一種整星單粒子軟錯(cuò)誤故障模擬系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種整星單粒子軟錯(cuò)誤故障模擬系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航天事業(yè)的發(fā)展，中國(guó)新一代北斗二號(hào)衛(wèi)星首次增加上注、星間鏈路等空間通信功能，由于衛(wèi)星所在的外空間環(huán)境中存在多種射線和粒子，會(huì)引發(fā)電路的各種不良效應(yīng)，甚至使整個(gè)電路受到損壞，且隨著電子器件的尺寸越來(lái)越小，單粒子效應(yīng)對(duì)航天環(huán)境中電子設(shè)備造成的影響也越來(lái)越嚴(yán)重。為了防止故障發(fā)生時(shí)整星各單機(jī)無(wú)法糾錯(cuò)而影響正常工作，亟需設(shè)計(jì)單粒子軟錯(cuò)誤系統(tǒng)級(jí)多層次故障注入方法來(lái)模擬故障，以驗(yàn)證整星設(shè)備的抗干擾能力，在地面測(cè)試階段及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，將損失降低到最小。
[0003]目前已有的故障模擬設(shè)備只支持單一器件的故障模擬，沒(méi)有針對(duì)多個(gè)器件的或系統(tǒng)級(jí)的故障模擬解決方案，在整星系統(tǒng)的測(cè)試評(píng)估領(lǐng)域也尚為空白，無(wú)法滿足航天行業(yè)背景需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種整星單粒子軟錯(cuò)誤故障模擬系統(tǒng)，能夠同時(shí)模擬高頻信號(hào)和低頻信號(hào)故障，該系統(tǒng)能夠自定義單粒子軟錯(cuò)誤系統(tǒng)級(jí)多層次故障并注入待測(cè)設(shè)備。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:包括主控計(jì)算機(jī)、高頻信號(hào)機(jī)箱以及被測(cè)設(shè)備。
[0006]被測(cè)設(shè)備中具備高頻接口和低頻接口。
[0007]主控計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接高頻信號(hào)機(jī)箱，并通過(guò)該高頻信號(hào)機(jī)箱進(jìn)行高頻信號(hào)故障的模擬，然后通過(guò)高頻信號(hào)機(jī)箱與被測(cè)設(shè)備的高頻接口連接，將高頻信號(hào)故障注入至被測(cè)設(shè)備中；主控計(jì)算機(jī)通過(guò)RS422接口和1553B接口連接被測(cè)設(shè)備的低頻接口，直接由主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行低頻信號(hào)故障的模擬，將低頻信號(hào)故障注入至被測(cè)設(shè)備中。
[0008]高頻信號(hào)機(jī)箱中包括數(shù)據(jù)交換單元、本地顯示控制單元、頻綜單元、導(dǎo)航信號(hào)生成單元以及信號(hào)調(diào)理單元。
[0009]數(shù)據(jù)交換單元的功能是用于實(shí)現(xiàn)主控計(jì)算機(jī)和高頻信號(hào)機(jī)箱進(jìn)行仿真數(shù)據(jù)的交換，仿真數(shù)據(jù)包括故障參數(shù)；該數(shù)據(jù)交換單元與本地顯示控制單元通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真數(shù)據(jù)通信。
[0010]本地顯示控制單元的功能是一方面從導(dǎo)航信號(hào)生成單元獲取導(dǎo)航信號(hào)生成的狀態(tài)信息、并在其界面上進(jìn)行顯示；狀態(tài)信息包括信號(hào)的調(diào)制方式、功率、故障類型和故障參數(shù)；另一方面向?qū)Ш叫盘?hào)生成單元發(fā)送控制信息，控制信息包括信號(hào)的調(diào)制方式、功率控制字、載波環(huán)累加參數(shù)、碼環(huán)累加參數(shù)、電文、故障類型、故障參數(shù)和系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)；系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)包括系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間和運(yùn)行時(shí)間。
