利用重离子地面模拟源,采用图像分析方法,开展了CCD视频信号处理器件单粒子效应系统性试验与测试研究。首先介绍了器件单粒子效应(SEE)试验方案、试验测试系统组成;然后通过试验研究获得了器件单粒子翻转(SEU)和单粒子锁定(SEL)特征参数,评估了视频信号处理器件单粒子翻转、单粒子锁定效应对系统成像性能的影响。试验结果表明:地面试验测试系统可有效实时判断、统计该器件单粒子效应发生事件,并能直观实时观察到单粒子事件发生时遥感图像的变化;视频信号处理器件随着重离子LET值增大,其单粒子截面呈增加趋势,器件对重离子诱发的单粒子效应比较敏感;单粒子锁定对光学遥感器成像任务的危害程度高于单粒子翻转。最后给出了采取单粒子锁定防护建议。     

COTS处理器单粒子效应检测系统设计

商用现货（COTS）处理器应用于星载计算机主控制器前须经过地面单粒子效应试验验证。与同等价位的宇航级处理器相比,COTS处理器具有集成度高、功能复杂、接口丰富的特点,需要为其定制化设计单粒子效应试验测试系统。文章针对COTS处理器的片内存储器、寄存器数量万倍于宇航级处理器以及接口功能更加丰富的特点,确定单粒子锁定（SEL）测试、存储器翻转测试、寄存器翻转测试、典型指令集测试和接口功能测试作为试验测试项;并提出一套单粒子效应试验测试系统方案,实现了对被测处理器的各路供电电流、存储器、寄存器和外部接口功能的有效测试和监控。     

卫星扩频应答机抗单粒子翻转技术研究

对卫星扩频应答机抗单粒子效应的方法进行分析,设计了采用反熔断丝工艺的FPGA （A54SX32）,通过回读比对功能对FPGA 进行监控和处理。此方法大大降低了单粒子效应造成卫星扩频应答机发生功能性故障的可能性,并在系统中通过内部高可靠单机对易发生单粒子效应的扩频应答机进行监控,诊断出故障后进行修复,同时设计定时复位对应答机进行复位、开机操作,确保卫星在轨扩频应答机的正常稳定工作。     

利用脉冲激光开展的卫星用器件和电路单粒子效应试验

利用脉冲激光进行单粒子效应试验具有操作方便、试验效率高、可对芯片单粒子效应响应的空间区域和时间特性进行测试等特点,可作为卫星用器件和电路单粒子效应测试的有力手段。利用自主建立的脉冲激光单粒子效应试验装置（PLSEE）,针对某卫星用数字器件和电路进行了辐照试验,观测到了丰富的单粒子效应现象,首次测试了多次单粒子锁定对器件和电路的影响,对器件选用评价和电路系统抗单粒子效应设计具有参考价值。利用此装置,还首次在国内对有空间应用背景和前景的运算放大器、光电耦合器进行了单粒子瞬态脉冲效应的试验,表明这些器件像数字器件一样会发生严重的单粒子效应,而且更难捕捉和定位,对卫星系统的威胁不容忽视。     

航天器单粒子效应的防护研究

随着航天电子器件集成度的不断提高,其发生单粒子效应的风险越来越高,已经成为影响航天器可靠性和运行寿命的重要因素。文章首先介绍了单粒子效应的发生机理、研究方法和研究成果,在此基础上对现有的各种抗单粒子效应加固技术进行了总结,按照硬件加固技术、软件加固技术和轨道优化设计的思路较为系统地论述了单粒子效应的防护手段。     

SRAM型FPGA的单粒子效应及TMR设计加固

宇宙空间中存在多种高能粒子,其辐射效应会严重威胁航天器中现场可编程门阵列（FieldProgrammable Gate Array,FPGA）器件工作的可靠性。文章研究了静态随机存储器型（Static Random AccessMemory,SRAM）FPGA中的单粒子翻转效应。理论计算表明,采用三模冗余（Triple Module Redundancy,TMR）设计方法可以有效缓解FPGA中的单粒子翻转问题。针对传统TMR设计方法的不足,提出了一种改进的TMR设计架构,并将该架构应用于某星载关键控制电路的设计中。文中的研究成果对SRAM型FPGA的空间应用有一定参考作用。     

卫星典型电子设备单粒子防护效果试验验证

文章通过在卫星电子设备整机上开展单粒子试验验证的案例,揭示单粒子事件对卫星软件指令的影响。试验对象选取卫星平台中典型的电子设备——测控单元,它包含处理器、SRAM等单粒子敏感器件。本案例成功实现在整机状态下触发单粒子事件,测控单元发生单粒子事件的频度疏密适当,验证了测控单元抗单粒子设计的有效性,掌握了测控单元在发生单粒子事件时的工作状态,对漏指令、误指令的产生条件进行了试验验证,并依据试验数据计算了由单粒子事件引发卫星漏指令、误指令的概率。试验结果可为卫星在轨故障分析提供依据,也可为抗单粒子设计提供数据支持。     

实时相除原理在制导雷达中的应用

本文提出了三种能用于制导雷达的实时相除方案,分析了实现实时相除的条件,并指出了实时相除不仅可用于正常情况下的雷达测角,还可以抗回答式角度欺骗干扰和噪声调频-扫频干扰。本文最后指出实时相除尚可用于抑制旁瓣干扰。     

