發(fā)布時(shí)間：2020-06-22 04:41

【摘要】：近年來,隨著航天技術(shù)的不斷進(jìn)步,衛(wèi)星技術(shù)也在日新月異的發(fā)展,對于衛(wèi)星性能的要求也在不斷地提高。星載計(jì)算機(jī)作為整個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)的樞紐,集中體現(xiàn)了衛(wèi)星優(yōu)良的性能和可靠性。就傳統(tǒng)的星載計(jì)算機(jī)而言,基本都采用宇航專用器件構(gòu)成,宇航專用器件具有優(yōu)良的抗干擾能力,能夠抵抗大多數(shù)宇宙空間的輻射危害,可靠度較高。另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的宇航專用器件價(jià)格高昂,供貨不穩(wěn)定而且性能普遍低于同期的COTS(Commercial-Off-The-Shelf,商用現(xiàn)貨產(chǎn)品),因此,COTS器件用于星載計(jì)算已漸漸成為星載計(jì)算機(jī)的主流趨勢。相較于傳統(tǒng)的宇航專用器件,COTS器件的抗輻射能力略顯不足,如何利用COTS型器件構(gòu)建高可靠性的星載計(jì)算機(jī)是當(dāng)前星載計(jì)算機(jī)研究面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。本課題從當(dāng)下國內(nèi)外COTS型計(jì)算機(jī)所采取的先進(jìn)方案和技術(shù)出發(fā),結(jié)合實(shí)際對星載計(jì)算機(jī)的指標(biāo)性能要求,設(shè)計(jì)出了一款基于COTS器件的高可靠度、高擴(kuò)展性、高實(shí)用度的星載計(jì)算機(jī)硬件容錯(cuò)系統(tǒng)。課題所設(shè)計(jì)的星載計(jì)算機(jī)硬件容錯(cuò)系統(tǒng)可以劃分為處理器板、仲裁板、接口板和電源板。處理器板為星載計(jì)算機(jī)的主機(jī),以ADSP-SC589芯片為核心構(gòu)建而成;仲裁板則以ARM芯片中心構(gòu)成;接口板包含星載計(jì)算機(jī)多種與外部設(shè)備通信的接口(RS485、CAN等);電源板則是星載計(jì)算機(jī)電源管理系統(tǒng)的主要部分。由于COTS型器件的抗輻射能力較差,很難直接用于星載計(jì)算機(jī)。因此,本課題設(shè)計(jì)了一種雙機(jī)冗余的星載計(jì)算機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng)構(gòu)架,該系統(tǒng)擁有兩塊完全相同的星載計(jì)算機(jī)板,由仲裁板實(shí)現(xiàn)對雙機(jī)工作模式以及任務(wù)的管理,極大的提高了系統(tǒng)的可靠性與實(shí)用性。此外,對星載計(jì)算機(jī)的各個(gè)關(guān)鍵部分(如電源系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)等)均做了抗輻射的容錯(cuò)設(shè)計(jì),使星載計(jì)算機(jī)能夠滿足實(shí)際的需求。最后,完成了星載計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的PCB繪制,實(shí)現(xiàn)星載計(jì)算機(jī)樣機(jī)組裝,對設(shè)計(jì)的星載計(jì)算機(jī)進(jìn)行了實(shí)際的功能和性能的測試評估(包括系統(tǒng)的電壓轉(zhuǎn)換功能測試、時(shí)鐘功能測試和調(diào)試功能測試等硬件功能測試,RS485、CAN和AD/DA等通信功能測);并對星載計(jì)算機(jī)雙機(jī)工作模式進(jìn)行了實(shí)際的驗(yàn)證(包括抗單粒子閉鎖自動掉電功能驗(yàn)證、電源強(qiáng)制切換驗(yàn)證和雙機(jī)切換驗(yàn)證等),驗(yàn)證結(jié)果表明,設(shè)計(jì)符合預(yù)期的功能需求。本課題的設(shè)計(jì)研究進(jìn)一步完善后可以直接運(yùn)用到實(shí)際的星載計(jì)算機(jī)中,對于推動星載計(jì)算機(jī)乃至小衛(wèi)星的發(fā)展等都具有重大現(xiàn)實(shí)意義。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V446
【圖文】：

對星載計(jì)算機(jī)的存儲系統(tǒng)和接口單元均作了相進(jìn)行了簡單的容錯(cuò)加固。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，該星載計(jì)海衛(wèi)星工程研究所劉凱俊等人設(shè)計(jì)了一款基于 COT該衛(wèi)星處理器采用了三模冗余的策略；存儲器部分能中斷的概率；通信接口依賴通信協(xié)議保障，一旦始數(shù)據(jù)。使用該星載計(jì)算機(jī)的“和德一號”海事衛(wèi)各項(xiàng)指標(biāo)正常。下圖 1.6 為該星載計(jì)算機(jī)的實(shí)物圖

圖 4.3 CPU 芯片電路原理圖部分 1Fig.4.3 Schematic section 1 of CPU chip circuit，為處理器模塊的故障顯示原理圖，CPU 芯片正常啟出高電平，此時(shí)故障指示發(fā)光二極管 D7 不亮，當(dāng)引腳輸出低電平，D7 點(diǎn)亮，表示發(fā)生了 CPU 程序

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1 本報(bào)記者 李淑Y

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