一种整星单粒子软错误故障模拟系统技术方案

本发明专利技术公开了一种整星单粒子软错误故障模拟系统，包括主控计算机、高频信号机箱以及被测设备；被测设备中具备高频接口和低频接口；主控计算机通过网络连接所述高频信号机箱，并通过该高频信号机箱进行高频信号故障的模拟，然后通过高频信号机箱与被测设备的高频接口连接，将高频信号故障注入至被测设备中；主控计算机通过RS422接口和1553B接口连接被测设备的低频接口，直接由主控计算机进行低频信号故障的模拟，将低频信号故障注入至被测设备中；其中高频信号机箱中包括数据交换单元、本地显示控制单元、频综单元、导航信号生成单元以及信号调理单元。该系统能够同时模拟高频信号和低频信号故障并将故障注入待测设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于卫星导航
，涉及一种整星单粒子软错误故障模拟系统。
技术介绍
随着航天事业的发展，中国新一代北斗二号卫星首次增加上注、星间链路等空间通信功能，由于卫星所在的外空间环境中存在多种射线和粒子，会引发电路的各种不良效应，甚至使整个电路受到损坏，且随着电子器件的尺寸越来越小，单粒子效应对航天环境中电子设备造成的影响也越来越严重。为了防止故障发生时整星各单机无法纠错而影响正常工作，亟需设计单粒子软错误系统级多层次故障注入方法来模拟故障，以验证整星设备的抗干扰能力，在地面测试阶段及时发现问题，解决问题，将损失降低到最小。目前已有的故障模拟设备只支持单一器件的故障模拟，没有针对多个器件的或系统级的故障模拟解决方案，在整星系统的测试评估领域也尚为空白，无法满足航天行业背景需要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种整星单粒子软错误故障模拟系统，能够同时模拟高频信号和低频信号故障，该系统能够自定义单粒子软错误系统级多层次故障并注入待测设备。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为:包括主控计算机、高频信号机箱以及被测设备。被测设备中具备高频接口和低频接口。主控计算机通过网络连接高频信号机箱，并通过该高频信号机箱进行高频信号故障的模拟，然后通过高频信号机箱与被测设备的高频接口连接，将高频信号故障注入至被测设备中；主控计算机通过RS422接口和1553B接口连接被测设备的低频接口，直接由主控计算机进行低频信号故障的模拟，将低频信号故障注入至被测设备中。高频信号机箱中包括数据交换单元、本地显示控制单元、频综单元、导航信号生成单元以及信号调理单元。数据交换单元的功能是用于实现主控计算机和高频信号机箱进行仿真数据的交换，仿真数据包括故障参数；该数据交换单元与本地显示控制单元通过网络进行仿真数据通信。本地显示控制单元的功能是一方面从导航信号生成单元获取导航信号生成的状态信息、并在其界面上进行显示；状态信息包括信号的调制方式、功率、故障类型和故障参数；另一方面向导航信号生成单元发送控制信息，控制信息包括信号的调制方式、功率控制字、载波环累加参数、码环累加参数、电文、故障类型、故障参数和系统运行参数；系统运行参数包括系统启动时间和运行时间。导航信号生成单元中包括B1频点信号生成通道电路、B2频点信号生成通道电路和B3频点信号生成通道电路；三个通道电路相同，分别用于生成的B1频点信号、B2频点信号和B3频点信号，该处B1频点信号、B2频点信号和B3频点信号为北斗的三个频点的卫星导航信号。通道电路包括:软核控制模块、定时启动模块、功率控制模块、载波环查找表模块、副载波/码环模块、码/副载波发生器模块、电文缓存模块、成型滤波器模块、以及FIR滤波器模块。软核控制模块接收控制信息、并通过内总线发送控制信息以及接收反馈信息，反馈信息包括:载波环相位反馈信息、码环相位反馈信息以及电文更新标识。定时启动模块通过内总线获得启动时间，由外部中断控制，等待外部中断有效后，定时启动模块输出系统启动标识以启动通道电路中的其他模块。功率控制模块从内总线处获取功率控制字，并输出1、Q两路功率控制信号。载波环模块包括载波环与查找表，其中载波环从内总线处获取载波环累加参数，根据直接数字频率合成器DDS原理，计算相位值，并在查找表中进行寻址，并输出1、Q两路载波数据。副载波/码环从内总线处获取码环累加参数，根据DDS原理，计算副载波/码相位，码相位的最高位作为码时钟，码时钟经过分频产生副载波时钟，码时钟和副载波时钟驱动码/副载波发生器产生1、Q两路的扩频码和副载波码进行输出。