SFMEA方法在飞行控制软件中的应用

为提高飞行控制软件的安全性,分析了飞行控制软件的安全性薄弱环节,探讨了影响飞行控制软件安全性的隐患。简要阐述了软件失效模式、影响(SFMEA)方法,给出软件失效模式分类的方法以及飞行控制软件常见的失效模式,给出适用于航天飞行控制软件的软件危害性等级,结合某型号飞行控制软件进行了SFMEA方法的尝试性应用,分析了软件失效的局部影响和最终影响,形成了52个SFMEA的分析表格,总结了302个飞行控制软件的失效模式,发现了部分安全性薄弱环节,并提出了相应的改进措施,结果表明,SFMEA方法对提高飞行控制软件的安全性有一定的工程价值。     

飞行控制软件可靠性设计探讨

控制系统飞行软件 (飞行控制软件 )是关系到弹箭飞行成败的关键部分 ,本文从一些实例出发对如何提高飞行控制软件设计的可靠性做了探讨。     

飞行控制软件测试用例辅助设计系统原型的设计与实现

BranchTCase原型是针对飞行控制软件中分支结构的测试用例辅助生成系统,它可以分析统计被测软件中的分支结构,生成覆盖所有可达分支的执行路径集合,从而辅助测试人员基于分支覆盖设计测试用例。BranchTCase采用纯静态技术,不依赖动态插装,通过扫描被测软件的源代码,得到软件的基本静态信息,并构造程序的执行流程图,最后遍历得到执行路径集合。本文阐述了BranchTCase原型的设计思路,讨论了其中的静态扫描分析、结构分析、分支结构遍历等主要算法。最后以某型号飞行控制软件为分析实例,得到了覆盖其所有分支结构的执行路径集合。     

运载火箭飞行控制软件可重用架构设计方法研究

面对运载火箭飞行控制软件规模和复杂程度急剧增加、研制周期越来越短的现状,如何运用新的软件开发模式替换传统的研制模式,来提高飞行控制软件的研制效率已成为当前的研究重点。应用可重用软件开发技术能够有效提高软件研制效率,对提高运载火箭飞行控制软件的设计质量和缩短研制周期具有重要的意义。本文基于可重用软件开发技术在需求分析、概要设计和详细设计阶段的具体内容,提出了一种运载火箭飞行控制软件可重用架构设计方法,从而用于提高设计效率,降低维护成本,对运载火箭飞行控制软件研制具有较强的应用价值。     

飞行控制软件全数字仿真测试环境的搭建与应用

全数字仿真测试环境是嵌入式软件测试的主要平台,从仿真对象上分为目标硬件环境和目标数据环境两个部分。文中详细阐述了利用数字芯片开发工具VTEST,搭建飞行控制软件全数字仿真测试环境的方法,并以某型号飞行控制软件确认测试为背景,介绍了全数字仿真测试环境的应用。利用全数字仿真测试环境能够进行软件功能测试、结构测试、边界值测试,具有较高的测试效率,提高了测试的自动化程度。     

基于实时操作系统的多核分布式飞行软件架构设计

基于对飞行器飞行控制软件的需求(包括功能需求以及性能需求)的分析结果，提出一种基于战星嵌入式实时操作系统的多核分布式飞行控制软件架构，架构共分为5层，从下至上依次为：操作系统层、硬件接口层、框架层、应用层和重用构件层。该架构目前已经应用于多个项目，具有可移植性好、可靠性高、实时性强等特点，能够降低项目研制时间与成本，提高飞行控制软件的可靠性与安全性。     

基于SPARC与RTEMS的飞行控制软件开发技术

实时多任务操作系统的引入改变了传统飞行控制软件开发模式.本文结合RTEMS实时多任务系统部分源代码,深入剖析了该系统的任务管理、任务调度机制、SPARC寄存器窗口管理、中断管理、RTEMS系统初始化及系统配置等关键技术.并结合某型号开发经验,给出飞行控制软件的系统建模、任务划分、任务调度等开发过程.该过程为提高飞行控制软件的实时性、安全性和可靠性提供了很好的保障.     

