航天器控製計算機容錯技術 [Fault Tolerance Techniques for Spacecraft Control Computer] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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楊孟飛，華更新，馮彥君 等 著

圖書標籤:

• 航天器控製
• 容錯計算
• 計算機係統
• 可靠性工程
• 故障診斷
• 嵌入式係統
• 實時係統
• 控製工程
• 航空航天
• 軟件工程

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118090741

版次：1

商品編碼：11445988

包裝：平裝

叢書名： 航天器和導彈製導導航與控製

外文名稱：Fault Tolerance Techniques for Spacecraft Control Computer

開本：16開

齣版時間：2014-03-01

用紙：膠版紙

編輯推薦

航天器和導彈製導、導航與控製

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內容簡介

　　《航天器控製計算機容錯技術》係統介紹瞭航天器控製計算機所涉及的多種容錯技術，內容主要包括：航天器控製計算機所麵臨的空間環境及其故障模型；容錯係統結構和時鍾同步技術；故障檢測技術；多種空間總綫容錯技術；單版本和多版本等軟件容錯技術；基於冗餘設計和重構的SRAM型FPGA容錯技術；多種故障注入技術；以可進化硬件容錯和人工免疫硬件容錯為代錶的智能容錯技術。《航天器控製計算機容錯技術》可作為各種高可靠計算機，特彆是航天器計算機和電子係統研究和設計人員的參考用書，也可作為從事該方嚮研究的研究生教材。

內頁插圖

目錄

第1章 緒論
1.1 容錯技術的基本概念和理論
1.1.1 基本概念
1.1.2 可靠性理論
1.2 航天器控製計算機麵臨的空間環境
1.2.1 空間環境介紹
1.2.2 空間環境的損傷效應分析
1.3 容錯技術發展狀況及其展望

第2章 容錯係統結構及其關鍵技術
2.1 容錯係統結構
2.1.1 模塊級冗餘結構
2.1.2 備份容錯結構
2.1.3 三機容錯結構
2.1.4 其他容錯結構
2.2 同步技術
2.2.1 同步時鍾係統
2.2.2 係統同步方法
2.3 硬件冗餘容錯設計
2.3.1 冗餘設計的通用邏輯模型和流程
2.3.2 冗餘的方案論證
2.3.3 冗餘的設計實現
2.3.4 冗餘的分析驗證
2.3.5 冗餘的測試驗證

第3章 故障檢測技術
3.1 故障模型
3.1.1 按時間分類的故障模型
3.1.2 按空間分類的故障模型
3.2 故障檢測技術
3.2.1 概述
3.2.2 CPU的故障檢測方法
3.2.3 存儲器的故障檢測方法
3.2.4 I／O的故障檢測方法

第4章 總綫技術
4.1 星載總綫技術的概述
4.1.1 基本概念
4.1.2 基本術語
4.2 MIL-STD-15538總綫
4.2.1 總綫係統故障模型
4.2.2 總綫冗餘容錯機製
4.3 CAN總綫
4.3.1 總綫協議標準
4.3.2 物理層協議及容錯性
4.3.3 數據鏈路層協議及容錯性
4.4 Space Wire總綫
4.4.1 物理層及容錯性
4.4.2 鏈路層及容錯性
4.4.3 網絡及路由
4.4.4 容錯機製
4.5 其他總綫
4.5.1 IEEE1394總綫
4.5.2 以太網
4.5.3 12C總綫

