星载计算机抗辐射加固技术

为掌握星载计算机系统级抗辐射加固技术 ,针对星载计算机的抗辐射薄弱环节 ,研究抗辐射加固措施 ,完成了 386ex三机变结构原理样机。重点研究了抗单粒子效应多机容错技术和存储器校验技术 ,抗总剂量效应屏蔽材料和屏蔽工艺。最后研究了实时多任务操作系统及其抗辐射问题。     

Xilinx FPGA自主配置管理容错设计研究

针对SRAM型FPGA在空间辐射环境下容易受到单粒子效应影响的问题,在分析可重配置的Xilinx FPGA的结构和故障模式的基础上,提出一种基于自主配置管理的Xilinx FPGA容错设计方案。综合运用诸如逻辑电路三模冗余、块存储器EDAC校验、动态回读、动态局部重配置及周期全局重配置等方法实现故障的屏蔽、检测和修复。该方案覆盖了FPGA的各种单粒子效应故障模式,并且在芯片内部实现了自主配置管理,具有体积小、成本低、可靠性高的特点。     

SRAM FPGA电离辐射效应试验研究

针对SRAM FPGA空间应用日益增多,以100万门SRAM FPGA为样品,进行了单粒子效应和电离总剂量效应辐照试验。单粒子试验结果是:试验用粒子最小LET为1.66 MeV·cm2/mg,出现SEU（单粒子翻转）;LET为4.17 MeV·cm2/mg,出现SEFI（单粒子功能中断）,通过重新配置,样品功能恢复正常;LET在1.66～64.8 MeV?cm2/mg范围内,未出现SEL（单粒子锁定）;试验发现,随SEU数量的累积,样品功耗电流会随之增加,对样品进行重新配置,电流恢复正常。电离总剂量辐照试验结果是:辐照总剂量75 krad(Si)时,2只样品功能正常,功耗电流未见明显变化。辐照到87 krad(Si)时,样品出现功能失效。试验表明SRAM FPGA属于SEU敏感的器件,且存在SEFI。SEU和SEFI会破坏器件功能,导致系统故障。空间应用SRAM FPGA必须进行抗单粒子加固设计,推荐的加固方法是三模冗余（TMR）配合定时重新配置（Scrubbing）。关键部位如控制系统慎用SRAM FPGA。     

SRAM型FPGA单粒子效应测试方法及试验验证

针对空间用SRAM型FPGA器件抗单粒子效应性能全面测试评估的要求,研究内部不同资源电路结构的单粒子效应敏感性及测试方法,利用重离子加速器开展抗辐射加固SRAM型FPGA单粒子效应模拟辐照试验,对配置存储器、块存储器、触发器等敏感单元的单粒子翻转、单粒子功能中断、单粒子锁定特性进行研究。试验结果表明,所提出测试方法能有效地覆盖测试SRAM型FPGA单粒子效应敏感资源,所测试抗辐射加固SRAM型FPGA器件具有良好的抗单粒子锁定性能,但对单粒子翻转和单粒子功能中断非常敏感,静态测试模式下对单粒子翻转更为敏感。有关测试方法和结果可以为SRAM型FPGA的单粒子效应评估及防护提供参考。     

SRAM型FPGA的单粒子效应及TMR设计加固

宇宙空间中存在多种高能粒子,其辐射效应会严重威胁航天器中现场可编程门阵列（FieldProgrammable Gate Array,FPGA）器件工作的可靠性。文章研究了静态随机存储器型（Static Random AccessMemory,SRAM）FPGA中的单粒子翻转效应。理论计算表明,采用三模冗余（Triple Module Redundancy,TMR）设计方法可以有效缓解FPGA中的单粒子翻转问题。针对传统TMR设计方法的不足,提出了一种改进的TMR设计架构,并将该架构应用于某星载关键控制电路的设计中。文中的研究成果对SRAM型FPGA的空间应用有一定参考作用。     

DC/DC变换器抗辐射试验

文章以ZHDC28S05/18W型数字化DC/DC变换器(额定输入28V,输出5V/3.6A)为例,制定了DC/DC变换器辐射总剂量和单粒子效应试验的方案并进行了摸底试验,根据试验结果更换了集成功率芯片LM2596-ADJ,使产品的抗辐射性能有了明显提高.     

SRAM型FPGA单粒子效应试验研究

针对军品级SRAM型FPGA的单粒子效应特性,文中采用重离子加速设备,对Xilinx公司Virtex-II系列可重复编程FPGA中一百万门的XQ2V1000进行辐射试验。试验中,被测FPGA单粒子翻转采用了静态与动态两种测试方式。并且通过单粒子功能中断的测试,研究了基于重配置的单粒子效应减缓方法。试验发现被测FPGA对单粒子翻转与功能中断都较为敏感,但是在注入粒子LET值达到42MeV·cm 2/mg时仍然对单粒子锁定免疫。本文对翻转敏感度、测试方法与减缓技术进行了讨论,试验结果说明SRAM型FPGA对单粒子效应比较敏感,利用重配置技术的减缓方法能够有效降低敏感度,实现空间应用。
     

