一種智能化即插即用的飛行器電氣系統(tǒng)可重構(gòu)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種智能化即插即用的飛行器電氣系統(tǒng)可重構(gòu)方法，屬于綜合電子技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人類在科學(xué)試驗(yàn)、深空探測、商業(yè)服務(wù)及太空軍事應(yīng)用方面的航天活動日益 頻繁，航天器電子系統(tǒng)需要滿足空間運(yùn)輸、空間碎片清除、在軌服務(wù)和維修等多種任務(wù)的不 同功能需求。從總體趨勢上看，未來空間飛行器的電氣系統(tǒng)需要承擔(dān)更多的空間任務(wù)，傳統(tǒng) 的電氣系統(tǒng)通過高可靠性和高冗余保證電子系統(tǒng)正常工作，并通過增加硬件設(shè)備和軟件設(shè) 備實(shí)現(xiàn)空間飛行器任務(wù)功能。這一設(shè)計方式已經(jīng)面臨著巨大的壓力和不斷上升的成本。因 此未來在設(shè)計空間飛行器電氣系統(tǒng)時，需要跳出傳統(tǒng)設(shè)計思路，在航天領(lǐng)域，隨著智能化技 術(shù)、功能模塊規(guī)范設(shè)計、即插即用等技術(shù)取得重大突破，美國已經(jīng)在衛(wèi)星多任務(wù)設(shè)計過程中 建立了頂層即插即用設(shè)計規(guī)范，并在地面生產(chǎn)過程中研究特定功能模塊，在地面上通過設(shè) 計人員編程并改變硬件電路實(shí)現(xiàn)執(zhí)行多任務(wù)衛(wèi)星的可重構(gòu)和快速生產(chǎn)。其缺陷是每一次重 構(gòu)都需要地面人員參與，每次可重構(gòu)后都需要運(yùn)載工具發(fā)射到指定軌道執(zhí)行相應(yīng)任務(wù)，雖 然較傳統(tǒng)手段前進(jìn)了一些，但是實(shí)現(xiàn)過程仍然很復(fù)雜，且成本仍然較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種智能化即插即用的飛 行器電氣系統(tǒng)可重構(gòu)方法，滿足空間飛行器多任務(wù)輸入要求，降低飛行器執(zhí)行任務(wù)的成本。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種智能化即插即用的飛行器電氣系統(tǒng)可重構(gòu)方法， 步驟如下：
[0005] (1)設(shè)計主控模塊，將飛行器電氣系統(tǒng)各功能模塊的控制功能集成到主控模塊中， 各功能模塊以及功能模塊的備用模塊只保留執(zhí)行功能；
[0006] (2)為主控模塊、各功能模塊以及功能模塊的備用模塊設(shè)計即插即用標(biāo)準(zhǔn)接口，通 過所述即插即用標(biāo)準(zhǔn)接口將主控模塊、各種功能模塊以及功能模塊的備用模塊進(jìn)行連接， 形成飛行器可重構(gòu)電氣系統(tǒng)，進(jìn)入步驟（3);
[0007] (3)當(dāng)空間飛行器運(yùn)行到在軌指定區(qū)域時，主控模塊根據(jù)空間飛行器要執(zhí)行的任 務(wù)，利用智能化算法從可重構(gòu)電氣系統(tǒng)中選中相應(yīng)的功能模塊，并按照可重構(gòu)算法對功能 模塊進(jìn)行激活，形成執(zhí)行相應(yīng)任務(wù)的電氣系統(tǒng)，進(jìn)入步驟（4);
[0008] (4)主控模塊根據(jù)故障診斷算法對步驟（2)選中的功能模塊進(jìn)行故障檢測，當(dāng)步 驟（3)選中的功能模塊沒有故障時，進(jìn)入步驟（5);當(dāng)檢測出某個功能模塊有故障時，主控 模塊確定故障功能模塊后，鎖定功能模塊接口并對故障功能模塊進(jìn)行斷電隔離，然后激活 故障功能模塊的備用功能模塊，對步驟（3)執(zhí)行相應(yīng)任務(wù)的電氣系統(tǒng)進(jìn)行重構(gòu)，進(jìn)入步驟