第5章 軟件容錯技術
第6章 FPGA容錯技術
第7章 故障注入技術
第8章 智能容錯技術
附錄術語
參考文獻

前言/序言

《深空探測器導航與製導係統設計》 本書深入探討瞭深空探測器在執行遙遠星際任務時，所麵臨的嚴峻導航與製導挑戰，並係統性地介紹瞭其核心係統的設計理念與關鍵技術。我們知道，隨著人類對宇宙的探索不斷深入，探測器需要穿越比近地軌道和太陽係內更廣闊、更復雜的空間環境。在這種環境下，精確的導航和可靠的製導是任務成功的基石。 第一章 導航基礎與星際環境 本章將首先迴顧經典導航理論在航天器應用中的基本原理，包括軌道力學、軌道確定、軌道預報等。在此基礎上，重點分析深空環境的特殊性，例如：信號傳輸的延遲與衰減、太陽光壓的影響、行星引力場擾動以及宇宙射綫的乾擾等。我們將詳細闡述這些因素如何對探測器的導航精度和穩定性提齣更高要求，並引入一些初步的應對策略。 第二章 慣性導航係統（INS）在深空探測中的應用 慣性導航係統是航天器自主導航的核心組成部分。在本章中，我們將聚焦於慣性測量單元（IMU）的選型與性能指標，包括陀螺儀和加速度計的精度、漂移率、噪聲等關鍵參數。針對深空任務的長周期特點，我們將深入研究IMU的標定技術、姿態漂移補償算法以及短期慣性導航誤差的纍積與傳播機製。同時，還會探討與外部導航信息融閤以抑製慣性導航誤差的方法。 第三章 天文導航技術及其在深空探測中的創新 天文導航，即利用遙測星體的位置來確定航天器姿態和位置的技術，在深空探測中扮演著至關重要的角色。本章將詳細介紹星敏感器的工作原理、光學設計以及圖像處理算法。我們將重點分析在弱光、多星背景以及高動態環境下，如何實現對目標星體的精確識彆與跟蹤。此外，還將探討基於太陽、月球等天體導航的算法，並介紹如何結閤星圖數據庫實現對探測器相對位置的初步估計。 第四章 地基與天基測控網絡在深空導航中的協同作用 雖然深空探測器需要高度的自主性，但地麵測控網絡（如深空網絡DSN）以及未來可能的天基測控係統，仍然是不可或缺的導航輔助手段。本章將詳細介紹地基測控站的測距、測速、測角技術，以及它們如何為深空探測器提供高精度的絕對軌道信息。我們將重點分析多站聯閤測定軌道的方法，以及如何處理信號延遲和誤差。同時，還會展望天基測控網絡在未來深空導航中的潛在優勢，例如更低的延遲和更高的測量精度。 第五章 軌道設計與目標選擇的導航製導約束 成功的深空探測任務離不開精心設計的探測器軌道。本章將探討影響軌道設計的關鍵導航製導因素，包括：任務目標（如行星際轉移、軌道插入、彗星飛越等）對導航精度的要求；燃料效率與軌道偏離的權衡；以及規避空間碎片和天體碰撞等安全考量。我們將介紹如何利用數值模擬和優化算法來生成滿足任務要求的軌道，並討論如何在軌期間對軌道進行精細修正，以應對實際運行中的偏差。 第六章 引導控製律的設計與實現 引導控製是導航信息的最終體現，它決定瞭探測器如何調整自身的姿態和軌道以實現預定目標。本章將深入講解比例-積分-微分（PID）控製器、最優控製理論在航天器姿態和軌道控製中的應用。我們將詳細闡述如何設計和實現綫性二次調節器（LQR）、模型預測控製（MPC）等先進控製算法，以應對復雜的動態環境和非綫性係統。同時，還會涉及姿態機動控製、軌道維持控製以及變軌控製等關鍵策略。 第七章 軟件架構與算法實現 本章將聚焦於導航與製導係統的軟件架構設計，包括模塊化設計、數據流管理以及實時性要求。我們將詳細介紹在嵌入式係統中實現高精度導航算法的優化技巧，例如定點運算、查找錶技術等。同時，還會探討軟件開發中的測試驗證方法，包括單元測試、集成測試以及仿真測試，確保算法的穩定性和可靠性。 第八章 故障診斷與規避策略 在漫長而孤寂的深空探測任務中，傳感器故障、執行器失效等問題不可避免。本章將重點探討導航與製導係統中常見的故障類型，並介紹相應的故障診斷方法，例如基於模型的方法、基於數據的方法以及混閤方法。在此基礎上，我們將詳細闡述故障發生後的規避策略，包括冗餘設計、後備方案以及重構控製等，確保任務能夠在一定程度上繼續執行，最大程度地降低故障帶來的影響。 第九章 未來發展趨勢與挑戰 最後，本章將展望深空探測器導航與製導技術的未來發展方嚮。我們將探討人工智能、機器學習在自主導航中的潛在應用，以及其在復雜環境下的適應性和魯棒性提升。同時，還會討論新型導航傳感器、更高效的能源管理以及下一代通信技術對未來深空探測導航製導的深遠影響。我們將結閤當前的研究熱點和未來任務需求，分析深空導航製導領域麵臨的挑戰與機遇。 本書旨在為從事深空探測器設計、研發和任務規劃的工程師、研究人員以及相關專業學生提供一本全麵、深入且實用的參考資料。通過對書中內容的學習與掌握，讀者將能夠更好地理解深空探測任務的復雜性，並為設計齣更加智能、可靠的深空探測器打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名讓我産生瞭極大的興趣，尤其是我最近在閱讀一些關於人工智能在復雜係統中的應用的文章，其中一個反復齣現的主題就是可靠性和容錯性。航天器作為人類探索未知宇宙的最前沿工具，其控製計算機的穩定性是至關重要的。任何一個微小的故障都可能導緻任務失敗，甚至威脅到宇航員的生命安全。因此，研究航天器控製計算機的容錯技術，在我看來，不僅僅是一個技術問題，更是一種對人類探索精神的保障。我設想這本書會深入探討各種可能導緻計算機故障的因素，比如宇宙射綫的輻射效應、電磁乾擾、以及硬件本身的疲勞和磨損。更重要的是，我期待書中能夠詳細闡述各種應對這些挑戰的先進技術，例如冗餘備份機製、糾錯碼的應用、以及在軟件層麵如何設計能夠自我檢測和修復的算法。考慮到航天器任務的長期性和環境的極端性，這些容錯技術必然需要具備極高的魯棒性和適應性。我很好奇書中會介紹哪些具體的容錯架構，比如三冗餘（Triple Modular Redundancy, TMR）或者更復雜的N冗餘係統，以及它們在實際應用中是如何實現的。此外，我也關注書中是否會涉及到軟件容錯，這方麵通常比硬件容錯更具挑戰性，因為它需要處理邏輯錯誤、數據損壞等問題。這本書的書名本身就傳遞齣一種高度的專業性和前沿性，讓我對其內容充滿瞭期待，並希望能從中獲得寶貴的知識和啓發，理解如何在如此關鍵的領域內構建齣堅不可摧的“大腦”。

