基于FPGA架构的高可靠在轨重构系统设计

航天设备与地面设备相比,制造成本高,对空间环境的适应性要求也高。为了延长航天器寿命,提高其在轨工作的可靠性,需要考虑航天器在空间环境下的可维护性需求。针对航天资产在轨软件实现功能维护的需求,研究空间环境应用背景下的高可靠在轨可重构技术。基于FPGA芯片在航天器领域中应用的广泛性、灵活性及可靠性,设计了一种FPGA架构下的高可靠在轨重构系统。该系统的优势在于充分利用星载设备中普遍使用的“SRAM型FPGA+反熔丝FPGA”的硬件架构,在实现SRAM型FPGA动态刷新功能的基础上仅通过软件更改来增加在轨重构功能,极大降低了硬件更改的成本,扩展了可重构功能的应用范围。在某航天器星载设备中应用该在轨重构系统,通过实际飞行经历,验证了该架构系统设计方案的可行性、可扩展性及可靠性。     

可重构芯片体系结构及其发展趋势

可重构芯片同时兼具通用处理器的灵活性和专用处理器的高效性,还具有高可靠性、低能耗、低成本等优点,在半导体产品中逐渐兴起。介绍了目前的一些典型可重构芯片的体系结构,从功能重构实现方式和可重构硬件类型角度分析了可重构芯片的体系结构,探讨了可重构芯片多核异构和可演化的发展趋势。     

基于协同进化粒子群和Pareto最优解的卫星编队队形重构方法

针对卫星编队自主队形重构问题,提出了基于协同进化粒子群优化(CPSO)和Pareto最优解的求解方法.首先,使用Legendre伪谱法(LPM)将队形重构问题离散化为非线性规划(NLP)问题;其次,根据卫星编队的特点及碰撞规避的需要,使用CPSO算法对重构问题采用既独立又集中的求解方式,避免了传统优化方法对梯度的求解;...     

基于时序逻辑的复杂环境下无人机运动规划算法

本文主要考虑基于时序逻辑的无人机运动规划问题。一般地，解决该问题的算法包括两个阶段:上层综合阶段生成一条可行的离散规划;低级综合阶段结合离散任务规划设计无人机的控制输入。但是当第一阶段失败时，即线性时序逻辑(LTL)任务在当前环境中无法实现时，我们希望系统能够进行一定的调整。本文提出了一种任务重规划算法，在深入理解模型检查原理的基础上，利用初始任务自动机生成一个松弛乘积自动机，进而获取有效的离散任务规划;同时设计一个自动机的权重函数，确保该规划在最小程度上违背初始任务所提出的约束。本文提出的重规划算法解决了时序逻辑在复杂环境中无法实现的难题，扩大了时序逻辑在无人机运动规划中的应用范围，同时增加了系统的鲁棒性。     

Design of Embryo-electronic Systems Capable of Self-diagnosing and Self-healing and Configuration Control

As aerospace vehicles travel in a hellish environment, the reliability of the measuring and controlling systems has played a critical role in the credibility of a whole airborne system. Embryo-electronic system is a bionic hardware capable of self-diag- nosing and self-healing. This article presents a new approach to design embryo-electronic systems and introduces their bionic principles, system structures and fault-tolerant mechanism. As the current methods cannot meet the requirements for large-scale embryo-electronic systems, this article advances a new shift-register-based configuration memory of embryonic system to solve the problem by using the inter-cell communication to reduce the gene storage capacity of a single cell. The article designs an overall structure of the shift-register-based configuration memories of the embryonic system and connects them into a chain structure. The article also designs an inner circuit of the cell, the control of shift-register-based configuration memory and the way of runtime dynamic configuration. The simulation of field programmable gate array (FPGA) evidences the realizability of the proposed design. Compared to the SRAM-based one, this memory can save 90% of the area when constructing embryonic systems larger than 128 × 128 under the same condition.     

分布式电传飞行控制系统结构发展及分析

飞行控制作为各类航空飞行器最主要的支撑技术,经历了从阻尼器、增稳系统、控制增稳到电传技术的发展历程.新一代飞机平台的发展主流正在向综合控制体制迈进,从多个角度阐述了飞行控制系统结构发展的内在要求,并对分布式飞行控制系统结构演进的现状、发展和面临的挑战进行了系统分析.     

容错航空蓄电池电源及其均衡管理

航空蓄电池在实际使用中会出现电池性能衰退与退化速率不一致,电池组容量与使用寿命降低,甚至可能出现严重的安全事故。针对电池单体不一致性和故障隔离问题,提出一种蓄电池电源系统容错体系结构和分级容错控制策略,提出基于电池单体动态重构的主动均衡管理新方法,设计基于"冒泡沉底（BS）择优上岗"的电池单体实时动态重构策略。开发容错航空镍镉电池电源原理样机,给出系统实验性能分析,实验结果表明所提出的系统技术方案可行有效,能够快速隔离故障失效电池单体,明显改善电池不一致性,提高了电池组容量利用率和剩余使用寿命。     

卫星反作用飞轮总线化驱动及可重构性

通过研究卫星反作用飞轮的总线化伺服驱动及其系统重构问题,构建了可靠的无刷直流电动机功率驱动主回路,研制了可以采样三相绕组电流的磁感应式传感器及泵生电压自动抑制电路。对普通的M/T测速算法进行了改进,并仅以两组相互备份的六个位置传感器完成了数字转速测量和换相控制。规划了现场总线协议,设计了总线式的全数字化飞轮力矩/速度双模式伺服驱动器的知识产权内核及系统级专用芯片,构造了冗余型可重构控制器,提出了多种重构方案以及相应的实现算法。在现场可编程门阵列工艺中最终实现了飞轮的片上伺服系统;测试结果表明,该系统在整个四象限区域内均具有良好的动态和静态运行性能。     

航天器编队飞行的周期脉冲控制与燃料分析

针对航天器编队飞行,建立了小偏心率时的相对运动关系,获得了轨道根数差与编队构型参数间的相互转化关系。对编队飞行采用周期脉冲控制方法,在1个轨道周期内消除轨道根数偏差。定量分析了编队重构和J2项摄动下构型长期保持控制的燃料消耗。仿真结果验证了控制方法和燃料分析的准确性。     

综合模块化航空电子系统结构的最新发展及挑战

随着综合模块化航空电子结构（IMA ）的广泛应用,对 IMA 的开发和概念解读也随之变得重要。目前,在实现了第一代IMA平台的基础上,第二代IMA平台的架构已提上日程。本文分析了开发下一代IMA平台可能面对的挑战,一是重新配置的能力,二是以多核处理器为代表的COTS处理设备的综合。本文将从重构、多核平台的建构、以及模块化测试等方面对第二代IMA做一个多维、立体的分析。