[5] ；
[0009] (5)利用得到的電氣系統(tǒng)執(zhí)行相關(guān)任務(wù)操作，完成后主控模塊發(fā)出指令為參與任 務(wù)操作的功能模塊和備用功能模塊斷電，然后返回步驟（3)執(zhí)行下一任務(wù)，直到完成所有 任務(wù)為止。。
[0010] 所述智能化算法包括以下步驟：
[0011] (2. 1)主控模塊判斷空間飛行器要執(zhí)行的任務(wù)是固定任務(wù)還是臨時任務(wù)，如果要 執(zhí)行任務(wù)的任務(wù)時序和任務(wù)指令與主控模塊預(yù)先寫入的任務(wù)時序和任務(wù)指令相同，則該任 務(wù)為固定任務(wù)，進(jìn)入步驟（2. 2)，否則為臨時任務(wù)，進(jìn)入步驟（2.3);
[0012] (2. 2)主控模塊根據(jù)預(yù)先寫入的任務(wù)指令從可重構(gòu)電氣系統(tǒng)中選中需要的功能模 塊以及電源功能t旲塊；
[0013] (2. 3)主控模塊接收地面上傳的任務(wù)指令，根據(jù)接收的任務(wù)指令從可重構(gòu)電氣系 統(tǒng)中選中需要的功能模塊以及電源功能模塊；
[0014] 所述任務(wù)指令包括要執(zhí)行的功能以及需要的功能模塊。
[0015] 所述可重構(gòu)算法包括以下步驟：
[0016] (3. 1)定義選中的功能模塊即插即用接口的數(shù)據(jù)傳輸方式，所述數(shù)據(jù)傳輸方式為 SPA-U數(shù)據(jù)傳輸方式或SPA-S數(shù)據(jù)傳輸方式，所述SPA-U數(shù)據(jù)傳輸方式支持低數(shù)據(jù)傳輸率， SPA-S數(shù)據(jù)傳輸方式支持高數(shù)據(jù)傳輸率；
[0017] (3. 2)根據(jù)要執(zhí)行的任務(wù)時序表確定功能模塊的數(shù)據(jù)傳輸順序；
[0018] (3. 3)利用可編程邏輯器件對電氣系統(tǒng)硬件電路進(jìn)行控制，對未被選中的功能模 塊進(jìn)行隔離并鎖定；
[0019] (3. 4)并控制電源功能t吳塊為選中的功能t吳塊上電，實(shí)現(xiàn)對功能t吳塊的激活。
[0020] 所述故障診斷算法包括以下步驟：
[0021] (4. 1)在所重構(gòu)的電氣系統(tǒng)中，主控模塊通過即插即用標(biāo)準(zhǔn)接口接收各功能模塊 輸出的數(shù)據(jù)；
[0022] (4. 2)應(yīng)用3層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實(shí)時計算第i個功能模塊的輸出數(shù)據(jù)與預(yù)先寫入 的該功能模塊的故障征兆集合X的聚類中心長度d，所述3層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的1層為隱 層，輸入層單元數(shù)N in和輸出層單元數(shù)N _根據(jù)情況給定，隱層單元數(shù)為8 ;i為自然數(shù)，i = 1,2,……，所重構(gòu)電氣系統(tǒng)中功能模塊個數(shù)；
[0023] (4. 3)將聚類中心長度d與預(yù)先寫入的第i個功能模塊的故障原因集合Y進(jìn)行匹 配，在馬爾科夫判斷算法的約束條件下采用高斯模糊算法實(shí)時計算出相似度，在預(yù)先設(shè)定 的時間范圍內(nèi)，如果相似度大于0. 3,認(rèn)為第i個功能模塊出現(xiàn)故障，否則，認(rèn)為第i個功能 豐吳塊沒有故障；
[0024] (4. 4)在不同i的取值下，重復(fù)執(zhí)行步驟（4. 2) - (4. 3)，完成所重構(gòu)的電氣系統(tǒng)中 各個功能模塊的故障檢測。
[0025] 所述馬爾科夫判斷算法是指故障是獨(dú)立的、無后效性的事件。
[0026] 所述即插即用標(biāo)準(zhǔn)接口是能夠通過電纜連接的標(biāo)準(zhǔn)USB接口，即插即用接口通過 電流信號和頻率傳遞信息，主控模塊通過即插即用接口變換電流信號和電流頻率來控制各 個功能模塊動作。
