基于辐照试验星载应答机平均无故障时间评估方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于辐照试验星载应答机平均无故障时间评估方法及系统，所述方法包括以下步骤：（1）根据设置在卫星内的星载应答机的运行轨道空间环境选择辐照试验的粒子种类；（2）发射所选定粒子的粒子束，并且启动计时器，以实时监测一遥控功能模块、一遥测功能模块和一测距功能模块；（3）当监测到所述遥控功能模块、遥测功能模块和测距功能模块中任意一模块的输出信息与设定的误码信息匹配时，则停止计时器，并停止发射粒子束；（4）计算粒子注量和功能翻转率，以获得比率信息；（5）根据所述比率信息和所述星载应答机在相应轨道空间环境中的位翻转率信息，计算平均无故障时间。
【专利说明】基于辐照试验星载应答机平均无故障时间评估方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及航天测量和控制【技术领域】，尤其涉及一种基于辐照试验星载应答机平均无故障时间评估方法及系统。
【背景技术】
[0002]近年来，大规模集成电路因其高密度、高性能、低成本和可重配置的特性，已经广泛应用于航天领域。从应用情况来看，即便是抗福照加固版本的FPGA(Field-programmablegate array,现场可编程门阵列)仍然对SEE (Single Event Effect,单粒子效应)十分敏感，业内普遍认识到空间辐照是SRAM型FPGA在空间应用的主要障碍。
[0003]单机平均无故障时间是评价应答机可靠性的一项重要指标，一般来说通过元器件应力分析法进行分析，并通过地面进行大量的常温以及高低温老练时间进行评估，上述方法是在地面开展的，未考虑空间辐照带来的影响，因此，与单机在空间环境中的真实应用存在差异。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，提供一种基于辐照试验星载应答机平均无故障时间评估方法及系统，其能够更有针对性地评估空间辐照条件下应答机的功能，并定量计算基于辐照试验的星载应答机平均无故障时间，从而验证星载应答机的抗辐照措施的有效性和可靠性。
[0005]为了解决上述问题，本发明提供以下技术方案。
[0006]一种基于辐照试验星载应答机平均无故障时间评估方法包括以下步骤:(I)根据设置在卫星内的星载应答机的运行轨道空间环境选择粒子种类；(2)发射所选定粒子的粒子束，并且启动计时器，以实时监测一遥控功能模块、一遥测功能模块和一测距功能模块，其中所述遥控功能模块用于地面站对卫星进行远程控制，所述遥测功能模块用于在地面站获得从卫星来而的远程信号并进行测量，所述测距功能模块用于对卫星与地面站之间的距离进行测量；(3)当监测到所述遥控功能模块、遥测功能模块和测距功能模块中任意一功能模块的输出信息与设定的误码信息匹配时，则停止所述计时器，并且停止发射粒子束；
(4)计算粒子注量和功能翻转率，以获得比率信息；(5)根据所述比率信息和所述星载应答机在相应运行轨道空间环境中的位翻转率信息，计算平均无故障时间。
[0007]作为可选的技术方案，在步骤(3)进一步包括:当所述输出信息与设定的误码信息匹配时，存储与误码信息相对应的数据。
[0008]作为可选的技术方案，在步骤(3)之后进一步包括:多次地重复执行步骤(2)和(3)。
[0009]作为可选的技术方案，在步骤(5)中进一步包括:查询所述星载应答机在相应运行轨道中的位翻转率信息。
[0010]本发明还提供一种基于辐照试验星载应答机平均无故障时间评估系统，包括:一选择单元，用于根据设置在卫星内的星载应答机的运行轨道空间环境选择粒子种类；一监测单元，与所述选择模块相连，用于发射所选定粒子的粒子束，并且启动计时器，以实时监测一遥控功能模块、一遥测功能模块和一测距功能模块，其中所述遥控功能模块用于地面站对卫星进行远程控制，所述遥测功能模块用于在地面站获得从卫星来而的远程信号并进行测量，所述测距功能模块用于对卫星与地面站之间的距离进行测量；一匹配单元，与所述监测单元相连，用于当监测到所述遥控功能模块、遥测功能模块和测距功能模块中任意一功能模块的输出信息与设定的误码信息匹配时，则停止所述计时器，并且停止发射粒子束；一获取单元，与所述匹配单元相连，用于计算粒子注量和功能翻转率，以获得比率信息；一计算单元，与所述获取单元相连，用于根据所述比率信息和所述星载应答机在相应运行轨道空间环境中的位翻转率信息，计算平均无故障时间。
[0011]作为可选的技术方案，在匹配单元中进一步包括一存储子单元，所述存储子单元用于当所述输出信息与设定的误码信息匹配时，存储与误码信息相对应的数据。
[0012]作为可选的技术方案，在计算单元中进一步包括一查询子单元，用于查询所述星载应答机在相应运行轨道空间环境中的位翻转率信息。
