CN104143036B - 基于失效率的空间辐射环境可靠性定量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子系统空间辐射环境的可靠性技术领域，特别涉及基于失效率的空间辐射环境可靠性定量控制方法，包括以下步骤：S1.计算得出空间辐射环境可靠性指标要求λ_SRE；S2.计算得出空间辐射环境可靠性预计值λ'_SRE；S3.预计值不满足指标要求，通过计算公式获得所达到的定量防护失效率Δλ_SRE，所述计算公式如下：Δλ_SRE=λ'_SRE‑λ_SRE；S4.根据定量防护失效率Δλ_SRE的计算公式，并调整防护措施参数，直至可靠性预计值满足空间辐射环境可靠性指标要求。本发明便于将航空/航天电子系统空间辐射环境可靠性纳入传统可靠性管理体系；可在任务设计初期可靠性指标要求、抗辐射能力预计值及定量防护措施，有利于节约成本；并保证指标的制定、可靠性预计及防护设计效果计算科学可信，便于指导工程设计。

Description

基于失效率的空间辐射环境可靠性定量控制方法

技术领域

本发明涉及空间辐射环境的可靠性预防领域，特别涉及一种基于失效率的空间辐射环境可靠性定量控制方法。

背景技术

航空/航天系统在空间任务轨道的空间环境影响下，会诱发航空/航天系统产生充放电效应、单粒子效应、总剂量效应、位移损伤效应四种损伤效应，导致航空/航天系统发生故障。但是，目前国内还没有与传统可靠性指标失效率λ相关联的空间辐射可靠性指标要求λ_SRE。因此，建立一套基于失效率λ的空间辐射可靠性算法体系才可以将空间辐射环境纳入传统可靠性的设计、生产、试验、分析及管理过程中，进而保证航空/航天系统空间环境可靠性不影响系统可靠性。

目前评价器件抗辐射效应能力均是以本征失效特征参数来表示，如评价某器件抗总剂量效应的能力是以耐计量多少来表征，某器件抗单粒子效应的能力是以阈值级截面来表征，这些本征失效特征参数未与系统可靠性指标参数失效率λ关联，传统系统可靠性的分配和精确预计中没有包括空间辐射效应的影响，空间应用工程中缺乏单粒子效应、总剂量效应、位移损伤效应等相关的可靠性指标，导致现行的卫星系统可靠性管理未真正评估空间辐射效应风险。

为了解决以上问题，本发明做了有益改进。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一套以失效率为核心的空间辐射环境可靠性定量控制方法，从而可准确控制航空/航天系统的空间辐射环境的可靠性。

(二)技术方案

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于失效率的空间辐射环境可靠性定量控制方法，包括以下步骤：

S1.计算得出空间辐射环境可靠性指标要求λ_SRE；

S2.计算得出空间辐射环境可靠性预计值λ'_SRE；

S3.对比所述空间辐射环境可靠性指标要求λ_SRE与可靠性预计值λ'_SRE，预计值不满足指标要求，通过计算公式获得需要采用防护措施后所达到的定量防护失效率Δλ_SRE，所述计算公式如下：

Δλ_SRE＝λ'_SRE-λ_SRE

S4.根据定量防护失效率Δλ_SRE的计算公式，结合空间辐射环境损伤效应的具体防护措施的空间辐射环境可靠性指标要求λ_SRE计算方法，确定空间辐射环境的防护措施参数，并调整所述防护措施参数，直至所述空间辐射环境可靠性预计值满足所述空间辐射环境可靠性指标要求。

其中，所述步骤S1的空间辐射环境可靠性指标要求λ_SRE计算公式如下：

λ_SRE＝λ/10

其中，λ为航空/航天电子系统失效率。

进一步，所述步骤S2中，系统空间辐射环境可靠性预计值是由其组成单元的空间辐射环境可靠性预计值计算得出；如果航空/航天系统由多个单元串联组成，则该航空/航天系统的空间辐射环境可靠性预计值λ'_SRE的计算公式为：

其中，λ'_SRE为系统的空间辐射环境可靠性预计值，λ'_SRE-i为组成系统的第i个单元的空间辐射环境可靠性预计值，i为自然数。

进一步，所述步骤S2中，其中一个单元的空间辐射环境可靠性预计值是由其组成子单元的空间辐射环境可靠性预计值计算而来。如果第i个单元由m个敏感器件串联组成，则该单元的空间辐射环境可靠性预计值λ'_SRE-i的计算公式为：

