一种智能化即插即用的飞行器电气系统可重构方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种智能化即插即用的飞行器电气系统可重构方法，属于综合电子技 术领域。
【背景技术】
[0002] 随着人类在科学试验、深空探测、商业服务及太空军事应用方面的航天活动日益 频繁，航天器电子系统需要满足空间运输、空间碎片清除、在轨服务和维修等多种任务的不 同功能需求。从总体趋势上看，未来空间飞行器的电气系统需要承担更多的空间任务，传统 的电气系统通过高可靠性和高冗余保证电子系统正常工作，并通过增加硬件设备和软件设 备实现空间飞行器任务功能。这一设计方式已经面临着巨大的压力和不断上升的成本。因 此未来在设计空间飞行器电气系统时，需要跳出传统设计思路，在航天领域，随着智能化技 术、功能模块规范设计、即插即用等技术取得重大突破，美国已经在卫星多任务设计过程中 建立了顶层即插即用设计规范，并在地面生产过程中研究特定功能模块，在地面上通过设 计人员编程并改变硬件电路实现执行多任务卫星的可重构和快速生产。其缺陷是每一次重 构都需要地面人员参与，每次可重构后都需要运载工具发射到指定轨道执行相应任务，虽 然较传统手段前进了一些，但是实现过程仍然很复杂，且成本仍然较高。
【发明内容】
[0003] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种智能化即插即用的飞 行器电气系统可重构方法，满足空间飞行器多任务输入要求，降低飞行器执行任务的成本。
[0004] 本发明的技术解决方案是：一种智能化即插即用的飞行器电气系统可重构方法， 步骤如下：
[0005] (1)设计主控模块，将飞行器电气系统各功能模块的控制功能集成到主控模块中， 各功能模块以及功能模块的备用模块只保留执行功能；
[0006] (2)为主控模块、各功能模块以及功能模块的备用模块设计即插即用标准接口，通 过所述即插即用标准接口将主控模块、各种功能模块以及功能模块的备用模块进行连接， 形成飞行器可重构电气系统，进入步骤（3);
[0007] (3)当空间飞行器运行到在轨指定区域时，主控模块根据空间飞行器要执行的任 务，利用智能化算法从可重构电气系统中选中相应的功能模块，并按照可重构算法对功能 模块进行激活，形成执行相应任务的电气系统，进入步骤（4);
[0008] (4)主控模块根据故障诊断算法对步骤（2)选中的功能模块进行故障检测，当步 骤（3)选中的功能模块没有故障时，进入步骤（5);当检测出某个功能模块有故障时，主控 模块确定故障功能模块后，锁定功能模块接口并对故障功能模块进行断电隔离，然后激活 故障功能模块的备用功能模块，对步骤（3)执行相应任务的电气系统进行重构，进入步骤
[5] ；
[0009] (5)利用得到的电气系统执行相关任务操作，完成后主控模块发出指令为参与任 务操作的功能模块和备用功能模块断电，然后返回步骤（3)执行下一任务，直到完成所有 任务为止。。
[0010] 所述智能化算法包括以下步骤：
[0011] (2. 1)主控模块判断空间飞行器要执行的任务是固定任务还是临时任务，如果要 执行任务的任务时序和任务指令与主控模块预先写入的任务时序和任务指令相同，则该任 务为固定任务，进入步骤（2. 2)，否则为临时任务，进入步骤（2.3);
[0012] (2. 2)主控模块根据预先写入的任务指令从可重构电气系统中选中需要的功能模 块以及电源功能t旲块；
[0013] (2. 3)主控模块接收地面上传的任务指令，根据接收的任务指令从可重构电气系 统中选中需要的功能模块以及电源功能模块；
[0014] 所述任务指令包括要执行的功能以及需要的功能模块。
[0015] 所述可重构算法包括以下步骤：
[0016] (3. 1)定义选中的功能模块即插即用接口的数据传输方式，所述数据传输方式为 SPA-U数据传输方式或SPA-S数据传输方式，所述SPA-U数据传输方式支持低数据传输率， SPA-S数据传输方式支持高数据传输率；
