CN105320014A

CN105320014A - 基于巡检自愈的fpga空间应用抗辐射加固方法

Info

Publication number: CN105320014A
Application number: CN201410231403.7A
Authority: CN
Inventors: 李志强; 朱文明; 何涛; 陈啸; 李飞龙; 孙健俊; 殷君; 汤吉波; 石盛超; 张卫同; 李建伟; 马赫
Original assignee: PLA University of Science and Technology
Current assignee: PLA University of Science and Technology
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2034-05-28
Also published as: CN105320014B

Abstract

本发明公开一种基于巡检自愈的FPGA空间应用抗辐射加固方法，用于FPGA及与之相连的主控端构成的FPGA空间应用系统，包括如下步骤：主控端根据通道状态信息，判断通道状态，如处于失锁状态，则转至失锁处置步骤，如处于持续锁定状态，则转至持续锁定处置步骤，如处于跳变状态，则转至跳变处置步骤；以及主控端发起指令对FPGA进行重新加载，加载完成后返回通道状态检测步骤。本发明的抗辐射加固方法，能自动解除FPGA空间应用中任何通道由于单粒子效应而出现“失锁”的现象，使基于FPGA的扩频应答机在空间辐照的影响下长时间自主无故障运行。

Description

基于巡检自愈的FPGA空间应用抗辐射加固方法

技术领域

本发明属于卫星通信硬件防护技术领域，特别是一种巡检自愈的FPGA空间应用抗辐射加固方法。

背景技术

卫星上装载的卫星硬件平台中的数传、测控、通信、信号处理等有效载荷均采用大规模FPGA(Field-ProgrammableGateArray，现场可编程门阵列)，随着器件集成度的提高，低轨卫星FPGA受空间辐照效应的影响越来越大。

例如，卫星测控是完成整星状态监测和运行控制的重要系统，必须安全可靠，力保万无一失。一般都装载USB系统作为备份，或者通过地面系统定期对应答机进行重加载，难以实现应答机的自主无故障长期稳定运行。

为提高FPGA空间辐照应用的抗辐射能力，特别是缓解单粒子效应，一种方法是卫星通过每轨出境前地面发送重加载指令。该方法需要地面频繁人为操作，容易误操作，且存在遥控模块受到单粒子效应影响从而无法响应地面指令的隐患；作为改进，另一种方法是卫星通过星上定时重加载。但该方法无法确保重加载的时刻不在测控弧段内，而当重加载时刻处于测控弧段内时，会影响正常测控任务；作为进一步改进，再一种方法是卫星在定时重加载的基础上增加遥控处于失锁的判断条件，但对于由单粒子引起的遥控指示处于长时间锁定的故障无能为力。

因此，现有技术存在的问题是：如何使基于FPGA的扩频应答机在空间辐照的影响下长时间自主无故障运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于巡检自愈的FPGA空间应用抗辐射加固方法，能自动解除FPGA空间应用中任何通道由于单粒子效应而出现“失锁”的现象，使基于FPGA的扩频应答机在空间辐照的影响下长时间自主无故障运行。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于巡检自愈的FPGA空间应用抗辐射加固方法，用于FPGA及与之相连的主控端构成的FPGA空间应用系统，包括如下步骤：

10)通道状态检测：主控端根据通道状态信息，判断通道状态，如处于失锁状态，则转至失锁处置(20)步骤，如处于持续锁定状态，则转至持续锁定处置(30)步骤，如处于跳变状态，则转至跳变处置(40)步骤；

20)失锁处置：对失锁通道进行自检，以确定该通道功能是否正常，如正常，则返回通道状态检测(10)步骤，否则，转至重新加载(50)步骤；

30)持续锁定处置：将持续锁定通道的持续锁定时间与持续锁定时间门限比较，当锁定超时后，转至重新加载(50)步骤；

40)跳变处置：对跳变通道进行跳变沿检测，当在计数检测时间内跳变次数超过计数预设值时，则判定该通道异常，转至重新加载(50)步骤，否则，返回通道状态检测(10)步骤；

50)重新加载：主控端发出指令，对FPGA进行重新加载，加载完成后返回通道状态检测(10)步骤。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

1、可以解决由单粒子引起的任何通道处于长时间锁定的故障。在不影响任务的条件下，对遥控模块进行100％防护；单机自主发现故障并恢复至正常的概率在99％以上。

2、可以保证应答机寿命期内能长时间自主无故障稳定运行。系统防护后，平均无故障时间>365天。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明基于巡检自愈的FPGA空间应用抗辐射加固方法工作原理图。