[0027] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：
[0028] (1)本發(fā)明給出了空間飛行器在多任務(wù)要求條件下電氣系統(tǒng)完成各種不同任務(wù)的 實(shí)現(xiàn)方法。該方法打破了傳統(tǒng)分系統(tǒng)分工，將各系統(tǒng)的控制功能集成到一個主控模塊上，通 過智能化算法和即插即用功能，實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的可重構(gòu)，從而滿足未來空間飛行器在軌工 作的多任務(wù)要求，降低了飛行器執(zhí)行任務(wù)的成本，有利于促進(jìn)我國航天電子技術(shù)的持續(xù)發(fā) 展。
[0029] (2)本發(fā)明采用可重構(gòu)算法實(shí)現(xiàn)針對特定任務(wù)的系統(tǒng)重構(gòu)。通過可編程邏輯器件 從硬件層次改變電路結(jié)構(gòu)，對不參與工作的功能模塊進(jìn)行隔離并鎖定，從而防止不參與工 作的功能模塊誤響應(yīng)，影響電氣系統(tǒng)在空間中的任務(wù)執(zhí)行，在通過重構(gòu)滿足在軌多任務(wù)要 求的同時，確保了可重構(gòu)電氣系統(tǒng)工作的可靠性。
[0030] (3)本發(fā)明通過設(shè)計即插即用標(biāo)準(zhǔn)接口規(guī)范電氣系統(tǒng)各個功能模塊和主控模塊的 接口。如果采用傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)接口，則在實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)電氣系統(tǒng)時，各類接口之間頻繁存在 數(shù)據(jù)傳輸方式的不斷轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)設(shè)計龐大且容易出錯，本發(fā)明避免了傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)不同類 型接口之間傳輸方式的轉(zhuǎn)換，簡化了設(shè)計，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的差錯率降到最低，提高了可重構(gòu)電 氣系統(tǒng)工作的準(zhǔn)確性和可靠性，降低了執(zhí)行空間任務(wù)的成本。
[0031] (4)本發(fā)明在電氣系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)前采集電氣系統(tǒng)各功能模塊狀態(tài)信息，利用故障 診斷算法對系統(tǒng)的功能模塊進(jìn)行監(jiān)測和診斷，發(fā)現(xiàn)故障模塊并定位，然后鎖定故障模塊接 口并斷電隔離，能夠自動檢查功能模塊并隔離，提高了飛行器可重構(gòu)電氣系統(tǒng)工作的可靠 性，確保了電氣系統(tǒng)任務(wù)的準(zhǔn)確執(zhí)行。
【附圖說明】
[0032] 圖1為智能化即插即用的可重構(gòu)電氣系統(tǒng)工作流程圖；
[0033] 圖2為智能化即插即用的可重構(gòu)電氣系統(tǒng)方案設(shè)計圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0035] 隨著人類在科學(xué)試驗(yàn)、深空探測、商業(yè)服務(wù)及太空軍事應(yīng)用方面的航天活動日益 頻繁，航天器電子系統(tǒng)需要滿足空間運(yùn)輸、空間碎片清除、在軌服務(wù)和維修等多種任務(wù)的不 同功能需求。傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)已