其中，λ'_SRE-i为组成系统的第i个单元的空间辐射环境可靠性预计值，λ'_SRE-j为组成系统的第j个敏感器件的空间辐射环境可靠性预计值，m、j为自然数。

再进一步，如果步骤S4中，所述空间辐射环境损伤效应为单粒子效应，所述步骤S4具体包括以下步骤：

S41.针对航天器器件级的单粒子翻转效应SEU，应用以下计算公式得出防护措施指标为：

其中，λ(t)_dev-EDAC为航天器器件采取检错纠错防护措施指标失效率；

N为航天器器件存储字节容量；

X为航天器器件有效存储数据bit容量；

λ_SEU-bit为航天器器件中每bit位产生的单粒子翻转率；

S42.调整单粒子效应的防护措施参数计算获得λ(t)_dev-EDAC，使空间辐射环境可靠性预计值满足所述空间辐射环境可靠性指标要求，依此确定所述防护措施参数范围，并给出防护措施建议。

(三)有益效果

与现有技术和产品相比，本发明有如下优点：

1、本发明明确提出一套以失效率为核心的空间辐射环境算法体系，便于将失效率纳入传统可靠性管理体系；

2、本发明明确空间辐射环境可靠性指标制定算法、空间辐射环境可靠性预计算法、空间辐射环境可靠性定量防护设计算法，可在任务设计初期明确任务指标要求和可实现情况，有利于节约成本；

3、本发明提供一套逻辑闭环的空间辐射环境可靠性算法体系，并保证指标的制定、可靠性预计及防护设计效果计算的结果更为科学可信，便于指导工程设计。

附图说明

图1是本发明提供的基于失效率的空间辐射环境可靠性定量控制方法的步骤示意框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。

如图1所示，本发明提供一种基于失效率的空间辐射环境可靠性定量控制方法，包括以下步骤：

S1.计算得出空间辐射环境可靠性指标要求λ_SRE。

空间辐射环境可靠性(RSRE)是指航空/航天系统在规定的任务周期、在规定的任务轨道空间辐射环境下、完成规定的功能/性能的概率或能力。该步骤中，所述步骤S1的空间辐射环境可靠性指标要求λ_SRE计算公式如下：

λ_SRE＝λ/10

其中，λ为航空/航天电子系统失效率。

注：空间辐射环境效应失效率模型适用于航空/航天系统、设备、功能单元、器件等级别。

S2.计算得出空间辐射环境可靠性预计值λ'_SRE。在本算法中，可采用传统可靠性预计算法。

例如，系统空间辐射环境可靠性预计值是由其组成单元的空间辐射环境可靠性预计值计算而来；如果航空/航天系统由多个单元串联组成，则该航空/航天系统的空间辐射环境可靠性预计值λ'_SRE的计算公式为：

其中，λ'_SRE为系统的空间辐射环境可靠性预计值，λ'_SRE-i为组成系统的第i个单元的空间辐射环境可靠性预计值，i为自然数。

在系统可靠性模型中，除上述的串联系统，还有并联系统、表决系统，储备系统等，而且“单元”是相对于“系统”而言的概念。其中一个单元的空间辐射环境可靠性预计值是由其组成子单元的空间辐射环境可靠性预计值计算而来；如果第i个单元由m个敏感器件串联组成，则该单元的空间辐射环境可靠性预计值λ'_SRE-i的计算公式为：

其中，λ'_SRE-i为组成系统的第i个单元的空间辐射环境可靠性预计值，λ'_SRE-j为组成系统的第j个敏感器件的空间辐射环境可靠性预计值，m、j为自然数。

S3.对比所述空间辐射环境可靠性指标要求λ_SRE与可靠性预计值λ'_SRE，预计值不满足指标要求，通过计算公式获得需要采用防护措施后所达到的定量防护失效率Δλ_SRE，所述计算公式如下：

Δλ_SRE＝λ'_SRE-λ_SRE

S4.根据定量防护失效率Δλ_SRE的计算公式，结合空间辐射环境损伤效应的具体防护措施的空间辐射环境可靠性指标要求λ_SRE计算方法，确定空间辐射环境的防护措施参数，并调整所述防护措施参数，直至所述空间辐射环境可靠性预计值满足所述空间辐射环境可靠性指标要求。