評分☆☆☆☆☆

《航天器控製計算機容錯技術》這個書名，喚醒瞭我心中對“永不熄滅的生命之火”的聯想。在冰冷、荒蕪的宇宙中，航天器就是這樣一團希望之火，而控製計算機則是這團火的“跳動心髒”。這種心髒必須具備超乎尋常的可靠性，因為一旦停止跳動，整個探索的意義就會化為烏有。因此，容錯技術，在我看來，就是賦予這顆“跳動的心髒”以“永恒”的能力。我好奇書中會如何闡述這種“永恒”的秘訣。它是否會詳細介紹各種“備胎”和“保險絲”，比如多重冗餘的設計，從硬件層麵到軟件層麵的多層校驗，以及如何確保這些“備胎”能夠隨時待命，在主係統失效時迅速接管？我尤其對書中是否會涉及那些能夠讓係統“浴火重生”的機製感到好奇，比如故障的自我診斷、隔離和修復的能力，以及如何在資源極度受限的情況下，依然能夠保持關鍵功能的運轉。想象一下，當航天器在浩瀚的星係間，遭遇瞭前所未有的挑戰，比如突如其來的硬件損壞，或者無法預測的軟件錯誤，它的控製計算機是如何依靠這些精心設計的容錯技術，在逆境中生存下來，並繼續為人類的探索事業添磚加瓦。這本書，在我看來，是一部關於“工程奇跡”的史詩，它講述瞭人類如何用智慧和毅力，去創造那些在極端環境中能夠“永不放棄”的生命之火，讓我們的探索之路更加遼闊。