[0013]本发明的优点在于，通过模拟空间辐照环境，有针对性地对星载应答机功能翻转率及翻转率进行评估，并结合空间应用条件定量得到了应答机平均无故障时间，实现了辐照措施有效性的定量评估，为抗辐照设计的有效应验证提供了定量依据。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明所述基于辐照试验星载应答机平均无故障时间评估方法的实施方式的步骤流程图。
[0015]图2是本发明所述辐照试验系统的架构示意图。
[0016]图3是本发明一实施中的基于辐照试验星载应答机平均无故障时间评估系统的架构图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明提供的基于辐照试验星载应答机平均无故障时间评估方法及系统的【具体实施方式】做详细说明。
[0018]参见图1所示，一种基于辐照试验星载应答机平均无故障时间评估方法，适用于一辐照试验系统，包括以下步骤:步骤S110、根据设置在卫星内的星载应答机的运行轨道空间环境选择辐照试验的粒子种类；步骤S120、发射所选定粒子的粒子束，并且启动计时器，以实时监测一遥控功能模块、一遥测功能模块和一测距功能模块，其中所述遥控功能模块用于地面站对卫星进行远程控制，所述遥测功能模块用于在地面站获得从卫星来而的远程信号并进行测量，所述测距功能模块用于对卫星与地面站之间的距离进行测量；步骤S130、当监测到所述遥控功能模块、遥测功能模块和测距功能模块中任意一功能模块的输出信息与设定的误码信息匹配时，则停止所述计时器，并且停止发射粒子束；步骤S140、计算粒子注量和功能翻转率，以获得比率信息；步骤S150、根据所述比率信息和所述星载应答机在相应运行轨道空间环境中的位翻转率信息，计算平均无故障时间。
[0019]以下结合附图1对上述步骤进行详细描述。
[0020]步骤S110、根据设置在卫星内的星载应答机的运行轨道空间环境选择粒子种类。[0021]通过设计专门的辐照试验系统，并且根据专门的星地测试软件来进行模拟评估。因此，本发明所述基于辐照试验星载应答机平均无故障时间评估方法是根据所述辐照试验系统(如图2所示)来实施的，所述辐照试验系统包括试验板210、地检设备220、示波器230、摄像头240、线性电源250、万用表260、远控计算机270以及远程监视器280。其中所述试验板210是指待测试的基带电路板，其技术状态与真实的星载设备几代的电路板几乎一致。所述试验板210的核心器件为FPGA。所述试验板210设置在一抽真空的靶室290内部。所述试验板210的供电、射频连接线和测试信号线等均通过真空转接头连接到外部的线性电源250以及其他测试设备。所述地检设备220 (含变频)和示波器230设置在靶室290外部。所述线性电源250通过50多米的多股电源线连接至真空转接头，用于给所述试验板210供电。所述地检设备220通过50多米的网线连接到测量厅的远控计算机270，并且通过远控计算机270进行远程控制。所述示波器230用于显示各监控信号。所述示波器230通过监视遥控和测距的锁定状态，以监视遥控和测距功能是否正常。在所述靶室290外部还设置一用以监控的摄像头240，其主要用于观测所述示波器230的各波形情况。所述摄像头240通过视频传输线连接至测量厅的远程监视器280上。在试验过程中，实验人员对所述地检设备220的星地测试软件界面、摄像头240所监视的示波器230状态以及试验的进行时间进行全程录像。所述万用表260监视所述试验板210中FPGA所使用的1.5V和3.3V电流状态，当出现功能异常后，星地测试软件能够检测出功能错误并且将其恢复正常。所述远控计算机270通过进行遥控和遥测误码率的测试，以监视遥控和遥测功能是否正常。
[0022]根据设置在卫星内的星载应答机(或称单机)的应用环境(即运行轨道空间环境)来选择粒子种类，从而使得评估系统的真实性大大好于一般环境下的测试和试验。
[0023]步骤S120、发射所选定粒子的粒子束，并且启动计时器，以实时监测一遥控功能模块、一遥测功能模块和一测距功能模块，其中所述遥控功能模块用于模拟地面站对卫星进行远程控制，所述遥测功能模块用于模拟在地面站获得从卫星来而的远程信号并进行测量，所述测距功能模块用于模拟对卫星与地面站之间的距离进行测量。也就是说，所述遥控功能模块是用于地面测控系统发送规定的射频信号实现地面站对卫星的控制；所述遥测功能模块是地面测控系统通过接收、处理卫星下发的规定制式的射频信号实现卫星遥测数据的接收、显示、判断及分析等处理；所述测距功能模块用于利用无线电波在均匀介质中传播速度恒定且瞬时相位与传播距离成线性关系的基本原理，按照一定的测量技术(分为单脉冲雷达测距技术和连续波雷达测距技术，在本实施方式中，采用伪码测距技术，属于连续波雷达测距技术)，实现地面测控系统与卫星之间的距离测量。
[0024]根据所选定的粒子种类，按照离子能量从小到大的顺序依次送出粒子束。在辐照过程中，通过星地测试软件(地检程序)实时地对遥控功能模块、遥测功能模块和测距功能模块(即遥控、遥测和测距功能)分别进行监测，以便上述三个功能模块在出现功能异常时，统计FPGA中代码的翻转率。若上述任意一功能模块出现误码，则认为该功能出现异常。上述翻转率包括:位翻转率和功能翻转率，下文将进一步说明。