卫星星座整网轨道确定分析与仿真

编队飞行的卫星或卫星星座对轨道确定自主性和精度提出了较高要求。针对这个问题,通过建立星座的轨道动力学模型和星间观测的测量模型,将星座中的星间观测数据和地面观测数据融合起来,将待估的卫星轨道参数和部分动力学参数进行适当的分类,研究卫星星座整网轨道确定的新方法,并在理论上分析了整网定轨方法能提高定轨精度的原因;最后采用自主开发的卫星星座整网轨道确定软件进行了仿真计算。计算表明,该方法能有效地减少对地面站的依赖,并较大幅度提高定轨时卫星绝对位置和相对位置精度。
     

检验弹上计算机性能指标的试验方法及软件设计

本文介绍一个利用DJS—8通用数字计算机与弹载数字计算机对接组成的实时开路试验系统,并介绍了鉴定弹载计算机性能指标,控制软件适应能力,飞行纸带装订准确性等试验软件的设计方法和系统工作程序。此系统已用于型号设计上对弹载计算机制导软件验收的环节中,并取得了显著的效果。而且还推广应用到飞行试验的结果分析,精度分析等方面。     

航天器软件风险集成管理方法

为确保航天器软件产品功能、性能符合任务需求,安全、可靠地完成飞行任务,需要对其进行风险管理。文章首先介绍了软件风险管理理论研究现状;然后结合航天器软件强实时性、高可靠性和安全性、维护困难等问题,提出了基于系统集成思想的软件风险控制方法;最后以某航天器为例介绍了该套方法的应用成果。研究结果可为识别航天器软件风险,提高软件产品质量提供参考。     

Physiology, medicine, long-duration space flight and the NSBRI

The hazards of long-duration space flight are real and unacceptable. In order for humans to participate effectively in long-duration orbital missions or continue the exploration of space, we must first secure the health of the astronaut and the success of such missions by assessing in detail the biomedical risks of space flight and developing countermeasures to these hazards. Acquiring the understanding necessary for building a sound foundation for countermeasure development requires an integrated approach to research in physiology and medicine and a level of cooperative action uncommon in the biomedical sciences. The research program of the National Space Biomedical Research Institute (NSBRI) was designed to accomplish just such an integrated research goal, ameliorating or eliminating the biomedical risks of long-duration space flight and enabling safe and productive exploration of space. The fruits of these labors are not limited to the space program. We can also use the gained understanding of the effects and mechanisms of the physiological changes engendered in space and the applied preventive and rehabilitative methods developed to combat these changes to the benefit of those on Earth who are facing similar physiological and psychological difficulties. This paper will discuss the innovative approach the NSBRI has taken to integrated research management and will present some of the successes of this approach.     

Challenges of assuring crew safety in space shuttle missions with international cargoes

The top priority in America's manned space flight program is the assurance of crew and vehicle safety. This priority gained greater focus during and after the Space Shuttle return-to-flight mission (STS-26). One of the interesting challenges has been to assure crew safety and adequate protection of the Space Shuttle, as a national resource, from increasingly diverse cargoes and operations. The control of hazards associated with the deployment of complex payloads and cargoes has involved many international participants. These challenges are examined in some detail along with examples of how crew safety has evolved in the manned space program and how the international partners have addressed various scenarios involving control and mitigation of potential hazards to crew and vehicle safety.     

Predictors of immune function in space flight

Of all of the environmental conditions of space flight that might have an adverse effect upon human immunity and the incidence of infection, space radiation stands out as the single-most important threat. As important as this would be on humans engaged in long and deep space flight, it obviously is not possible to plan Earth-bound radiation and infection studies in humans. Therefore, we propose to develop a murine model that could predict the adverse effects of space flight radiation and reactivation of latent virus infection for humans. Recent observations on the effects of gamma and latent virus infection demonstrate latent virus reactivation and loss of T cell mediated immune responses in a murine model. We conclude that using this small animal method of quantitating the amounts of radiation and latent virus infection and resulting alterations in immune responses, it may be possible to predict the degree of immunosuppression in interplanetary space travel for humans. Moreover, this model could be extended to include other space flight conditions, such as microgravity, sleep deprivation, and isolation, to obtain a more complete assessment of space flight risks for humans.     

质量矩拦截弹的模糊滑模姿态控制系统设计

质量矩控制是一种全新的飞行控制方法，与广泛应用的空气动力控制相比，可以避免飞行器在超高马赫数飞行时舵面的气动加热问题，而且可以提高飞行器的机动性和敏捷性。以所建立的质量矩拦截弹数学模型为基础，通过对模型合理的简化，得到一个耦合的非线性动力学系统，考虑到系统的鲁棒性要求和三个滑块的协调控制问题，利用滑模控制设计了拦截弹大机动飞行时的姿态控制系统，同时采用模糊逻辑算法抑制系统的抖振现象。仿真结果表明系统性能指标满足设计要求，只需微调滑块位置，即可以实现拦截弹的姿态控制。     

