抗輻射的三冗余高可靠星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的研究.pdf

1、星載嵌入式計(jì)算機(jī)長(zhǎng)期工作在宇宙空間輻射環(huán)境中，各種輻射效應(yīng)是導(dǎo)致星載計(jì)算機(jī)在運(yùn)行期間發(fā)生故障的主要原因。各類容錯(cuò)技術(shù)，如冗余加固技術(shù)、機(jī)內(nèi)故障自診斷技術(shù)、系統(tǒng)健康狀態(tài)管理技術(shù)等紛紛被用于星載計(jì)算機(jī)中以提高系統(tǒng)的可靠性，對(duì)于保證整個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)的長(zhǎng)壽命準(zhǔn)確穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。
　　本文針對(duì)星載嵌入式計(jì)算機(jī)遇到新的可靠性挑戰(zhàn)，首先在傳統(tǒng)的具有一活動(dòng)節(jié)點(diǎn)一冷備份的兩冗余衛(wèi)星系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)并提出了一種具有三個(gè)硬件上完全相同的冗余運(yùn)算硬件

2、結(jié)構(gòu)的星載計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)。這三個(gè)硬件上完全相同的運(yùn)算節(jié)點(diǎn)的主次并不固定，而是通過(guò)故障檢測(cè)模塊選擇出錯(cuò)誤概率最低的節(jié)點(diǎn)作為主節(jié)點(diǎn)。并將相對(duì)錯(cuò)誤概率高的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行冷藏，使其作為冷備份節(jié)點(diǎn)。這種三冗余結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的兩冗余冷備份系統(tǒng)相比具備更高的系統(tǒng)可靠性。同時(shí)，定期自主選舉表決的策略也增強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性。
　　論文也開(kāi)發(fā)了一套具有一定故障預(yù)測(cè)能力的故障檢測(cè)系統(tǒng)，由故障標(biāo)尺和基于故障樹(shù)的故障檢測(cè)系統(tǒng)組成。因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)管(metal oxide sem

3、iconductor, MOS)器件的閾值在接受了一定量的輻射照射后會(huì)發(fā)生漂移，且閾值漂移的幅度與接受的輻射總劑量正相關(guān)，所以論文利用這一特性，通過(guò)測(cè)量MOS器件的閾值電壓漂移程度，來(lái)預(yù)測(cè)整系統(tǒng)接受到的輻射總劑量，并將輻射總劑量轉(zhuǎn)化為對(duì)故障概率的預(yù)測(cè)。同時(shí)，論文使用基于故障樹(shù)的故障檢測(cè)方案替代了傳統(tǒng)的基于專家系統(tǒng)的故障檢測(cè)方案。相比傳統(tǒng)方案而言，基于故障樹(shù)的故障檢測(cè)新方案可以更好地利用原有系統(tǒng)各模塊之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系，利用故障樹(shù)推理得到

4、的系統(tǒng)故障概率較使用傳統(tǒng)專家系統(tǒng)的方案具有更高的判決正確率。論文中也使用Matlab仿真軟件比較了這兩種故障檢測(cè)方法的檢測(cè)性能，仿真結(jié)果表明隨著系統(tǒng)邏輯復(fù)雜度的增加，新方案具有更高的故障檢測(cè)率。
　　論文還針對(duì)目前星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(random access memory，RAM)模塊中發(fā)生頻率較高的單粒子多位翻轉(zhuǎn)問(wèn)題，提出采用具有更高糾檢錯(cuò)能力的線性循環(huán)碼來(lái)替換傳統(tǒng)的漢明碼，并在現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FieldProgr