星载计算机

摘要： 分布式星载多RTs(Remote Terminal)系统的任务主要基于功能进行分配,而数据处理任务的突发性往往会使不同计算机之间负载不均衡。运用灵活的负载调度机制,可以有效调节不同计算机间的负载差异,从而在一定程度上提升计算机系统的整体性能。文中提出了一种基于机器学习的分布式星载RTs系统负载调度算法,包含样本采集、任务吞吐率预测模型构建、吞吐率预测和负载调度等4个步骤。在构建任务吞吐率预测模型环节,通过机器学习的线性回归正规方程获取模型权重,缩短了构建模型消耗的时间。在负载调度环节,若RTs的吞吐率之和大于系统总的负载数据量,则按吞吐率比例给各RTs分配数据,否则只给负载数据量小于自身吞吐率的RTs分配一定量的数据。在多台星载计算机电性能产品构建的地面模拟系统上的实验结果表明,该算法可以使系统所有节点的平均CPU利用率提高23.78%,节点间的CPU利用率方差降低至34.59%,同时目标任务的系统总吞吐量显著提升225.97%。也就是说,该方法在确保系统负载均衡性的同时,可有效提高系统的资源利用率,提升星载计算机系统的数据实时处理性能。

摘要： 为解决单台星载计算机无法实现整网卫星集中式自主定轨计算并且分布式算法精度无法实现全网优化的问题,提出一种利用1553B总线连接的多台星载计算机并行处理实现自主定轨的方案,整网24颗MEO卫星的集中式自主定轨运算由连接同一总线的多个不同计算节点并行完成。仿真结果表明,并行优化后每台计算机内存占用可降低约50%,每19.738 s可以实现一次整网MEO卫星集中式定轨过程,30天定轨精度优于0.15 m,具有良好的工程可实现性。

摘要： 传统星载计算机通常采用价格昂贵的高质量等级CPU和存储器芯片,用于保证系统的可靠性;因制造成本和研制周期等方面的限制,商业卫星计算机更倾向于采用商业现货器件(COTS),但其可靠性和安全性会随之降低;采用工业级SmartFusion2处理器芯片,提出一种低成本的星载计算机最小系统架构,并通过工业级存储器异构备份的方式,显著提高系统可靠性;在星载计算机软件设计中,应用软件会采用三模冗余的方式提高可靠性,但引导软件往往只有单份;为了避免引导软件的单节点故障效应,针对SmartFusio2星载计算机架构,提出一种基于多TMR副本的片外启动方法,此启动方法可进一步提高工业级星载计算机的可靠性和安全性,并成功用于多个型号商业卫星。

摘要： 传统卫星运行基于单星工作模式,计算能力有限,当处理海量数据时,由于单个节点能力的不足极大限制了整体的发展。为适应行业对业务处理低延时提出的迫切需求,天地一体化多星协同、多任务协同的智能化工作模式重要性逐渐显现。传统星载计算机采用固有算法及硬件进行简单任务规划及多星协同管理,其算力及算法难以满足基于深度学习的智能任务需求。当前,基于脉冲神经网络(SNN)加深度神经网络(DNN)的类脑计算方法,具有强智能计算、低能耗、强并行、高效率、存算一体等特点。通过对卫星智能处理平台发展趋势分析,针对异构融合类脑芯片优势特征,同时兼顾航天器在轨可靠性需求,提出基于异构融合类脑芯片的卫星智能处理平台架构,完成星上在轨智能预测和自主任务规划,进一步降低卫星业务成本。

摘要： 作为未来航天器智能化的发展方向,在轨任务规划的实现是一项涉及多个领域知识的复杂软件工程问题,需要与之匹配的先进开发方法。本文基于动态语言和嵌入式操作系统,提出了一种在轨任务规划的开发方法;从需求出发,调研了一组适用于在轨任务规划应用的开源基础库,涉及航天器任务规划、地理信息数据库、地图投影、坐标变换、几何拓扑关系求解、线性规划等多个方面;将这些领域的典型开源库作为中间件移植到高性能星载计算机和嵌入式操作系统上,并进行了功能测试。本文的工作能给后续在轨任务规划系统的设计和实现提供启发和帮助。

摘要： 作为未来航天器智能化的发展方向,在轨任务规划的实现是一项涉及多个领域知识的复杂软件工程问题,需要与之匹配的先进开发方法.本文基于动态语言和嵌入式操作系统,提出了一种在轨任务规划的开发方法;从需求出发,调研了一组适用于在轨任务规划应用的开源基础库,涉及航天器任务规划、地理信息数据库、地图投影、坐标变换、几何拓扑关系求解、线性规划等多个方面;将这些领域的典型开源库作为中间件移植到高性能星载计算机和嵌入式操作系统上,并进行了功能测试.本文的工作能给后续在轨任务规划系统的设计和实现提供启发和帮助.