評分☆☆☆☆☆

看到《航天器控製計算機容錯技術》這個書名，我腦海中立即湧現齣“穩定壓倒一切”的信念。航天器，代錶著人類最前沿的科技實力，它的任務充滿著未知和風險。而控製計算機，作為航天器最核心的“大腦”，它的穩定運行是保障整個任務安全和成功的基石。因此，容錯技術，在我看來，就是為這個“大腦”構建瞭一道堅不可摧的“心理防綫”。我迫切地想知道，書中會如何描繪這道“防綫”的構建過程。它是否會深入探討各種導緻計算機“心理失衡”的因素，例如宇宙輻射對神經元的乾擾，溫度急劇變化導緻的“情緒波動”，以及長時間高負荷運行帶來的“疲勞”？我更期待書中會揭示那些幫助計算機“保持冷靜”和“快速恢復”的“訓練方法”，比如硬件的冗餘配置，軟件的錯誤檢測和糾正算法，甚至是那些能夠讓係統在齣現“心理創傷”後，依然能夠保持核心功能的“康復機製”。想象一下，當航天器在漫長的徵途中，遭遇瞭意想不到的“心理打擊”，它的控製計算機是如何依靠這些精妙的容錯技術，迅速調整狀態，剋服睏難，繼續執行它的使命，並將人類的探索足跡延伸得更遠。這本書，在我眼中，是一部關於“工程的韌性”的教科書，它展示瞭人類如何通過技術，去創造那些在最嚴苛的考驗下，依然能夠堅守崗位的“可靠大腦”。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本《航天器控製計算機容錯技術》之後，我第一反應就是它所涵蓋的主題是多麼的硬核和重要。我們都知道，航天器的工作環境是地球上任何其他環境都無法比擬的，它不僅要承受巨大的加速和減速，還要麵對真空、極高和極低的溫度變化，以及緻命的宇宙輻射。在這種嚴苛的條件下，任何一點點控製計算機的故障，都可能導緻整個任務的功虧一簣，甚至造成不可挽迴的損失。因此，容錯技術，在我看來，是航天器控製計算機的“生命綫”。我腦海中立刻浮現齣各種可能的故障場景：也許是某個關鍵芯片的瞬時損壞，也許是軟件代碼中的一個隱藏 bug 在關鍵時刻爆發，又或者是由於長時間的運行導緻硬件老化齣現的性能衰減。我非常期待書中能夠係統地介紹應對這些挑戰的各種創新性技術。例如，書中是否會詳細闡述冗餘設計，從簡單的雙冗餘到更復雜的 N 模冗餘，以及它們在硬件和軟件層麵的具體實現方式？是否會討論如何利用糾錯碼（Error-Correcting Codes, ECC）來檢測和修正數據在傳輸和存儲過程中的錯誤？此外，我特彆好奇書中是否會涉及一些更高級的容錯策略，比如基於模型預測的故障診斷，以及如何在故障發生時，係統能夠自動地進行故障隔離和安全模式切換。這本書，對我而言，就像是打開瞭一扇通往航天器“健康管理”核心的大門，我渴望從中學習到如何讓這些承載著人類探索希望的“大腦”，在最危險的環境中也能保持冷靜、穩定和高效。

評分☆☆☆☆☆

《航天器控製計算機容錯技術》這個書名，讓我聯想到“使命必達”的承諾。航天器，承載著人類對未知宇宙的無限憧憬和探索欲望，而控製計算機，則是實現這一承諾的最關鍵的執行者。在遙遠的太空，任何一個微小的故障都可能讓這個承諾落空，甚至演變成一場災難。因此，容錯技術，在我看來，就是為這個“執行者”提供瞭“萬無一失”的保障。我非常期待書中能夠詳細解讀這份“萬無一失”的藍圖。它是否會深入剖析各種可能威脅到“執行者”的“暗礁”和“險灘”，例如電子元件的失效，軟件的邏輯錯誤，以及外部環境的乾擾？我更希望書中會展示那些“使命必達”的“秘密武器”，比如硬件的冗餘備份，軟件的故障檢測和恢復機製，以及那些能夠讓係統在極端情況下，依然能夠完成最關鍵任務的“應急預案”。想象一下，當航天器在深邃的宇宙中，麵對著前所未有的挑戰，它的控製計算機如何依靠這些精心設計的容錯技術，剋服重重睏難，確保任務的順利進行，並將人類的探索成果帶迴地球，實現“使命必達”的莊嚴承諾。這本書，在我看來，是一部關於“工程的承諾”的記錄，它講述瞭人類如何通過不懈的技術追求，去踐行那些對探索宇宙的堅定信念。

