抗輻射的三冗余高可靠星載計算機(jī)系統(tǒng)的研究.pdf

1、星載嵌入式計算機(jī)長期工作在宇宙空間輻射環(huán)境中，各種輻射效應(yīng)是導(dǎo)致星載計算機(jī)在運行期間發(fā)生故障的主要原因。各類容錯技術(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算機(jī)中以提高系統(tǒng)的可靠性，對于保證整個衛(wèi)星系統(tǒng)的長壽命準(zhǔn)確穩(wěn)定運行具有重要意義。
　　本文針對星載嵌入式計算機(jī)遇到新的可靠性挑戰(zhàn)，首先在傳統(tǒng)的具有一活動節(jié)點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硬件上完全相同的冗余運算硬件

2、結(jié)構(gòu)的星載計算機(jī)設(shè)計。這三個硬件上完全相同的運算節(jié)點的主次并不固定，而是通過故障檢測模塊選擇出錯誤概率最低的節(jié)點作為主節(jié)點。并將相對錯誤概率高的節(jié)點進(jìn)行冷藏，使其作為冷備份節(jié)點。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，定期自主選舉表決的策略也增強了系統(tǒng)穩(wěn)定性。
　　論文也開發(fā)了一套具有一定故障預(yù)測能力的故障檢測系統(tǒng)，由故障標(biāo)尺和基于故障樹的故障檢測系統(tǒng)組成。因為場效應(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，通過測量MOS器件的閾值電壓漂移程度，來預(yù)測整系統(tǒng)接受到的輻射總劑量，并將輻射總劑量轉(zhuǎn)化為對故障概率的預(yù)測。同時，論文使用基于故障樹的故障檢測方案替代了傳統(tǒng)的基于專家系統(tǒng)的故障檢測方案。相比傳統(tǒng)方案而言，基于故障樹的故障檢測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方法的檢測性能，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率。
　　論文還針對目前星載計算機(jī)系統(tǒng)隨機(jī)存取存儲器(random access memory，RAM)模塊中發(fā)生頻率較高的單粒子多位翻轉(zhuǎn)問題，提出采用具有更高糾檢錯能力的線性循環(huán)碼來替換傳統(tǒng)的漢明碼，并在現(xiàn)場可編程門陣列(FieldProgr