摘要： 根据Java虚拟机的运行特点,对其在星载计算机系统中的运用进行分析,总结系统重构及技术使用的优势,目的是通过系统运行状况的分析及项目内容的协调,提高星载计算机系统的运行效果,展现Java虚拟机的技术优势.

摘要： 星载计算机系统是卫星平台服务系统的控制核心,星载计算机系统利用其自身的软硬件资源,完成星务管理、姿轨控管理、能源管理、热控管理、时间管理、故障检测恢复与隔离等重要功能.星载计算机系统能否正常运行往往决定着整个卫星任务的成败.因此,在有限的资源条件下,开展星载计算机系统的优化设计及可靠性提升是一项长期性工作.本文首先对当前星载计算机系统在高轨卫星领域的应用现状进行了分析,主要涉及处理器最小系统的存储器设计、数据共享及总线协议设计等.针对上述三个方面存在的不足,本文提出了处理器最小系统存储器优化设计方案,解决了存储器应用与选型的困境;采用"SRAM存储器+隔离电路"的设计方法,实现了主备机数据共享;提出了一种自适应总线协议设计方法,解决了1553B总线协议通用性较差等问题.本文提出的设计方法,在我国下一代大容量通信卫星平台的星务计算机系统中得以应用,并取得了较好的效果,也为星载计算机系统后续优化设计工作提供了新的思路.

摘要： 为改进小卫星星载计算机软件固化和升级维护的灵活性,依据星上信息流实现的现状,本文设计并实现了一种既可方便地面软件进行开发测试固化,又可灵活方便地进行在轨软件升级维护,还可节省元器件成本而又不降低系统可靠性的星载计算机软件存储、引导及加载方案.本方案可提高星载应用软件开发、升级、维护的效率和通用性;减少PROM使用量;标准化和最优化固化工作;实现软件从函数模块级到整体级的升级与维护.

摘要： 星载计算机在轨偶发性异常复位是航天器软件常见问题之一.发生此类问题时,由于异常现场难以保存复现,处理器进入异常处理分支的原因不明,导致地面问题排查很难开展.本文将针对该问题开展研究,提出一种基于栈回溯的异常辅助定位技术.该技术的实现基于民用ARM处理器,利用栈帧数据结构和异常处理代码将故障异常时的函数调用场景保存为可下卸的内存数据包,可有效辅助软件在轨问题定位,缩短归零时间.

摘要： 针对EEPROM/FLASH器件单粒子效应敏感和星载计算机加载系统可靠性要求高的问题,基于可靠性设计中常用的信息冗余和硬件冗余方法,针对不同的星载计算机配置,提出了多种针对EEPROM/FLASH作为加载存储器的可靠性设计方案.分析结果表明,本文的设计方案可有效缓解EEPROM/FLASH器件单粒子反转带来的可靠性问题,适用于星载计算机的加载系统设计.

摘要： 本文从基于国产化高性能星载计算机的需求，提出了基于国产化的元器件星载计算机设计，实现了模块级、系统级层面完善可靠性加固措施的评估和验证方法，通过故障注入验证方式验证加固措施的有效性。通过完善的星载计算机在轨自主管理方案和安全模式设计，兼顾星载计算机高性能的前提下，实现星载计算机高可靠性，并通过故障仿真注入方法对各种加固设计进行验证，从而使国产化高性能星载计算机满足高可靠、高性能、长寿命卫星的宇航应用需求，完成了国产化高性能星载计算机的加固设计并完成了计算机性能的研究验证，满足我国未来宇航应用的需求，并为我所宇航应用实现国产化自主可控提供了一条技术途径。

摘要： 本文根据国防科工局预研项目的要求,提出一种双处理器的星载计算机设计方案,两个处理器可以分工合作并互相监视,系统正常时两个处理器各负责一部分数据处理任务,发生故障时可以通过系统重构的方法隔离故障部件,保证卫星的正常运行.本文设计的星载计算机,在重量、体积、功耗和可靠性方面达成平衡,满足了项目的设计要求.

摘要： 随着我国航天领域的发展和对卫星功能愈大的需求,星载计算机对运算性能及数据可靠性提出了越来越高的要求.然而电磁电压干扰、高能粒子辐照等恶劣的工作环境引发的系统可靠性问题,使得高性能DSP在研发、实验过程中遇到种种困难.而我国目前在抗辐照DSP研制方面基础薄弱,严重制约了DSP在我国航天领域中的应用.相比较抗辐照DSP,商用(Commercial Off-The-Shelf,COTS)DSP在性能、价格、功耗、体积和重量方面都拥有巨大的优势.本项目基于TMS320 C6713的DSP平台,在已有的软件容错技术的基础上,围绕DSP的软件容错技术展开了一系列研究,利用软件容错技术来解决可靠性问题,设计出一种基于线性汇编的DSP程序容错算法,对提升我国航天领域的软件可靠能力,具有重要的理论意义和应用价值.

