IMA平台重构中的人素和安全性研究

综合模块化航空电子(IMA)是一种建立在分布式计算环境之下的可以实现软硬件分离的架构,它可实现硬件模块应用的动态软件分配。即,IMA系统可以根据功能性和资源可用性来选择不同的配置。本文主要关注了IMA重构中涉及到的安全性及人素问题。解析了重构的过程以及人素与自动化方面的技术。事实证明,某些情况下安全有效的配置需要具备故障识别、安全要求、任务调度及资源分配限制以外的知识。并且平台的安全性设计还取决于人机系统是否实现了最佳结合。     

Hilbert缝隙天线的频率可重构设计

设计了一种在Hilbert缝隙上加载RF MEMS（Micro electrical mechanical systems）开关实现频率重构的微带天线。运用Ansoft HFSS软件，缩减了原来天线接地面的尺寸，利用RFMEMS开关控制天线上Hilbert缝隙长度来实现频率重构。设计的该天线工作在GPS／DCS／PCS／Blue Teeth以及IEEE802．11b＆g／IEEE802．11a等5个不同的频段。还讨论了用金属片和等效的电路参数分别表示理想和非理想RF MEMS开关所得的S11参数曲线，并进行比较。就方向图而言，由于GPS／DCS／PCS频段天线工作在同一模式下，所以方向图完全一致，而工作于高次模式的Blue Teeth以及IEEE802．1l＆g／IEEE802．11a频段，方向图明显不同。最终通过在Hilbert缝隙天线上加载RF MEMS开关后，实现了将一副天线应用到无线通信中5个频段的目的。     

飞行控制律的状态观测器重构研究

飞机在飞行过程中，因某些测量元件出现故障致使信号丢失，会严重影响飞行控制系统的正常工作。针对这一问题，提出了设计降维状态观测器进行控制律重构的方法；应用这种方法研究了某无人飞机俯仰通道的控制重构；并对其工程实现进行了探讨。仿真结果表明：引入状态观测器后，习行控制系统在测量元件出现故障时，仍能继续正常工作，并具有较好的动态性能，最后验证了该方法的有效性、可行性。     

基于代理模型的卫星编队重构最短距离建模

针对编队卫星成员数量较多时,编队重构规划考虑碰撞规避会带来巨大的计算开销。为降低计算开销和提升优化效率,基于CW方程和双脉冲轨道机动策略,建立了能够快速预测编队卫星重构过程最短距离的多种代理模型,并基于三种不同大小的训练集,从模型精度和效率两方面进行了对比。结果表明,克里金(KRG)模型在各种代理模型中精度最高,而且随着训练量的增加,KRG和人工神经网络(ANN)模型的性能得到了明显改善,模型精度得到了一定的保证。研究还发现,尽管KRG模型预测时间高于其他代理模型,但与真实模型相比,其耗时仍然很短,因此可用于提高考虑避碰约束时卫星编队重构轨迹优化的效率。     

智能博弈趋势下未来空天防御体系展望

当前,军事智能化正成为继机械化、信息化之后推动新一轮军事变革的强大动力,深刻影响着未来战争的制胜机理、作战规则及战争形态.本文全面分析了智能化在未来空天防御体系的应用优势,结合国外智能化防御体系发展特点,提出了未来智能空天防御体系发展设想,梳理了空天防御体系智能化关键技术,阐述了空天防御体系智能化变革的重要意义.     

临近空间无人飞行器多余度容错导航系统设计

临近空间无人飞行器导航系统的故障直接影响到飞行器的任务执行和飞行安全,因此必须能够长时间地保持稳定性和精确性,为达到此目的必须设计由惯性导航、卫星导航等多种导航传感器组成的多源多余度容错导航系统,提高系统的可靠性。针对临近空间飞行器制导控制对导航信息的需求,提出了一种标准的三余度导航系统架构,并设计了采用新型加权平均表决子算法,具备故障检测和隔离以及故障重构功能的容错重构算法,构建了适用于临近空间无人飞行器的多余度容错导航系统,通过实测试验数据仿真验证了容错导航系统的性能,展示了系统一次故障工作的故障容错能力。所研究内容也可被其他类型的无人飞行器借鉴和参考。     

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。     

基于神经网络与自适应控制的系统重构方法

针对可重构飞行控制系统提出一种基于神经网络的抗扰动方法,其核心是运用神经网络的函数逼近能力去抑制非线性形式且动态特征未知的扰动。同时提出一种基于输入误差的自适应模型跟踪控制算法,可以保证系统在发生故障或局部损坏时的安全性和稳定性。将神经网络与自适应控制结合,从而降低扰动对故障检测和系统重构的影响,进而有效的降低故障误报率,提高系统的安全性。通过一个具体航空系统的仿真结果证实了该方法的有效性。     

SRAM型FPGA单粒子效应逐位翻转故障注入方法

针对SRAM(Static Random Access Memory)型FPGA(Field Programmable Gate Array)空间应用的可靠性评测问题,提出一种逐位翻转的故障注入试验方法,利用动态重配置技术,通过检测逻辑电路设计配置存储单元中的单粒子翻转敏感位数量和位置,可计算出动态翻转截面和失效率,绘出可靠度变化曲线.分别对采用TMR(Triple Modular Redundancy)防护设计的和未采用TMR防护设计的SRAM型FPGA乘法器模块进行了故障注入试验,验证了得到的敏感位位置的正确性,并计算出各自的可靠性参数和曲线.     

空天飞行器建模分析与自主重构

空天飞行器(ASV)跨临近空间飞行,具有高超声速、大飞行包线、参数时变等特征,必须应对故障、环境变化等高度不确定因素进行自主重构。研究和建立了ASV运动学模型,分析了时域、频域特性以及参数变化和运动特性,研究了纵向静稳定性、舵面操纵特性等与高度、马赫数的关系;提出了自主重构方案,给出了一种控制效益在线估计算法,提出并证明了可估计的充分条件;提出了基于模糊逻辑的线性规划重构算法,根据控制效益的实时估计结果对冗余异类效应器智能地进行控制分配。数值仿真验证了估计算法的稳定性和鲁棒性,说明该方案能够实现飞行器自主适应性重构,可应用于临近空间飞行器自适应控制等领域。