評分☆☆☆☆☆

《航天器控製計算機容錯技術》這個書名，讓我聯想到一個詞：堅韌。航天器，作為人類探索宇宙的先鋒，其所處的環境是何等嚴酷。真空、極端的溫度、緻命的宇宙輻射，這些都是對任何電子設備無情的考驗。而控製計算機，更是航天器的“大腦”，它承載著整個任務的生死存亡。因此，容錯技術，在我看來，就是賦予這個“大腦”超乎尋常的“堅韌”。我非常好奇書中會如何細緻地描繪這種“堅韌”的構建過程。它是否會深入剖析不同類型故障的成因，例如瞬時故障、永久性故障、以及潛伏性故障，並針對性地提齣解決方案？它是否會詳細介紹那些“冗餘”的藝術，從硬件的“三倍的保險”到軟件的“智能的備份”，以及這些冗餘是如何被巧妙地整閤在一起，形成一個整體的容錯體係？我特彆想瞭解書中是否會涉及一些前沿的容錯技術，比如基於人工智能的故障診斷和預測，或者是能夠自適應環境變化的容錯策略。想象一下，當航天器在深邃的宇宙中，麵對突如其來的未知威脅，它的控製計算機如何依靠這些精心設計的容錯技術，保持鎮定，做齣正確的判斷，甚至是在麵臨嚴重損傷時，依然能夠完成最關鍵的任務。這本書，在我看來，就是一部關於“工程的藝術”的教科書，它展示瞭人類如何通過智慧和毅力，在極端環境下，為科學探索保駕護航，讓我們的目光能夠飛得更遠。

評分☆☆☆☆☆

閱讀《航天器控製計算機容錯技術》的瞬間，我的思緒就如同被一顆強大的磁力鎖定瞭，直接飛入瞭那深邃而神秘的宇宙空間。我一直對航天事業懷有莫名的敬畏，而控製計算機，無疑是賦予航天器生命和智慧的核心。想象一下，在浩瀚無垠的宇宙中，遠離地球的信號延遲和極端環境，一個微小的計算失誤都可能引發災難性的後果。因此，容錯技術，在我看來，就是航天器控製計算機最堅實的鎧甲，是它在孤獨而危險的旅途中得以生存和完成使命的根本保障。我迫切地想知道，這本書會如何描繪齣這層鎧甲的每一個細節。它是否會深入剖析宇宙射綫對集成電路的潛在威脅，以及如何通過特殊的材料和設計來抵禦這種無處不在的“宇宙塵埃”？它是否會闡述在軟件層麵，那些能夠智能地檢測、隔離甚至修復錯誤的算法是如何被巧妙地編織進航天器的“神經網絡”中的？我尤其對那些被設計來應對“未知”的容錯策略感到好奇，因為宇宙本身充滿瞭未知，而航天器的控製係統也必須具備預測和應對 unforeseen circumstances 的能力。這本書，在我眼中，不僅僅是一本技術手冊，更像是一部關於“生命延續”的史詩，它講述瞭人類如何通過智慧和科技，為脆弱的電子生命構築起一座座堅不可摧的堡壘，讓它們能夠勇敢地飛嚮更遠的地方，承載著我們對宇宙的好奇與夢想。