[0011]導(dǎo)航信號(hào)生成單元中包括B1頻點(diǎn)信號(hào)生成通道電路、B2頻點(diǎn)信號(hào)生成通道電路和B3頻點(diǎn)信號(hào)生成通道電路；三個(gè)通道電路相同，分別用于生成的B1頻點(diǎn)信號(hào)、B2頻點(diǎn)信號(hào)和B3頻點(diǎn)信號(hào)，該處B1頻點(diǎn)信號(hào)、B2頻點(diǎn)信號(hào)和B3頻點(diǎn)信號(hào)為北斗的三個(gè)頻點(diǎn)的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)。
[0012]通道電路包括:軟核控制模塊、定時(shí)啟動(dòng)模塊、功率控制模塊、載波環(huán)查找表模塊、副載波/碼環(huán)模塊、碼/副載波發(fā)生器模塊、電文緩存模塊、成型濾波器模塊、以及FIR濾波器模塊。
[0013]軟核控制模塊接收控制信息、并通過(guò)內(nèi)總線發(fā)送控制信息以及接收反饋信息，反饋信息包括:載波環(huán)相位反饋信息、碼環(huán)相位反饋信息以及電文更新標(biāo)識(shí)。
[0014]定時(shí)啟動(dòng)模塊通過(guò)內(nèi)總線獲得啟動(dòng)時(shí)間，由外部中斷控制，等待外部中斷有效后，定時(shí)啟動(dòng)模塊輸出系統(tǒng)啟動(dòng)標(biāo)識(shí)以啟動(dòng)通道電路中的其他模塊。
[0015]功率控制模塊從內(nèi)總線處獲取功率控制字，并輸出1、Q兩路功率控制信號(hào)。
[0016]載波環(huán)模塊包括載波環(huán)與查找表，其中載波環(huán)從內(nèi)總線處獲取載波環(huán)累加參數(shù)，根據(jù)直接數(shù)字頻率合成器DDS原理，計(jì)算相位值，并在查找表中進(jìn)行尋址，并輸出1、Q兩路載波數(shù)據(jù)。
[0017]副載波/碼環(huán)從內(nèi)總線處獲取碼環(huán)累加參數(shù)，根據(jù)DDS原理，計(jì)算副載波/碼相位，碼相位的最高位作為碼時(shí)鐘，碼時(shí)鐘經(jīng)過(guò)分頻產(chǎn)生副載波時(shí)鐘，碼時(shí)鐘和副載波時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)碼/副載波發(fā)生器產(chǎn)生1、Q兩路的擴(kuò)頻碼和副載波碼進(jìn)行輸出。
[0018]電文緩存模塊從內(nèi)總線處獲取電文并輸出，電文包括1、Q兩路；
[0019]1、Q兩路的擴(kuò)頻碼和副載波碼分別與1、Q兩路的電文進(jìn)行異或計(jì)算之后再和除最高位以外的低位進(jìn)行拼接生成矩形串行碼流輸入至成型濾波器中。
[0020]成型濾波器對(duì)矩形串行碼流進(jìn)行預(yù)濾波，即將矩形的上升沿和下降沿變緩，再調(diào)制到經(jīng)功率調(diào)整后的載波上并輸出1、Q兩路濾波前的數(shù)字中頻信號(hào)；成型濾波器中的碼型濾波表存儲(chǔ)模擬碼型故障阻尼振蕩波形和下降沿延遲波形，用于實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻碼碼型畸變故障模擬；碼相位的除最高位以外的低位與擴(kuò)頻碼一起作為碼型濾波表的地址。
[0021]經(jīng)功率調(diào)整的載波是指將1、Q兩路功率控制字分別和1、Q兩路載波數(shù)據(jù)相乘后的結(jié)果。
[0022]將1、Q兩路濾波前的數(shù)字中頻信號(hào)相加輸入至FIR濾波器中進(jìn)行濾波并輸出最終的數(shù)字中頻信號(hào)；并通過(guò)設(shè)置FIR濾波器的參數(shù)進(jìn)行線性/非線性失真故障的模擬。
[0023]輸出的B1頻點(diǎn)信號(hào)、B2頻點(diǎn)信號(hào)和B3頻點(diǎn)信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理單元進(jìn)行濾波、功率放大和合路處理并輸出至被測(cè)設(shè)備的高頻接口。
[0024]頻綜單元接收外部輸入的10.23MHz的時(shí)鐘信號(hào)并生成1309.44MHz和10.23MHz供導(dǎo)航信號(hào)生成單元使用。
[0025]主控計(jì)算機(jī)同時(shí)通過(guò)RS422接口與被測(cè)設(shè)備中的低頻接口連接，并通過(guò)該RS422接口進(jìn)行低頻信號(hào)的故障模擬:主控計(jì)算機(jī)中具備FPGA芯片、第一故障注入器、第一故障用例庫(kù)、第二故障注入器和第二故障用例庫(kù)；主控計(jì)算機(jī)從外部獲取所需模擬的RS422接口故障類型，根據(jù)該RS422接口故障類型，讀取第一故障用例庫(kù)，將相應(yīng)RS422接口故障類型對(duì)應(yīng)的故障參數(shù)輸入至第一故障注入控制器中，進(jìn)行解析，解析成FPGA識(shí)別的數(shù)據(jù)類型，然后將故障參數(shù)發(fā)送至FPGA中，并由FPGA按照故障參數(shù)對(duì)通過(guò)RS422接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行故障處理，然后輸出至被測(cè)設(shè)備的低頻接口。
