高可靠航天计算机的容错设计方法

本文根据星载计算机研制和飞行试验的经验,从理论和实践相结合的角度对高可靠航天计算机的容错设计方法作了分析综合。其中着重对容错结构的选择、故障检测和诊断方法、故障处理对策和容错管理进行了论述。最后提出了几个值得重视的容错课题。     

飞行容错控制系统中的关键技术

在航空航天飞行器设计中，随着主动控制技术、随控布局及电传操纵系统的普遍采用，飞行控制系统的地位变得更为重要。系统容错、冗余技术是为飞行控制系统的高可靠性要求而被提出来的。本文就飞行控制系统的三大组成部分（飞控计算机、伺服机构、传感器）中容错、冗余技术应用的一系列关键问题进行了探讨，提出了飞控系统的冗余配置方案，一种解决冗余系统同步问题的新方法、消除系统交联隅合的措施以及冗余系统中各通道间信息传输的     

一种卫星上的容错数字控制计算机

卫星控制系统用的数字计算机是实时性能很强的控制机,又是信息量较大的数据处理机,同时要求可靠性极高。一般,星载计算机设计成一台双机热备份的容错计算机系统。文章介绍了星载计算机的元器件选择,主机构成及其性能,各种系统软件和应用软件的设计准则,以及整机测试方法等。着重介绍了星载计算机硬件和软件的容错设计。文章最后介绍了星载计算机的使用情况,星载计算机成功地完成了二次飞行试验任务,表明设计思想正确,满足总体技术要求,控制精度高。采用双机热备份系统确实保证了计算机的高可靠性要求。     

计算机的容错设计

介绍容错和计算机容错的概念,结合某卫星上的计算机,论述了计算机的容错设计,包括机间容错和机内容错.实践证明,容错设计是提高计算机可靠性的有效手段.     

容错箭载计算机的硬件故障注入方法研究

容错机制和设计方案的正确性验证是容错箭载计算机研制的重要环节,验证方法有理论计算、软件模拟和硬件模拟等3种。硬件故障注入法采用人为引入故障方法可加速系统的失效,并通过观察系统在出现故障之后的行为反应对容错计算机系统的容错能力进行评价,更适合工程应用。本文研究采用硬件故障注入方法和特定容错测试仪,对容错箭载计算机的容错机制和设计方案进行了正确性验证,为容错箭载计算机的工程应用奠定技术基础。     

小卫星星载容错计算机控制系统软硬件设计

创新一号低轨存储转发通信小卫星是中国第一颗重量在100公斤以下的小卫星，介绍了其星载计算机系统的设计方案。由于卫星采用了计算机集中管理方式，为保证星载计算机的可靠性，设计中对硬件使用了双计算机热备份冗余设计，星载计算机的可靠性同时通过软件和硬件协同容错设计来实现。卫星的星务管理、遥测、遥控、姿态控制、电源管理、通信控制、轨道控制等都需要通过计算机软件完成，介绍了这些软件的主要功能和容错设计。创新一号星载计算机采用了多项新技术，并经过了一年多的飞行测试验证，达到了预定的运行目标，星载计算机圆满完成了各项设计功能，证明了卫星计算机系统的安全可靠。     

分布式容错计算机系统在航天器上的应用

计算机容错技术是提高系统可靠性的强有力手段，卫星星上数据管理系统是高可靠性的分布式容错计算机技术系统，在硬件和软件的设计中，应用了故障检测、故障屏蔽和动态冗余等多种容错技术，本文从理论和工程实践两个方面介绍了各种容错技术在航天器上的应用。     

分布式容错计算机系统在航天器上的应用

计算机容错技术是提高系统可靠性的强有力手段,卫星星上数据管理系统是高可靠性的分布式容错计算机系统,在硬件和软件的设计中,应用了故障检测、故障屏蔽和动态冗余等多种容错技术,本文从理论和工程实践两个方面介绍了各种容错技术在航天器上的应用。     

冗余设计技术在运载火箭飞行控制系统中的应用(一)

冗余容错技术是提高运载火箭飞行控制系统可靠性的重要手段。本文针对飞行控制系统的应用特点 ,对冗余技术在工程应用中需要解决的四个方面的内容 :冗余结构 ,判别准则 ,检测方法和无共因失效设计进行了论述     

冗余设计技术在运载火箭飞行控制系统中的应用(二)

冗余容错技术是提高运载火箭飞行控制系统可靠性的重要手段。本文针对飞行控制系统的应用特点 ,对冗余技术在工程应用中需要解决的四个方面的内容 :冗余结构 ,判别准则 ,检测方法和无共因失效设计进行了论述。     