摘要： 星载综合信息处理计算机是空间信息系统的主要设备,承担了星上控制和在轨信息处理等功能,必须保证在轨运行期间数据传输和存取的正确性.然而,空间环境中存在的众多的宇宙射线和高能粒子对星载计算机的高可靠性要求提出了挑战.高能粒子对存储器的影响主要形式之一是单粒子翻转效应(SEU),以往国内对SEU的研究多集中在对单粒子单位翻转的容错方法研究.随着器件特征尺寸的不断缩小,单粒子多位翻转(MBU)的比例越来越大.传统的抗SEU方法并不能很好的解决MBU问题,抗MBU的加固设计研究逐渐得到国内外的重视,成为未来空间信息处理器设计需要考虑的一个重要方面.本文介绍了空间的辐射环境及MBU的发生机理和概率,并列举了国内外的容错技术及抗MBU的方法.分析认为,目前国外抗MBU加固技术研究主要集中在纠错码的改进以及利用FPGA进行纠检错电路设计方面,如何在提高纠检错能力的同时降低纠检错设计代价是抗MBU的关键.

摘要： 本文介绍了新型星载嵌入式计算机容错架构,在此基础上,研究和实现了高可靠任务智能重构系统,通过高速RAPID IO总线保证载荷计算机关键任务连续可靠运行.分析了星载计算机的主要故障模式及故障机理,着重介绍了单粒子翻转以及辐射总剂量效应,根据分析结果设计了主控、温备以及冷备三机循环冗余容错硬件架构.此外,软件能够根据系统的电压电流温度以及关键器件的状态信息,智能确定系统故障失效的提前干预时机以及关键的重构任务,并实现智能重构.最终基于国产SPARC结构实现了星载高可靠任务智能重构系统,并进行了大量实验,实验结果表明,该系统能够识别故障并及时有效的采取措施,在系统失效前完成任务重构,配合循环切机操作,能够满足系统关键任务连续性及实时性要求,从而极大提高了系统的高可靠性能.

摘要： 随着我国航天的快速发展,依赖于进口高等级元器件的星载计算机研制模式已经无法满足这种快速发展的需要,本文通过对国产化抗空间辐射环境加固的需求,本文通过采用国产化抗辐射加固元器件和抗辐射加固技术研究,在星载计算机模块级和系统级实现了针对空间辐射效应的抗辐射加固设计,完成了国产化高性能星载计算机研制,实现了基于LDO的模块级单粒子锁定防护及验证技术研究,突破了基于RS编码的抗SEU飞行软件启动和维护技术和基于软硬件协同的EDAC抗,并为我国宇航电子系统实现国产化自主可控提供了一条技术途径,研究成果对推动我国宇航国产化能力和技术进步以及国产化宇航计算机技术的航天应用和发展都有着重大的现实意义。

摘要： 提供了一种用于控制载具动力系(3)以克服或避免换档期间的嵌齿对接状况的控制装置(100)和方法。该方法包括：当齿轮箱(4)的输入轴(10)正在旋转时，控制同步啮合装置(40)以通过将第一齿轮(14A)或第二齿轮(14A'、15A)至少部分地接合到输入轴(10)来引起第一齿轮(12A、13A、14A)与布置成将第一齿轮锁定到齿轮箱的主轴(30)的第一联接套筒(16、17)之间的转速差。此外，提供了一种计算机程序、一种计算机可读介质和一种载具(1)。

摘要： 本发明涉及一种星载影像匹配方法、装置、计算机设备和存储介质。所述方法包括：通过第一星载影像中第一特征点对应的地心地固坐标在第二星载影像中确定相应的像平面坐标，根据像平面坐标在第二星载影像中确定搜索区域，按照搜索区域搜索与第一特征点形成匹配同名点的第二特征点，以此缩小了第二星载影像中第二特征点的搜索范围，在缩小后的有限范围内匹配到正确同名点的概率会大大增加，提高了第一星载影像与第二星载影像之间匹配结果的可靠性，无需对特征点提取和特征描述子的构建方式进行改进，自然也就不会得到改进后的较为复杂的特征点提取和描述子的构建方式，从而不会增加算法复杂度以及匹配所需时间。

摘要： 本发明公开了一种针对时变推力的星载计算机推力器喷气时长计算方法，根据当前推力器贮箱、气瓶测量的温度和压力计算剩余燃料量，并估计推力器的推力的变化率，取推力的线性平均，构造以喷气时长为未知变量的代数方程。对一组多次喷气的情况，每一次喷气需要根据前一次喷气的喷气时长解算推力器的各项工作状态，并以此更新推力器参数，进而计算推力器当前次喷气的喷气时长，实现为卫星的姿轨控系统提供更高精度的控制输出，进而提高系统的控制精度。