[0026]第一故障用例庫(kù)所存的各種可模擬的RS422接口故障類型的故障參數(shù)。
[0027]主控計(jì)算機(jī)從外部獲取所需模擬的1553B接口故障類型，根據(jù)該1553B接口故障類型，讀取第二故障用例庫(kù)，將相應(yīng)故障類型對(duì)應(yīng)的故障參數(shù)輸入至第二故障注入控制器中，進(jìn)行解析，解析成CPU識(shí)別的數(shù)據(jù)類型，然后將故障參數(shù)發(fā)送至CPU中，并由CPU按照故障參數(shù)對(duì)通過(guò)1553B總線接口芯片轉(zhuǎn)換為符合1553B協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，通過(guò)1553B總線輸出至被測(cè)設(shè)備的低頻接口。
[0028]第二故障用例庫(kù)存儲(chǔ)各種可模擬的1553B接口故障類型的故障參數(shù)。
[0029]進(jìn)一步地，高頻信號(hào)的故障模擬包括如下8種故障:信號(hào)中斷故障、功率異常故障、模擬擴(kuò)頻碼碼型畸變故障、信號(hào)通道時(shí)延異常故障、數(shù)據(jù)比特流錯(cuò)誤故障、偽碼/載波相位/子載波相位不一致、電文編碼錯(cuò)誤故障、線性/非線性失真故障。
[0030]信號(hào)中斷故障采用將功率控制字置為0的方式實(shí)現(xiàn)。
[0031]功率異常通過(guò)調(diào)整功率控制字的方式實(shí)現(xiàn)。
[0032]模擬擴(kuò)頻碼碼型畸變故障模擬通過(guò)在成型濾波器的碼型濾波表存儲(chǔ)模擬碼型故障阻尼振蕩波形和下降沿延遲波形來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0033]信號(hào)通道時(shí)延異常故障通過(guò)主控計(jì)算機(jī)更改系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0034]數(shù)據(jù)比特流錯(cuò)誤故障通過(guò)主控計(jì)算機(jī)添加電文誤碼后、經(jīng)電文模塊緩存、調(diào)制到偽碼上來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0035]偽碼/載波相位/子載波相位不一致故障由上位機(jī)通過(guò)重新配置載波環(huán)/碼環(huán)上的頻率、相位控制字實(shí)現(xiàn)相位改變。
[0036]電文編碼錯(cuò)誤故障由上位機(jī)生成電文時(shí)加入編碼錯(cuò)誤，經(jīng)電文模塊緩存后，調(diào)制到偽碼上。
[0037]線性/非線性失真通過(guò)設(shè)置FIR濾波器的的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0038]有益效果:
[0039]本發(fā)明用于模擬由空間射線或粒子引起的單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)所引起的系統(tǒng)故障，主要包括北斗新體制導(dǎo)航信號(hào)故障模擬及其它設(shè)備的通信故障模擬，該系統(tǒng)能夠自定義單粒子軟錯(cuò)誤系統(tǒng)級(jí)多層次故障并注入待測(cè)設(shè)備，測(cè)試整星各單機(jī)性能，對(duì)研究設(shè)計(jì)航天器系統(tǒng)級(jí)單粒子軟錯(cuò)誤故障的硬件注入方法及驗(yàn)證單粒子軟錯(cuò)誤系統(tǒng)級(jí)防護(hù)策略和改進(jìn)型號(hào)設(shè)計(jì)有重要意義。
【附圖說(shuō)明】
[0040]圖1為本發(fā)明整星單粒子軟錯(cuò)誤故障模擬系統(tǒng)總體框圖；
[0041]圖2為信號(hào)生成通道結(jié)構(gòu)圖。
[0042]圖3為同步/異步RS422接口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)故障注入原理。
[0043]圖4為同步/異步RS422接口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)