电文缓存模块从内总线处获取电文并输出，电文包括1、Q两路；1、Q两路的扩频码和副载波码分别与1、Q两路的电文进行异或计算之后再和除最高位以外的低位进行拼接生成矩形串行码流输入至成型滤波器中。成型滤波器对矩形串行码流进行预滤波，即将矩形的上升沿和下降沿变缓，再调制到经功率调整后的载波上并输出1、Q两路滤波前的数字中频信号；成型滤波器中的码型滤波表存储模拟码型故障阻尼振荡波形和下降沿延迟波形，用于实现扩频码码型畸变故障模拟；码相位的除最高位以外的低位与扩频码一起作为码型滤波表的地址。经功率调整的载波是指将1、Q两路功率控制字分别和1、Q两路载波数据相乘后的结果。将1、Q两路滤波前的数字中频信号相加输入至FIR滤波器中进行滤波并输出最终的数字中频信号；并通过设置FIR滤波器的参数进行线性/非线性失真故障的模拟。输出的B1频点信号、B2频点信号和B3频点信号经信号调理单元进行滤波、功率放大和合路处理并输出至被测设备的高频接口。频综单元接收外部输入的10.23MHz的时钟信号并生成1309.44MHz和10.23MHz供导航信号生成单元使用。主控计算机同时通过RS422接口与被测设备中的低频接口连接，并通过该RS422接口进行低频信号的故障模拟:主控计算机中具备FPGA芯片、第一故障注入器、第一故障用例库、第二故障注入器和第二故障用例库；主控计算机从外部获取所需模拟的RS422接口故障类型，根据该RS422接口故障类型，读取第一故障用例库，将相应RS422接口故障类型对应的故障参数输入至第一故障注入控制器中，进行解析，解析成FPGA识别的数据类型，然后将故障参数发送至FPGA中，并由FPGA按照故障参数对通过RS422接收到的数据进行故障处理，然后输出至被测设备的低频接口。第一故障用例库所存的各种可模拟的RS422接口故障类型的故障参数。主控计算机从外部获取所需模拟的1553B接口故障类型，根据该1553B接口故障类型，读取第二故障用例库，将相应故障类型对应的故障参数输入至第二故障注入控制器中，进行解析，解析成CPU识别的数据类型，然后将故障参数发送至CPU中，并由CPU按照故障参数对通过1553B总线接口芯片转换为符合1553B协议标准的数据，通过1553B总线输出至被测设备的低频接口。第二故障用例库存储各种可模拟的1553B接口故障类型的故障参数。进一步地，高频信号的故障模拟包括如下8种故障:信号中断故障、功率异常故障、模拟扩频码码型畸变故障、信号通道时延异常故障、数据比特流错误故障、伪码/载波相位/子载波相位不一致、电文编码错误故障、线性/非线性失真故障。信号中断故障采用将功率控制字置为0的方式实现。功率异常通过调整功率控制字的方式实现。模拟扩频码码型畸变故障模拟通过在成型滤波器的码型滤波表存储模拟码型故障阻尼振荡波形和下降沿延迟波形来实现。信号通道时延异常故障通过主控计算机更改系统启动时间来实现。数据比特流错误故障通过主控计算机添加电文误码后、经电文模块缓存、调制到伪码上来实现。伪码/载波相位/子载波相位不一致故障由上位机通过重新配置载波环/码环上的频率、相位控制字实现相位改变。电文编码错误故障由上位机生成电文时加入编码错误，经电文模块缓存后，调制到伪码上。线性/非线性失真通过设置FIR滤波器的的参数来实现。有益效果:本专利技术用于模拟由空间射线或粒子引起的单粒子翻转效应所引起的系统故障，主要包括北斗新体制导航信号故障模拟及其它设备的通信故障模拟，该系统能够自定义单粒子软错误系统级多层次故障并注入待测设备，测试整星各单机性能，对研究设计航天器系统级单粒子软错误故障本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种整星单粒子软错误故障模拟系统，其特征在于，包括主控计算机、高频信号机箱以及被测设备；被测设备中具备高频接口和低频接口；主控计算机通过网络连接所述高频信号机箱，并通过该高频信号机箱进行高频信号故障的模拟，然后通过高频信号机箱与被测设备的高频接口连接，将高频信号故障注入至被测设备中；主控计算机通过RS422接口和1553B接口连接被测设备的低频接口，直接由主控计算机进行低频信号故障的模拟，将低频信号故障注入至被测设备中；所述高频信号机箱中包括数据交换单元、本地显示控制单元、频综单元、导航信号生成单元以及信