摘要： 本发明提出了一种星载计算机过流保护电路及具有其的星载计算机，过流保护电路包括：电源、限流SWITCH、滤波电容及热敏电阻，电源用于为电路提供电能。限流SWITCH串联于电路中，用于进行过流保护，当电路中流过限流SWITCH的电流超过限流阈值时，对电路进行断电保护。滤波电容并联于电路中且位于限流SWITCH的下游，用于进行滤波。热敏电阻与滤波电容串联，当流经热敏电阻的电流超过预设阈值时，热敏电阻处于断电状态，以阻挡电流流经滤波电容，当热敏电阻的电流低于预设阈值时，热敏电阻处于导通状态，电流流经滤波电容。本发明在上电瞬间，滤波电路所在支路电流较大时，热敏电阻会阻断支路电流，避免上电瞬间引起SWITCH过流保护的问题，且可以节约电路成本。

摘要： 本发明公开了一种嵌入式星载计算机看门狗电路及嵌入式星载计算机系统，看门狗电路包括清除看门狗脉宽计数电路、狗咬次数计数电路、清除看门狗信号合并逻辑模块、阻容网络电路和看门狗计数电路；清除看门狗脉宽计数电路在接收应用软件进行1次写操作后，输出被清除为低电平，计数器开始计数，输出变为高电平，待清除看门狗脉宽计数电路计满后，输出变为低电平，从而产生用于清狗的高脉冲信号；对看门狗电路的清除看门狗操作进行了优化设计，减少了系统软件清除看门狗操作的次数，提高了软件的运行效率。

摘要： 一种基于FPGA的自适应星载计算机及应用所述计算机实现内部资源动态分配的方法，属于航天航空数据处理技术领域，解决了传统可重构星载计算机无法有效管理可重构FPGA资源的问题。本发明的星载计算机采用SRAM型FPGA实现，所述SRAM型FPGA的内部资源包括主控单元和由n个大小完全相等的重构单元组成的重构单元阵列，并且SRAM型FPGA支持部分重构技术。本发明的内部资源动态分配方法是当星载计算机启动一个线程时，主控单元根据线程需要的硬件电路，将处于空闲状态的重构单元构造成相应的硬件电路；当所述线程结束或者终止时，主控单元将构造有所述硬件电路的重构单元的内容清除，使其恢复到空闲状态。本发明实现了计算机对内部资源的动态分配，适用于星上数据处理。

摘要： 本发明公开了一种星载计算机时序控制方法，其包括以下步骤：根据任务的优先级建立四个相关基本进程，其依次为：综合管理进程、姿控输入输出进程、总线通信进程和姿态控制计算进程；每隔ΔT秒启动综合管理进程，同步并启动姿控输入输出进程及总线通信进程；通过总线通信进程完成下位机数据采集和管理功能，以及通过姿控输入输出进程采集姿态敏感器数据，同步姿态控制计算进程，并进行姿态控制输出；启动姿态控制计算进程，根据姿态控制计算输入参数进行姿态控制计算，得到姿态控制输出参数。

摘要： 本发明公开了一种针对时变推力的星载计算机推力器喷气时长计算方法，根据当前推力器贮箱、气瓶测量的温度和压力计算剩余燃料量，并估计推力器的推力的变化率，取推力的线性平均，构造以喷气时长为未知变量的代数方程。对一组多次喷气的情况，每一次喷气需要根据前一次喷气的喷气时长解算推力器的各项工作状态，并以此更新推力器参数，进而计算推力器当前次喷气的喷气时长，实现为卫星的姿轨控系统提供更高精度的控制输出，进而提高系统的控制精度。

摘要： 本发明公开了一种针对星载计算机信息安全存储过程中基于编码的防护方法，首先在星载计算机的ROM中找到需要防护的信息的物理地址，从物理地址中分别提取出二进制信息的数据段和代码段，使用编码算法对代码段的信息进行编码后再重新写入到相应的段中。当信息加载到内存中时可先对其进行解码，然后将解码过的信息加载到内存中。本发明采用编码的形式对信息进行防护，可以减少信息在存储过程中由于太空辐射所带来的位反转问题，并给出了可靠的防护结果。

摘要： 本发明提供了一种基于国产CPU的星载计算机，包括：硬件产品和配套软件，所述硬件产品包括CPU、FPGA控制单元、存储单元以及通信单元；所述配套软件包括引导软件、控制逻辑软件以及应用软件；所述引导软件运行在主处理单元上，所述控制逻辑软件运行在FPGA控制单元上，所述应用软件运行在主处理单元上。本星载计算机采用国产CPU，使整个星载计算机从设计到生产制造达到自主可控的目的；基于国产CPU的星载计算机产品所提供的能力和资源完全可以满足目前主流星载计算机的需求。