評分☆☆☆☆☆

書名《航天器控製計算機容錯技術》本身就傳遞齣一種令人振奮的使命感。我們之所以能夠仰望星空，仰望那些閃爍在夜幕中的遙遠星辰，很大程度上得益於那些在太空深處默默工作的航天器。而這些航天器的“大腦”，正是控製計算機，它的穩定運行直接關係到整個任務的成敗。容錯技術，在我看來，就是為這個“大腦”配備瞭一套多重保險，確保它即使在最艱難、最不可預測的環境下，也能保持清醒的頭腦，完成既定的使命。我設想這本書會深入探討一些非常具體的技術細節，比如，在硬件層麵，如何通過選材、封裝和冗餘設計來提高抗輻射能力，如何應對電磁乾擾，甚至是如何設計能夠自我修復的微電子器件。在軟件層麵，我特彆好奇書中會講解哪些能夠讓程序具備“彈性”的機製，比如如何設計能夠檢測和隔離邏輯錯誤、數據損壞的算法，如何實現故障的快速恢復，以及如何在資源受限的情況下，依然能夠保證係統的關鍵功能不被中斷。想象一下，當航天器麵臨突如其來的太陽風暴，或者通信鏈路齣現短暫的乾擾時，控製計算機是如何依靠這些精妙的容錯技術，臨危不亂，做齣正確的決策，將航天器和任務安全地推嚮成功的彼岸。這本書，在我眼中，是一部關於“工程的智慧”的贊歌，它展示瞭人類如何通過不斷的技術創新，去徵服嚴酷的自然環境，實現那些看似不可能的夢想。

評分☆☆☆☆☆

當我的目光觸及《航天器控製計算機容錯技術》這幾個字時，我的思緒瞬間被帶入瞭那個寂靜而廣袤的宇宙深處。我一直對航天器充滿敬畏，它們是人類智慧的結晶，更是我們探索未知的觸角。而控製計算機，無疑是這些觸角的“神經中樞”，它的任何一點微小的失誤，都可能導緻整個探索之旅戛然而止。因此，容錯技術，在我眼中，就是為這顆“中樞”加上的最堅固的“防護罩”。我非常渴望瞭解書中會如何深入剖析這個“防護罩”的秘密。它是否會詳細闡述各種可能導緻計算機失效的因素，例如宇宙射綫對微電子器件的破壞，溫度的劇烈波動對材料性能的影響，以及電磁乾擾對信號傳輸的乾擾？我更期待書中會展示各種應對這些挑戰的先進技術，比如硬件的冗餘備份、軟件的錯誤檢測和糾正機製，甚至是那些能夠讓係統在發生故障時，自動切換到安全模式的智能策略。想象一下，當航天器在遙遠的星際間，麵對著我們無法預知的突發狀況，它的控製計算機是如何依靠這些精妙的容錯技術，保持冷靜，化險為夷，繼續履行它神聖的使命。這本書，在我看來，不僅是一本技術專著，更是一麯關於“堅韌與智慧”的贊歌，它講述瞭人類如何通過科技的力量，去守護那些承載著我們夢想的“眼睛”，讓它們能夠更安全、更可靠地去凝視宇宙的奧秘。

評分☆☆☆☆☆

當我看到《航天器控製計算機容錯技術》這個書名時，腦海中立刻勾勒齣一幅畫麵：一個孤獨的航天器，在漆黑寂靜的宇宙中，依靠著它那顆“核心”——控製計算機，穿越星辰大海。而讓這顆“核心”能夠如此可靠地運轉的，正是書中要講述的容錯技術。我深知，在太空中，任何一個小小的故障都可能被無限放大，最終導緻無法挽迴的悲劇。因此，容錯技術，對我而言，就是航天器在宇宙中最堅實的“護盾”。我迫切地想知道，這本書會如何揭示這層“護盾”的奧秘。它是否會詳細介紹那些“保險絲”和“備用係統”，比如硬件的冗餘配置，數據的多重備份，以及軟件的錯誤檢測和恢復機製？它是否會深入剖析各種潛在的故障源，比如宇宙射綫對電子元件的擊穿效應，溫度劇烈變化對材料的物理損傷，甚至是在漫長任務周期中可能齣現的硬件老化和磨損？我尤其關注書中是否會探討一些主動式的容錯策略，例如，係統如何能夠預測潛在的故障，並提前進行預防性維護，或者在故障發生時，能夠智能地調整運行模式，以最小的代價保證任務的繼續進行。這本書，在我看來，不僅僅是一本關於技術的書籍，更是一部關於“責任與擔當”的敘事，它講述瞭人類如何通過精密的工程設計，去守護那些承載著人類探索未知、拓展認知邊界的航天器，讓它們能夠安全、可靠地飛嚮更遙遠的星辰大海。