Enhanced operations efficiency by using the unified synoptic system

The unified synoptic system (USS) was developed by ESA for replacing the existing Columbus display solutions and to unify the display system used on-board and on-ground. USS provides enhanced flight operations efficiency and reduced effort for product preparation, qualification and maintenance for synoptic displays. Additional to its use for Columbus it is installed at JAXA and NASA to support requirements definition and review of NASA generated ISS displays. Due to its advanced capabilities, which go beyond existing known solutions, it has been made available to be reused for future spacecraft EGSEs and control centres (e.g. exploration missions, satellites) as well. Use of synoptic display is mostly guided by operational procedures which are in electronic format. However, till now the full operational benefit has not yet been realized. Procedure viewers and synoptic display systems are completely separate entities. Direct interaction of procedure viewers with synoptic display systems or underlying system control software is not supported at all. Therefore astronauts, flight controllers and operators still have to carry out a lot of mundane activities when executing operational procedures. The USS based procedural display viewer provides the user with a coherent, task oriented user interface for using synoptic displays and executing procedures in an efficient manner.     

状态/输入约束下飞-推一体化的保性能安全控制

基于飞行-推力一体化思想提出了一种针对搭载超燃冲压发动机的吸气式高超声速飞行器速度通道的状态/输入约束自适应鲁棒保性能安全控制方案。首先根据超燃冲压发动机的机理分析与计算流体动力模型数据，建立了安全子系统与性能子系统面向控制的仿射非线性模型。之后基于障碍Lyapunov理论与动态面设计方法设计了一套安全子系统状态约束控制器，从理论上保证了飞行器在跟踪指令的全过程中，发动机相关状态不会触碰安全边界，并结合自适应技术与辅助系统提高了该控制系统的鲁棒性。针对性能子系统设计了一套鲁棒自抗扰控制器，达到“保证安全的前提下不折损性能”的目的。仿真结果表明所设计的控制系统可以在保障安全的同时达到预想的性能，并显著放宽了超燃冲压发动机对飞行器飞行姿态的约束，保证了高超声速飞行器的机动灵活性。     

基于HLA的载人航天器飞行任务仿真平台研究与实现

面向载人航天器飞行任务仿真需求,根据载人航天器的特点以及高层体系结构(HLA)技术,提出了基于高层体系结构的载人航天器飞行任务仿真平台方案,设计实现了由运行管理、飞行指令、数据记录、数据可视化等功能,以及涵盖轨道、姿态、能源、动力学等多个专业仿真模型组成的仿真平台,给出了应用实例,并就仿真平台开发中的联邦开发过程、仿真模型接口软件、飞行场景三维可视化等关键部分进行了探讨。与单一的飞行任务仿真软件相比,该分布式仿真平台覆盖的专业面更全,验证内容更丰富,可扩展性更强。随着载人航天器系统飞行任务复杂程度的提高,通过对仿真平台的扩展和重用,可适应新的任务验证需求。该仿真平台可为复杂载人航天器的飞行任务设计验证提供依据,并对基于HLA的其他航天器仿真系统的联邦设计与开发具有一定的参考价值。     

高超音速飞机鲁棒自适应控制的研究

由于高超音速飞机自身特有的结构以及飞行时所处的复杂条件，其高度非线性的数学模型往往很难获知，即便是建立的某种数学模型也是极为不准确的，因此许多传统的控制方法已经不再适用。所提出来的高超音速飞机鲁棒自适应控制，依靠在线调参的单隐层神经元来逼近其不确定的数学模型，使得整个控制过程对模型的依赖程度大大降低，除此之外，该控制方法还具有非线性解耦的能力，最后通过对某种高超音速飞机的仿真分析，验证了该方法的控制效用及强鲁棒性能。     

基于模糊神经网络的质量矩拦截弹动态逆控制

质量矩控制是一种全新的飞行控制方法,与广泛应用的空气动力控制相比,可以避免飞行器在超高马赫数飞行时舵面的气动加热问题,而且,可以提高飞行器的机动性和敏捷性。以所建立的质量矩拦截弹数学模型为基础,通过对模型合理的简化,得到一个耦合的非线性动力学系统。考虑到系统的鲁棒性要求和三个滑块的协调控制问题,应用双时标分解的方法,提出将拦截弹动力学分离为快变状态动力学和慢变状态动力学。然后,设计了拦截弹模糊动态逆飞行控制系统,分别针对快变和慢变子系统,提出了一种基于模糊神经网络(FNN)的动态逆误差补偿方法,可以有效地抑制气动参数摄动而引起的控制系统性能的下降,提高了控制系统的鲁棒性。仿真结果表明系统性能指标满足设计要求,只需微调滑块位置,即可以实现拦截弹的飞行控制。