号调理单元；所述数据交换单元的功能是用于实现主控计算机和高频信号机箱进行仿真数据的交换，所述仿真数据包括故障参数；该数据交换单元与本地显示控制单元通过网络进行仿真数据通信；所述本地显示控制单元的功能是一方面从导航信号生成单元获取导航信号生成的状态信息、并在其界面上进行显示；状态信息包括信号的调制方式、功率、故障类型和故障参数；另一方面向导航信号生成单元发送控制信息，控制信息包括信号的调制方式、功率控制字、载波环累加参数、码环累加参数、电文、故障类型、故障参数和系统运行参数；系统运行参数包括系统启动时间和运行时间；所述导航信号生成单元中包括B1频点信号生成通道电路、B2频点信号生成通道电路和B3频点信号生成通道电路；三个通道电路相同，分别用于生成的B1频点信号、B2频点信号和B3频点信号，该处B1频点信号、B2频点信号和B3频点信号为北斗的三个频点的卫星导航信号；所述通道电路包括：软核控制模块、定时启动模块、功率控制模块、载波环查找表模块、副载波/码环模块、码/副载波发生器模块、电文缓存模块、成型滤波器模块、以及FIR滤波器模块；软核控制模块接收所述控制信息、并通过内总线发送控制信息以及接收反馈信息，所述反馈信息包括：载波环相位反馈信息、码环相位反馈信息以及电文更新标识；所述定时启动模块通过内总线获得所述启动时间，由外部中断控制，等待外部中断有效后，定时启动模块输出系统启动标识以启动通道电路中的其他模块；所述功率控制模块从内总线处获取功率控制字，并输出I、Q两路功率控制信号；所述载波环模块包括载波环与查找表，其中载波环从内总线处获取载波环累加参数，根据直接数字频率合成器DDS原理，计算相位值，并在查找表中进行寻址，并输出I、Q两路载波数据；所述副载波/码环从内总线处获取码环累加参数，根据DDS原理，计算副载波/码相位，码相位的最高位作为码时钟，码时钟经过分频产生副载波时钟，码时钟和副载波时钟驱动码/副载波发生器产生I、Q两路的扩频码和副载波码进行输出；所述电文缓存模块从内总线处获取电文并输出，所述电文包括I、Q两路；I、Q两路的扩频码和副载波码分别与I、Q两路的电文进行异或计算之后再和除最高位以外的低位进行拼接生成矩形串行码流输入至成型预滤器中；所述成型预滤器对矩形串行码流进行预滤波，即将矩形的上升沿和下降沿变缓，再调制到经功率调整后的载波上并输出I、Q两路滤波前的数字中频信号；所述成型预滤器中的码型滤波表存储模拟码型故障阻尼振荡波形和下降沿延迟波形，用于实现扩频码码型畸变故障模拟；码相位的除最高位以外的低位与扩频码一起作为码型滤波表的地址；所述经功率调整的载波是指将I、Q两路功率控制字分别和I、Q两路载波数据相乘后的结果；将I、Q两路滤波前的数字中频信号相加输入至FIR滤波器中进行滤波并输出最终的数字中频信号；并通过设置FIR滤波器的参数进行线性/非线性失真故障的模拟；输出的B1频点信号、B2频点信号和B3频点信号经信号调理单元进行滤波、功率放大和合路处理并输出至被测设备的高频接口；所述频综单元接收外部输入的10.23MHz的时钟信号并生成1309.44MHz和10.23MHz供导航信号生成单元使用；所述主控计算机同时通过RS422接口与被测设备中的低频接口连接，并通过该RS422接口进行低频信号的故障模拟：主控计算机中具备FPGA芯片、第一故障注入器、第一故障用例库、第二故障注入器和第二故障用例库；主控计算机从外部获取所需模拟的RS422接口故障类型，根据该RS422接口故障类型，读取第一故障用例库，将相应RS422接口故障类型对应的故障参数输入至第一故障注入控制器中，进行解析，解析成FPGA识别的数据类型，然后将故障参数发送至FPGA中，并由FPGA按照故障参数对通过RS422接收到的数据进行故障处理，然后输出至被测设备的低频接口；第一故障用例库所存的各种可模拟的RS422接口故障类型的故障参数；主控计算机从外部获取所需模拟的1553B接口故障类型，根据该1553B接口故障类型，读取第二故障用例库，将相应故障类型对应的故障参数输入至第二故障注入控制器中，进行解析，解析成CPU识别的数据类型，然后将故障参数发送至CPU中，并...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋媛媛，毕少筠，张培瑶，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11