基于COTS器件的微纳卫星星载计算机故障建模和注入技术研究(3)
根据经验数据确定各种现代电子器件的辐射敏感性，并计算出了它们的最大故障率。建立了单粒子翻转(Single-Event Upset,SEU)、多粒子翻转(Multi-Event Upset,MEU)、单粒子功能中断(Single-Event Functional Interrupt,SEFI)等相应的辐射故障模型。
在创建的OBC系统模型上仿真运行了CubeSat任务常用的应用软件和算法实例，例如图像压缩算法、卡尔曼滤波算法、卫星姿态确定与控制算法等。运行结果验证了本框架模型的可行性。本研究结果表明了仿真结果可以用于进行容错算法开发与优化，例如基于可编程逻辑阵列FPGA的海明纠错码或看门狗监视器等。
1.3 毕业论文大纲
第二章主要概述了微纳卫星特别是CubeSat的任务内容与发展历程，并相应地介绍了星载计算机OBC的主要特性；第三章对CubeSat的工作条件--太空辐射环境进行了大致的描述，对各类辐射及其引发的辐射效应做了相应的分析；第四章较详细的讲述了高度抽象建模语言SystemC的发展与基本建模思想，并介绍了事务级建模TLM的核心概念与优势；第五章在上一章的基础上讲解了本研究的核心工作，包括星载计算机系统OBC与故障注入分析模型的SystemC建模工作，以及软硬件协同设计与协同仿真；第吹冰章主要对本研究的仿真结果进行总结与实例应用分析；最后一章则给出了本文的结论与反思，并对进一步的研究工作指明了方向。
2 微纳卫星与星载计算机综述
2.1 微纳卫星任务
在现代卫星分类中，微小卫星、纳卫星、皮卫星分别是指规模在10-100kg、1-10kg、0.1-1kg的卫星体。加州理工州立大学的Jordi Puig-Suari教授和斯坦福大学的Bob Twiggs教授于1999年首次提出了CubeSat的概念和标准。立方星CubeSat是指一种单元大小为10cm立方，质量不超过1.33kg，通常采用COTS器件的太空研究用微小卫星。当时包括斯坦福大学在内的几所研究机构认为采用电路尺寸规模更小的皮卫星，成本更低电能消耗更小，而且便于发射，因此有必要提出一种皮级规模的微小卫星标准便于世界其他科研机构进行相关研究和探索。[ ]
图2.1 1.5单元CubeSat示意图
自从2003年世界第一批CubeSat发射至今，全球各科研机构已成功发射了200多颗CubeSat立方体星，用途涵盖了商业、科研、军事等方面。并且随着CubeSat的开发技术与发射技术日趋成熟，世界各科研机构正积极展开对CubeSat的各项深入探索，投入也越来越大，未来将承担对地精确观测、低热大气层多点长期测量（QB50）等重大项目。
CubeSat相比较其他类型卫星和飞行器具有以下比较明显的几大优势：一、成本低是CubeSat最突出的优势。设计流程的标准化使得单颗CubeSat的开发、发射以及运行成本可以控制在10万美元左右，这相比于我国一般的太空任务而言成本要低至少90%。低成本保证了绝大部分的科研机构都可以参与到这一研究中，未来甚至私人拥有卫星也将成为现实。二、开发周期短，一般从设计到发射周期平均在1到2年，工作时间1年左右。开发周期正好与一届研究生的研学周期相当，而且技术成熟，难度与工作量适度，这也是CubeSat研究十分受世界各高校的欢迎。三、模块化和标准化程度高，保证了CubeSat的可靠性高，在轨故障比较少，搭载运载火箭十分方便，降低了开发与发射成本。现代CubeSat的发射一般采用一大n小的方式，利用大卫星周围的空隙安装CubeSat的分离机构，提高了运载火箭的利用效率，发射成功率较高。除此之外，基于模块的开发过程也便于实现功能扩展。四、对于航天研究机构的一般空间验证试验具有十分明显的优势。由于CubeSat的费用低、研制周期短可以大大降低较小的空间验证试验的成本。而CubeSat的编队飞行技术逐渐成熟以及星座卫星的兴起，未来对于大型研究项目也将发挥不可替代的作用。[ ]
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