[0025]所述遥控功能模块处于正常的前提是遥控锁定正常，同时遥控误码率满足设计要求。所述遥测功能模块处于正常的标准是遥测误码率满足设计要求。所述测距功能模块处于正常的标准是测距锁定正常，并且测量结果满足设计要求。在本实施方式中的辐照试验系统的遥控、遥测和测距是通过所述试验板210与所述地检设备220之间的通信模拟而成。[0026]步骤S130、当监测到所述遥控功能模块、遥测功能模块和测距功能模块中任意一功能模块的输出信息与设定的误码信息匹配时，则停止所述计时器，并且停止发射粒子束。
[0027]当实时监测的遥测、遥控和测距功能中任意一功能出现异常，需停止秒表计时，并且停止发射粒子束。
[0028]在此步骤中可进一步包括步骤:存储与误码信息相对应的数据，例如出故障时间、故障现象、离子数目、电源电流、单粒子位翻转等数据。
[0029]作为优选的技术方案，多次地重复执行步骤S120和S130，例如在本实施方式中采用重复统计100次的情况，从而提高评估的精准度。
[0030]步骤S140、计算粒子注量和功能翻转率，以获得比率信息。
[0031]分别计算每次功能异常发生时的粒子注量和功能翻转率，并且根据翻转率除以功能翻转率以获得比率信息R。所述比率信息R位翻转截面/功能错误翻转截面，其物理意义为:平均每发生R个位翻转，会导致一次功能错误。
[0032]所述翻转率(又称翻转截面)包括位翻转率和功能翻转率。假设入射离子注量为F个/cm2，某器件有M位存储状态发生了翻转.则该器件的单粒子翻转截面为:
【权利要求】
1.一种基于辐照试验星载应答机平均无故障时间评估方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)根据设置在卫星内的星载应答机的运行轨道空间环境选择粒子种类； (2)发射所选定粒子的粒子束，并且启动计时器，以实时监测一遥控功能模块、一遥测功能模块和一测距功能模块，其中所述遥控功能模块用于地面站对卫星进行远程控制，所述遥测功能模块用于在地面站获得从卫星来而的远程信号并进行测量，所述测距功能模块用于对卫星与地面站之间的距离进行测量； (3)当监测到所述遥控功能模块、遥测功能模块和测距功能模块中任意一功能模块的输出信息与设定的误码信息匹配时，则停止所述计时器，并且停止发射粒子束； (4)计算粒子注量和功能翻转率，以获得比率信息； (5)根据所述比率信息和所述星载应答机在相应运行轨道空间环境中的位翻转率信息，计算平均无故障时间。
2.根据权利要求1所述基于辐照试验星载应答机平均无故障时间评估方法，其特征在于，在步骤(3)进一步包括: 当所述输出信息与设定的误码信息匹配时，存储与误码信息相对应的数据。
3.根据权利要求1所述基于辐照试验星载应答机平均无故障时间评估方法，其特征在于，在步骤(3)之后进一步包括: 多次地重复执行步骤(2 )和(3 )。
4.根据权利要求1所述基于辐照试验星载应答机平均无故障时间评估方法，其特征在于，在步骤(5)中进一步包括: 查询所述星载应答机在相应运行轨道空间环境中的位翻转率信息。
5.一种基于辐照试验星载应答机平均无故障时间评估系统，其特征在于，包括: 一选择单元，用于根据设置在卫星内的星载应答机的运行轨道空间环境选择粒子种类； 一监测单元，与所述选择模块相连，用于发射所选定粒子的粒子束，并且启动计时器，以实时监测一遥控功能模块、一遥测功能模块和一测距功能模块，其中所述遥控功能模块用于地面站对卫星进行远程控制，所述遥测功能模块用于在地面站获得从卫星来而的远程信号并进行测量，所述测距功能模块用于对卫星与地面站之间的距离进行测量； 一匹配单元，与所述监测单元相连，用于当监测到所述遥控功能模块、遥测功能模块和测距功能模块中任意一功能模块的输出信息与设定的误码信息匹配时，则停止所述计时器，并且停止发射粒子束； 一获取单元，与所述匹配单元相连，用于计算粒子注量和功能翻转率，以获得比率信息； 一计算单元，与所述获取单元相连，用于根据所述比率信息和所述星载应答机在相应运行轨道空间环境中的位翻转率信息，计算平均无故障时间。
6.根据权利要求5所述基于辐照试验星载应答机平均无故障时间评估系统，其特征在于，在匹配单元中进一步包括一存储子单元，所述存储子单元用于当所述输出信息与设定的误码信息匹配时，存储与误码信息相对应的数据。
7.根据权利要求5所述基于辐照试验星载应答机平均无故障时间评估系统，其特征在于，在 计算单元中进一步包括一查询子单元，用于查询所述星载应答机在相应运行轨道空间环境中的位翻转率信息。
【文档编号】G01S7/40GK104007427SQ201410212025
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】何涛, 曹金, 李志强, 蔡志鸣, 周依林 申请人:上海微小卫星工程中心