[0017] (3. 2)根据要执行的任务时序表确定功能模块的数据传输顺序；
[0018] (3. 3)利用可编程逻辑器件对电气系统硬件电路进行控制，对未被选中的功能模 块进行隔离并锁定；
[0019] (3. 4)并控制电源功能t吴块为选中的功能t吴块上电，实现对功能t吴块的激活。
[0020] 所述故障诊断算法包括以下步骤：
[0021] (4. 1)在所重构的电气系统中，主控模块通过即插即用标准接口接收各功能模块 输出的数据；
[0022] (4. 2)应用3层BP神经网络算法实时计算第i个功能模块的输出数据与预先写入 的该功能模块的故障征兆集合X的聚类中心长度d，所述3层BP神经网络算法的1层为隐 层，输入层单元数N in和输出层单元数N _根据情况给定，隐层单元数为8 ;i为自然数，i = 1,2,……，所重构电气系统中功能模块个数；
[0023] (4. 3)将聚类中心长度d与预先写入的第i个功能模块的故障原因集合Y进行匹 配，在马尔科夫判断算法的约束条件下采用高斯模糊算法实时计算出相似度，在预先设定 的时间范围内，如果相似度大于0. 3,认为第i个功能模块出现故障，否则，认为第i个功能 丰吴块没有故障；
[0024] (4. 4)在不同i的取值下，重复执行步骤（4. 2) - (4. 3)，完成所重构的电气系统中 各个功能模块的故障检测。
[0025] 所述马尔科夫判断算法是指故障是独立的、无后效性的事件。
[0026] 所述即插即用标准接口是能够通过电缆连接的标准USB接口，即插即用接口通过 电流信号和频率传递信息，主控模块通过即插即用接口变换电流信号和电流频率来控制各 个功能模块动作。
[0027] 本发明与现有技术相比的有益效果是：
[0028] (1)本发明给出了空间飞行器在多任务要求条件下电气系统完成各种不同任务的 实现方法。该方法打破了传统分系统分工，将各系统的控制功能集成到一个主控模块上，通 过智能化算法和即插即用功能，实现电气系统的可重构，从而满足未来空间飞行器在轨工 作的多任务要求，降低了飞行器执行任务的成本，有利于促进我国航天电子技术的持续发 展。
[0029] (2)本发明采用可重构算法实现针对特定任务的系统重构。通过可编程逻辑器件 从硬件层次改变电路结构，对不参与工作的功能模块进行隔离并锁定，从而防止不参与工 作的功能模块误响应，影响电气系统在空间中的任务执行，在通过重构满足在轨多任务要 求的同时，确保了可重构电气系统工作的可靠性。
[0030] (3)本发明通过设计即插即用标准接口规范电气系统各个功能模块和主控模块的 接口。如果采用传统的电气系统接口，则在实现可重构电气系统时，各类接口之间频繁存在 数据传输方式的不断转换，系统设计庞大且容易出错，本发明避免了传统电气系统不同类 型接口之间传输方式的转换，简化了设计，将数据转换的差错率降到最低，提高了可重构电 气系统工作的准确性和可靠性，降低了执行空间任务的成本。
[0031] (4)本发明在电气系统执行任务前采集电气系统各功能模块状态信息，利用故障 诊断算法对系统的功能模块进行监测和诊断，发现故障模块并定位，然后锁定故障模块接 口并断电隔离，能够自动检查功能模块并隔离，提高了飞行器可重构电气系统工作的可靠 性，确保了电气系统任务的准确执行。
【附图说明】
[0032] 图1为智能化即插即用的可重构电气系统工作流程图；
[0033] 图2为智能化即插即用的可重构电气系统方案设计图。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行进一步的详细描述。
[0035] 随着人类在科学试验、深空探测、商业服务及太空军事应用方面的航天活动日益 频繁，航天器电子系统需要满足空间运输、空间碎片清除、在轨服务和维修等多种任务的不 同功能需求。传统的电气系统已