低温推进剂地面加注系统冷量利用方案分析

为了降低低温推进剂损耗,提高利用效率,降低发射成本,提出了4套运载火箭低温推进剂地面加注系统的冷量利用方案。基于热力学原理,建立了非稳态数学模型,并以能量品质高低作为衡量方案优劣的标准,通过实例计算对比分析了各个冷量利用方案的可行性。研究得出4套冷量利用方案从热力学角度出发都是可行的,其中方案A和方案D最优,方案A可应用在目前现有低温推进剂地面加注系统中,而方案D则可应用于未来重型运载火箭低温推进剂地面加注系统之中。     

一种新的基于椭圆曲线的代理签名方案

数字签名和消息加密是信息安全的关键之一。文中利用椭圆曲线密码体制的高可靠性和短密钥等良好特性,提出一种指定接收者恢复消息的代理签名方案,并进行安全性和性能分析。该方案不需要使用专门的安全传输通道及分发代理签名密钥,而且将签名和加密较好地结合起来,可应用于电子现金和移动电子商务等场合。     

基于星上动态指令调度的卫星使用效能提升技术

针对传统任务管理模式采用静态约束指令序列导致卫星使用效能的不足,提出一种基于有向图模型的动态约束自适应任务管理方案。采用面向用户的星地任务控制接口,利用地面仿真和星上实时遥测获取任务运行过程的动态约束参数,星载计算机据此动态生成任务指令序列。针对某高性能光学卫星的仿真试验表明,与传统任务管理模式相比,卫星操作接口复杂度减少88.5%,任务注入效率提升699%,有效载荷数据传输效率提升10%,全球数据获取能力提升11%,对我国区域的实时数据获取能力提升100%。方案对遥感卫星在轨运行管理具有借鉴意义。     

基于多描述可分级编码的网络自适应视频传输

针对Internet视频通信中面临的网络带宽波动和随机丢包问题，结合精细可分级编码(FGS)、多描述编码(MDC)等容错编码方法的优点，提出了一种FGS视频流的多路径鲁棒传输方案。在该方案中，基本层码流在任意时刻都采用重传方式，对于增强层码流的各个比特平面，则根据分支路径带宽的变化自适应地选择重传或MDC方式。该方案的优点是可以同时兼顾视频流的抗丢包能力和对带宽变化的适应能力。实验结果表明，当分支路径的带宽较窄时，采用该方案可以明显提高视频重建质量。     

Autonomous navigation for a group of satellites with star sensors and inter-satellite links

This paper studies the autonomous navigation method for a group of satellites based on relative position measurements, which can be obtained by using inter-satellite links for measuring relative range and navigation star sensors for measuring relative bearing. For the satellites that are far from each other, it may be difficult to obtain relative bearing measurement due to poor visibility. To address this difficulty, this paper proposes a novel scheme, where three satellites, whose relative ranges are rather small such that the relative bearings can be observed, are used as beacons for the navigation of the other satellites that are invisible. The feasibility of the proposed navigation scheme is analyzed by using the Cramer-Rao lower bound (CRLB), with the consideration of the availability of relative bearing measurements. In addition, the multiple model adaptive estimation (MMAE) algorithm is adopted to improve the convergence speed of the estimator in the presence of large initial errors. Simulation results illustrate the high performance of the proposed scheme.     

航天结构的约束阻尼振动抑制优选方案研究

约束阻尼结构的高可靠性和良好的阻尼性能使得它在航天振动控制工程中得到了越来越广泛的应用。但是为实现约束阻尼结构的减重增效 ,需要寻找其优选的方案。本文通过典型的一种耦合结构约束阻尼振动抑制方案研究 ,得到了其优选的振动抑制方案。仿真结果表明 ,约束层和粘弹层相等面积铺设的方案比较保守 ;可以通过合理布置粘弹层而不改变约束层面积的方案来代替 ,实现约束阻尼结构的减重增效。该方案可为约束阻尼振动抑制设计提供参考     

紫外成像光谱仪主动热控系统的设计与实现

为了确保紫外临边成像光谱仪的温度水平和温度梯度满足指标要求,分析了其所处空间环境并结合其光机电的特点,设计了整机的主动热控方案和被动热控方案。首先,总结了成像光谱仪热设计的基本原则,介绍了主动热控方案和被动热控方案。接着,利用最坏情况分析法分析了主动热控系统测温电路的测温精度。然后,根据主动热控方案的要求,对主动热控系统的硬件和热控策略进行了设计和实现。最后,规划了主动热控系统的验证试验,并对主动热控系统进行了试验验证。分析和实验结果表明：主动热控系统的测温精度满足≤±0.5℃的指标要求,主动热控系统能够保证紫外临边光谱仪13℃～18℃以及紫外环形成像仪8℃～18℃的温度水平要求,主动热控方案合理、可行,满足高可靠性的要求。     

虚拟试验技术在双点激励随机振动试验中的应用

多点激励振动试验的实施较为复杂。文章研究应用虚拟试验技术在试验前进行试验方案设计及优化的方法。以双点激励虚拟随机振动试验系统为例进行虚拟试验,以及试验方案的优化;并将双点激励实物试验结果与虚拟试验结果进行对比分析。结果显示虚拟试验结果准确可靠,试验方案设计合理有效。