例如，在器件级实施检错纠错(EDAC)防护措施实现对单粒子效应的防护，

首先应用以下计算公式得出防护措施指标为：

其中，λ(t)_dev-EDAC为器件采取检错纠错防护措施后的失效率；

N为器件存储字节容量；

X为器件有效存储数据bit容量；

λ_SEU-bit为器件中每bit位产生的单粒子翻转率。

然后，调整单粒子效应的防护措施参数计算获得λ(t)_dev-EDAC，使空间辐射环境可靠性预计值满足所述空间辐射环境可靠性指标要求，依此确定所述防护措施参数范围，并给出防护措施建议。因而，将空间辐射环境可靠性指标要求、预计值及定量防护措施纳入可靠性管理体系。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (5)

1.一种基于失效率的空间辐射环境可靠性定量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.计算得出空间辐射环境可靠性指标要求λ_SRE；

S2.计算得出空间辐射环境可靠性预计值λ'_SRE；

S3.对比所述空间辐射环境可靠性指标要求λ_SRE与可靠性预计值λ'_SRE，预计值不满足指标要求，通过计算公式获得需要采用防护措施后所达到的定量防护失效率Δλ_SRE，所述计算公式如下：

Δλ_SRE＝λ'_SRE-λ_SRE；

S4.根据定量防护失效率Δλ_SRE的计算公式，结合空间辐射环境损伤效应的具体防护措施的空间辐射环境可靠性指标要求λ_SRE计算方法，确定空间辐射环境的防护措施参数，并调整所述防护措施参数，直至所述空间辐射环境可靠性预计值满足所述空间辐射环境可靠性指标要求。

2.根据权利要求1所述的基于失效率的空间辐射环境可靠性定量控制方法，其特征在于，所述步骤S1的空间辐射环境可靠性指标要求λ_SRE计算公式如下：

λ_SRE＝λ/10

其中，λ为航空/航天电子系统失效率。

3.根据权利要求1所述的基于失效率的空间辐射环境可靠性定量控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，系统空间辐射环境可靠性预计值是由其组成单元的空间辐射环境可靠性预计值计算得出；如果航空/航天系统由多个单元串联组成，则该航空/航天系统的空间辐射环境可靠性预计值λ'_SRE的计算公式为：

${\mathrm{\λ}}_{SRE}^{\′}=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_{SRE-i}^{\′}$

其中，λ'_SRE为系统的空间辐射环境可靠性预计值，λ'_SRE-i为组成系统的第i个单元的空间辐射环境可靠性预计值，i为自然数。

4.根据权利要求3所述的基于失效率的空间辐射环境可靠性定量控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，其中一个单元的空间辐射环境可靠性预计值是由其组成子单元的空间辐射环境可靠性预计值计算而来；如果第i个单元由m个敏感器件串联组成，则该单元的空间辐射环境可靠性预计值λ'_SRE-i的计算公式为：

${\mathrm{\λ}}_{SRE-i}^{\′}=\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_{SRE-j}^{\′}$

其中，λ'_SRE-i为组成系统的第i个单元的空间辐射环境可靠性预计值，λ'_SRE-j为组成系统的第j个敏感器件的空间辐射环境可靠性预计值，m、j为自然数。

5.根据权利要求1所述的基于失效率的空间辐射环境可靠性定量控制方法，其特征在于，如果步骤S4中，所述空间辐射环境损伤效应为单粒子效应，所述步骤S4具体包括以下步骤：

S41.针对航天器器件级的单粒子翻转效应SEU，应用以下计算公式得出防护措施指标为：

$\mathrm{\λ}{\left(t\right)}_{dev-EDAC}=\frac{1}{2}N\·{(X\·{\mathrm{\λ}}_{SEU-bit})}^2\·t_s$

其中，λ(t)_dev-EDAC为航天器器件采取检错纠错防护措施指标失效率；

N为航天器器件存储字节容量；

X为航天器器件有效存储数据bit容量；

λ_SEU-bit为航天器器件中每bit位产生的单粒子翻转率；

S42.调整单粒子效应的防护措施参数计算获得λ(t)_dev-EDAC，使空间辐射环境可靠性预计值满足所述空间辐射环境可靠性指标要求，依此确定所述防护措施参数范围，并给出防护措施建议。