赛灵思静态随机存储器型FPGA单粒子翻转检测

以XILINX XC2V3000现场可编程门阵列（FPGA）为例,分别通过ICAP和Selectmap接口对配置存储器进行回读检测,并通过局部动态重构的方法实现了故障注入,对单粒翻转（SEU）检测方法进行验证。结果证明回读与重配置是进行FPGA抗SEU设计的有效方法。     

星载微机空间抗单粒子加固设计技术研究

抗辐照加固技术是保障航天器高可靠长寿命的必要条件之一。文章介绍了空间辐照效应对星载微机电路的影响及危害,并针对这些危害阐述了在某型号光机控制计算机任务中进行的单粒子防护设计技术。     

机载高分辨率遥感图像实时压缩系统研究

介绍了图像压缩系统的5种主要架构,分析、比较了这5种架构的优缺点。基于现场可编程门阵列(FPGA)的图像压缩系统架构,提出了一种适合机载应用的高分辨率遥感图像实时压缩系统,该系统具有体积小、功耗低的特点。另外,还针对JPEG-LS(JPEG-Lossless)算法的特点,提出了一种简单有效的位率控制和抗误码方法,并在基于VIRTEX-ⅡFPGA的实时压缩系统中进行了具体应用,实现了机载遥感图像的无损和近无损图像实时压缩。该系统预留了充分的硬件资源,可支持EZW和SPIHT等复杂度较高的高倍率图像压缩算法的应用。     

基于测试块滚动的FPGA自测试方法研究

为了满足航天应用高可靠性的要求,实现对航天器FPGA生产和使用过程中可能发生的永久故障的及时检测,文章提出了一种基于测试块滚动的FP-GA自测试方法,该方法采用内建自测试的思想,与传统的测试方法相比,可以实现CLB级的故障定位,适用于FPGA芯片的筛选、固化以及在系统运行等各阶段的永久故障检测。     

基于FPGA的红外图像运动补偿滤波算法实现

针对运动场景和噪声混叠的红外图像,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的红外图像运动补偿滤波算法。首先,算法设计采用运动补偿滤波算法,通过帧间相关性和阈值判断等方法,有效实现图像区域检测分类;其次,对分类后的区域选定不同参数的滤波处理,有效抑制噪声,改善图像显示质量;最后,硬件使用流水线结合并行处理的解决方案,能够有效提高图像处理的速度。实验结果表明:基于FPGA的红外图像运动补偿滤波算法设计资源消耗低,将运行优化算法耗时降低到了1 ms内,为红外图像实时处理应用提供了基础。     

新一代FPGA在星载嵌入式计算机中的应用

阐明了新一代现场可编程逻辑器件(FPGA)的特点，以及器件、内部模块、PowerPC405处理器的结构与组成。分析了其在星载嵌入式计算机中央处理器(CPU)结构设计中的应用，并给出了设计过程。采用最新的FPGA系列产品内嵌32位减少结构系统计算机(RISC)硬核和3．125Gb／S高速串行接口，可使星载嵌入式计算机的设计更为灵活，同时也提高了系统的可靠性。     

基于FPGA实现遥测数据解扰分接的设计

为满足高码速率数据流的分接要求，提出了一种由现场可编程逻辑阵列（FPGA）实现遥测数据解扰分接的设计方案。该方案用-XILINX SpartanⅡ XC2S50芯片实现搜索帧同步、数据解扰和数据分接单元，用超高速集成电路硬件描述语言（VHDL）进行编程，可处理码速率768kb／s的数据流。因用单片FPGA实现。减小了电路体积。     

基于FPGA的串行RS+Viterbi级联译码器的设计与实现

提出了一种基于现场可编程逻辑阵列(FPGA)的RS码(255,223)级联卷积码(4,3,3)译码器及其实现,给出了系统结构。其中级联译码器均采用串行结构,减少了资源占用。卷积译码使用Viterbi算法,给出了其初始化网络、分支度量计算、加比选、累计度量储存、幸存路径储存和回溯等主要部分;RS译码采用欧几里德算法,给出了伴随式计算、错误位置和错误值多项式计算(钱搜索计算错误位置、福尼算法计算错误值)、模二和计算解码输出等关键部分。     

星敏感器用典型CCD探测器电离总剂量效应研究

用自建的工程单机对星敏感器用核心器件CCD的电离总剂量效应进行了研究,给出了不同辐照剂量下辐照前后图像灰度、标准差等反映CCD拍摄图像质量的参数变化。研究表明：CCD对电离总剂量效应较敏感,辐照会引起输出图像灰度和标准差变大,导致图像质量下降、信噪比降低,最终影响探测器的成像效果。     

闭环集成光陀螺中FIR滤波器的设计和应用

为提高闭环集成光陀螺中电路的性能，提出了采用现场可编程门阵列器件(FPGA)实现有限冲激响应(FIR)数字滤波器的方案，并给出了一个8阶低通FIR数字滤波器的FPGA流程、算法的设计及其实现。仿真和测试结果表明，所设计的滤波器电路工作正确可靠，满足设计要求。