图2是本发明基于巡检自愈的FPGA空间应用抗辐射加固方法的主流程图。

图3是图2中通道状态检测步骤流程图。

图4是图2中失锁处置步骤流程图。

图5是图2中持续锁定处置步骤流程图。

图6是图2中跳变处置步骤流程图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明基于巡检自愈的FPGA空间应用抗辐射加固方法工作原理图。其原理在于用“巡检自愈”功能对系统各个模块进行监控，当发现异常则启动重加载；功能自检由主控端和FPGA配合完成。

如图2所示，本发明基于巡检自愈的FPGA空间应用抗辐射加固方法，用于FPGA及与之相连的主控端构成的FPGA空间应用系统，包括如下步骤：

主控端每隔状态检测时长t0会检查上行指定通道Ch_n的状态信息或者多个通道状态位的组合信息，判断通道是否失锁。其中，上行通道包括遥控通道，测距1，测距2以及其他等多个通道。检查时，可以检查一个通道，也可以是几个通道。

如图3所示，所述通道状态检测(10)步骤包括：

11)失锁判定：若通道状态信息中没有上行信号或者上行接收通道接收功能异常，则通道处于失锁状态；

设每个通道的状态用lock_n表示(其值可取0或1)，则判定结果用S表示，其结果可以有两种表示形式：

①S＝lock_1||lock_2||lock_3||…||lock_n

当S值为1时，表示有一个或多个通道处于“失锁”状态，

当S值为0时，表示所有通道处于“未失锁”状态。

②S＝lock_1&lock_2&lock_3&…&lock_n

当S值为0时，表示有一个或多个通道处于“失锁”状态，

当S值为1时，表示所有通道处于“未失锁”状态。

12)持续锁定判定：若通道状态信息中持续具有上行信号且上行接收通道接收功能正常，则通道处于持续锁定状态；

主控端在检查指定通道是否“失锁”的同时，还会监控指定通道的锁定时间。当指定通道持续处于锁定状态超过持续锁定时间门限t3，主控端就发起指令对FPGA进行重新加载。

13)跳变判定：若通道状态信息中上行信号断续出现，或接收通道接收功能断续异常，则通道处于跳变状态。

主控端在检查指定通道是否“失锁”的同时，还会监控指定通道是否在“锁定”与“失锁”状态来回切换，并做出处理。如果没有则返回通道状态检测。

如图4所示，所述失锁处置(20)步骤包括：

21)失锁计时：对通道失锁状态计时，得到失锁持续时间；

22)系统自检：如通道失锁持续时间超过失锁时间门限，则对该通道进行自检；

23)系统异常判定：根据自检信息，判定失锁通道功能是否正常。

如图5所示，所述持续锁定处置(30)步骤包括：

31)锁定计时：对通道锁定状态计时，得到锁定持续时间；

32)锁定超时判定：将通道锁定持续时间与锁定时间门限比较，如超过锁定时间门限，则判定锁定超时，转至重新加载(50)步骤，否则继续计时。

如图6所示，所述跳变处置(40)步骤包括：

41)跳变计数：对跳变次数计数；

42)通道异常判定：若在计数检测时间内跳变次数超过预设次数，则判定该通道异常，转至重新加载(50)步骤，否则继续计数。

50)重新加载：主控端发出指令，对FPGA进行重新加载，主控端控制FPGA进行复位。加载完成后返回通道状态检测(10)步骤。

通过上述步骤，既可以解决由单粒子引起的任何通道处于长时间锁定的故障，又可以保证应答机寿命期内能长时间自主无故障稳定运行。在不影响任务的条件下，对遥控模块进行100％防护；单机自主发现故障并恢复至正常的概率在99％以上。系统防护后，平均无故障时间>365天。

Claims

1.一种基于巡检自愈的FPGA空间应用抗辐射加固方法，用于FPGA及与之相连的主控端构成的FPGA空间应用系统，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的抗辐射加固方法，其特征在于，所述通道状态检测(10)步骤包括：

3.根据权利要求1所述的抗辐射加固方法，其特征在于，所述失锁处置(20)步骤包括：

21)失锁计时：对通道失锁状态计时，得到失锁持续时间；

4.根据权利要求1所述的抗辐射加固方法，其特征在于，所述持续锁定处置(30)步骤包括：

31)锁定计时：对通道锁定状态计时，得到锁定持续时间；

32)锁定超时判定：将通道锁定持续时间与锁定时间门限比较，如超过锁定时间门限，则判定锁定超时。

5.根据权利要求1所述的抗辐射加固方法，其特征在于，所述跳变处置(40)步骤包括：

41)跳变计数：对跳变次数计数；

42)通道异常判定：若在计数检测时间内跳变次数超过预设次数，则判定该通道异常。