航天器系统级抗单粒子设计评估方法
【专利摘要】本发明提供了一种航天器系统级抗单粒子设计评估方法，其涉及含有大规模集成电路单机或分系统抗单粒子效能的评估方法。该评估方法仿真计算了电子元器件的翻转率；对航天器分系统采用的主动和被动防护方法均给出了量化评估算法；然后对航天器分系统抗单粒子设计进行了评估。此外，该评估方法还可以得到系统不连续工作的概率。该评估方法经过推广，可以应用于整星以及星座单粒子翻转率的仿真计算。
【专利说明】航天器系统级抗单粒子设计评估方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及航天领域，具体地，涉及一种航天器系统抗单粒子设计评估方法，系统主要指含有大规模集成电路的单机或系统。
【背景技术】
[0002]自人类进入宇宙空间开始，空间环境状态及其变化对航天活动的影响就成为人们所关心的重要问题。体积小、功耗低的微电子器件，尤其是FPGA等大规模集成芯片，在航天工程中得到越来越广泛的应用。银河宇宙线、太阳宇宙线、地球福射带中的高能带电粒子，特别是其中的重离子造成的“单粒子事件”成为航天飞行的重要隐患。
[0003]元器件的单粒子翻转(Single Event Upset, SEU)仿真计算是近年国内外研究的热点问题，国内外科研工作者开展了广泛的研究工作。美国Space Radiation软件和欧空局SPENVIS软件均有计算单粒子翻转率的专用模块。但是，目前还没有见到计算系统单粒子翻转仿真计算的报道，也没有对应的软件模块。计算元器件单粒子翻转率虽然能反映出器件的性能水平，但无法反映出系统的抗单粒子设计水平。
[0004]随着对空间环境分布和动态特征的研究和认识的不断深入，科研工作者逐渐认识到FPGA等大规模集成器件的在轨翻转不可避免，只能采取措施减轻SEU的影响，保证芯片翻转的情况下不会对系统的正常工作造成影响。因此，系统级单粒子防护设计的评估更具有现实意义和工程价值。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种航天器系统级抗单粒子设计评估方法。
[0006]根据本发明的第一个方面，对航天器系统采取的主动和被动抗单粒子设计方法均建立了单粒子翻转率计算模型，可依据模型对抗单粒子设计方法进行量化评估。主动方法主要包括资源降额、定时刷新、间断开关机、降低任务时间等措施，可有效降低元器件的单粒子翻转率；被动方法包括回读校验、功能校验、三模冗余、EDAC (Error Detection AndCorrection,错误检测与纠正)、冗余备份等方法,该方法不能有效降低单粒子翻转率,但可以有效监测单粒子翻转，并通过重载、在轨开关机等相关措施，避免或降低由于单粒子翻转造成的危害。
[0007]根据本发明的第二个方面，提供一种航天器系统抗单粒子设计评估方法，包括以下步骤:
[0008]步骤1:空间辐射环境分析:根据航天器轨道参数和使用寿命，对航天器在轨空间辐射环境进行分析；
[0009]步骤2:元器件翻转参数计算:根据地面试验，获得元器件的σ -LET曲线，然后利用非线性拟合得到翻转阈值、饱和翻转截面参数；结合元器件实际所处的空间环境，仿真计算得到元器件在轨翻转率；[0010]步骤3:系统抗单粒子设计评估:统计航天器含有大规模集成元器件系统的抗单粒子设计方法(包括元器件级和系统级)，对各条设计方法进行量化评估，最后根据单粒子翻转率传递模型，得到系统级抗单粒子翻转概率及不连续工作概率。
[0011]优选地，质子单粒子翻转率的计算模型如下:
【权利要求】
1.一种航天器系统级抗单粒子设计评估方法，其特征在于，对航天器系统采取的主动和被动抗单粒子设计方法建立单粒子翻转率计算模型，从而依据模型对抗单粒子设计方法进行量化评估。
2.根据权利要求1所述的航天器系统级抗单粒子设计评估方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:空间辐射环境分析:根据航天器轨道参数和使用寿命，对航天器在轨空间辐射环境进行分析； 步骤2:元器件翻转参数计算:根据地面试验，获得元器件的σ -LET曲线，然后利用非线性拟合得到翻转阈值、饱和翻转截面参数；结合元器件实际所处的空间环境，仿真计算得到元器件在轨翻转率； 步骤3:系统抗单粒子设计评估:统计航天器含有大规模集成元器件系统的抗单粒子设计方法，包括元器件级和系统级；对各条设计方法进行量化评估，最后根据单粒子翻转率计算模型，得到系统级抗单粒子翻转概率及不连续工作概率。
3.根据权利要求1所述的航天器系统级抗单粒子设计评估方法，其特征在于，质子单粒子翻转率的计算模型如下:
4.根据权利要求1或3所述的航天器系统级抗单粒子设计评估方法，其特征在于，质子重粒子翻转率的计算模型如下:
5.根据权利要求4所述的航天器系统级抗单粒子设计评估方法，其特征在于，元器件的单粒子翻转率R的计算模型如下:
R = Rp+Rh 其中，Rp为质子单粒子翻转率，Rh为重尚子单粒子翻转率。
【文档编号】G06F17/50GK103605835SQ201310534267
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】周飞, 陈占胜, 曹敏 申请人:上海卫星工程研究所