航天器控制应用的星载计算机技术

介绍了中国研制的用于近地轨道、太阳同步轨道和地球同步轨道航天器的几种主要星载容错计算机的功能和主要特点以及它们的容错结构,并简述了星载控制计算机的发展趋势。     

一种临近空间艇载计算机故障检测与系统重构方法

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,进行软件管理策略的研究和设计,提出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。在故障注入试验中,艇载计算机在遇到故障时能够实时检测出故障,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。     

空间环境下COTS计算机的抗SEU容错体系结构设计

针对空间辐射环境下的单粒子翻转效应,结合COTS器件的特点,介绍了一种空间环境下COTS计算机的嵌入式解决方案,并结合应用的要求给出了抗SEU容错体系结构的设计方案—基于COTS器件的多级容错结构。文章分别从芯片级、模块级和系统级3个容错粒度展现了空间计算机容错体系结构的设计思路,最后还利用了混联模型分析并计算了系统的可靠度指标。     

通用容错测试仪GFTE的设计与实现

故障注入是一种有效的测试和评价容错机制的方法 ,可被普遍应用于容错计算机系统开发的各个阶段中。本文提出了一种基于嵌入式故障注入的容错设备测试方案 ,称之为GFTE ,是针对以 80 4 86 ,80 386 ,80 86为处理器的容错计算机系统设计的。文中详细讨论了GFTE的三个组成部分 :测控模块、通用管理模块和注入器的设计 ,并介绍了这三个部分所采用的实现方法     

航天计算机自检测技术

介绍航天容错计算机（ＣＰＵ）容错的一种硬件设计方案。这种方案采用四台ＣＰＵ的冗余来实现ＣＰＵ的自检测，以达到ＣＰＵ容错的目的。     

采用观测器的偏置动量小卫星姿态容错控制

针对偏置动量小卫星的自主飞行问题,提出一种基于不确定项观测器的滑模容错控制方法。应用欧拉-拉格朗日系统的干扰观测方法设计不确定项观测器,对动量轮输出力矩变小、磁力矩器线圈电阻漂移等执行器故障以及小卫星外部环境力矩等不确定项进行估计,理论推导证明该观测器的观测误差一致最终有界(UUB)。基于不确定项观测器的估计值,设计补偿控制项,并与滑模控制器的控制力矩合成实现姿态容错控制。从理论上证明该容错控制方法能够使小卫星姿态快速收敛至滑模面。该容错方法无需做小角度假设,对执行器运行状态信息依赖性低。仿真结果表明,本文建议的容错控制方法具备可行性,实现了对小卫星姿控系统中不确定项的观测估计和容错控制。     

星载计算机系统瞬态过载不精确容错调度算法研究

卫星在空间作业时经常需要容错处理大量复杂的任务,这将导致过载现象的发生,星载计算机系统将不能在期限内调度它们而产生调度失败。基于这种情况,提出了星载计算机系统瞬态过载不精确容错调度算法(OLIFTSA)。它采用不精确调度思想来完成过载情况下的调度,最终取得最大的调度精度。另外,提出星载计算机系统可靠性代价概念,它能量化容错调度所产生的开销,从而使本算法容错调度代价最小。仿真实验表明:OLIFT-SA算法可以在瞬态过载时,以最小的容错开销获得最大的任务执行精度。     

国际空间站上使用的两种计算机

欧空局为国际空间站研制了两个新型的计算机 :容错计算机 ( FTC)和标准有效载荷计算机 ( SPLC) ,它们可以满足空间站对计算机的需要 ,可以方便地构成各分种布式数据管理结构。文中介绍这两种不同类型的计算机设计     

卫星控制系统的三机容错计算机系统

本文讨论了容错计算机的三种容错结构,即D/S(双机变单机)、TMR/J(三模冗余变单机)、以及TMR/D/S(三模冗余变双机再变单机)结构。给出了三种容错结构的可靠性数学模型,对影响可靠性的诸多因素进行了讨论、比较,确定采用TMR/S方案。文中对TMR/S的硬件设置及容错管理程序做了简要介绍。对从事容错设计的工程技术人员有一定参考价值。     

硬实时系统中自适应反馈软件容错动态调度算法研究

在飞行控制等硬实时系统中由于任务超时完成将会给系统运行带来灾难性后果,而现有软件容错调度算法在处理机利用率较高时,成功执行主任务所占时间比率下降,针对此提出自适应反馈容错动态调度算法,此算法在经典软件容错调度算法BCE(Basic CAT EIT)的基础上,引入反馈调度机制,形成Feedback BCE调度算法。该算法在运行过程中定期监测处理机利用率,将实际处理机利用率与预期值进行比较,根据比较结果调整对任务集的调度。实验表明,相对于其他同类算法,自适应反馈软件容错调度算法有效降低了浪费的CPU时间片数量,提高了成功执行主任务所占时间比率,有效降低了因处理机超载而引起的主任务丢失率。