航天器控制计算机容错技术 [Fault Tolerance Techniques for Spacecraft Control Computer] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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杨孟飞，华更新，冯彦君 等 著

图书标签:

• 航天器控制
• 容错计算
• 计算机系统
• 可靠性工程
• 故障诊断
• 嵌入式系统
• 实时系统
• 控制工程
• 航空航天
• 软件工程

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118090741

版次：1

商品编码：11445988

包装：平装

丛书名： 航天器和导弹制导导航与控制

外文名称：Fault Tolerance Techniques for Spacecraft Control Computer

开本：16开

出版时间：2014-03-01

用纸：胶版纸

编辑推荐

航天器和导弹制导、导航与控制

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内容简介

　　《航天器控制计算机容错技术》系统介绍了航天器控制计算机所涉及的多种容错技术，内容主要包括：航天器控制计算机所面临的空间环境及其故障模型；容错系统结构和时钟同步技术；故障检测技术；多种空间总线容错技术；单版本和多版本等软件容错技术；基于冗余设计和重构的SRAM型FPGA容错技术；多种故障注入技术；以可进化硬件容错和人工免疫硬件容错为代表的智能容错技术。《航天器控制计算机容错技术》可作为各种高可靠计算机，特别是航天器计算机和电子系统研究和设计人员的参考用书，也可作为从事该方向研究的研究生教材。

内页插图

目录

第1章 绪论
1.1 容错技术的基本概念和理论
1.1.1 基本概念
1.1.2 可靠性理论
1.2 航天器控制计算机面临的空间环境
1.2.1 空间环境介绍
1.2.2 空间环境的损伤效应分析
1.3 容错技术发展状况及其展望

第2章 容错系统结构及其关键技术
2.1 容错系统结构
2.1.1 模块级冗余结构
2.1.2 备份容错结构
2.1.3 三机容错结构
2.1.4 其他容错结构
2.2 同步技术
2.2.1 同步时钟系统
2.2.2 系统同步方法
2.3 硬件冗余容错设计
2.3.1 冗余设计的通用逻辑模型和流程
2.3.2 冗余的方案论证
2.3.3 冗余的设计实现
2.3.4 冗余的分析验证
2.3.5 冗余的测试验证

第3章 故障检测技术
3.1 故障模型
3.1.1 按时间分类的故障模型
3.1.2 按空间分类的故障模型
3.2 故障检测技术
3.2.1 概述
3.2.2 CPU的故障检测方法
3.2.3 存储器的故障检测方法
3.2.4 I／O的故障检测方法

第4章 总线技术
4.1 星载总线技术的概述
4.1.1 基本概念
4.1.2 基本术语
4.2 MIL-STD-15538总线
4.2.1 总线系统故障模型
4.2.2 总线冗余容错机制
4.3 CAN总线
4.3.1 总线协议标准
4.3.2 物理层协议及容错性
4.3.3 数据链路层协议及容错性
4.4 Space Wire总线
4.4.1 物理层及容错性
4.4.2 链路层及容错性
4.4.3 网络及路由
4.4.4 容错机制
4.5 其他总线
4.5.1 IEEE1394总线
4.5.2 以太网
4.5.3 12C总线

第5章 软件容错技术
第6章 FPGA容错技术
第7章 故障注入技术
第8章 智能容错技术
附录术语
参考文献

前言/序言

《深空探测器导航与制导系统设计》 本书深入探讨了深空探测器在执行遥远星际任务时，所面临的严峻导航与制导挑战，并系统性地介绍了其核心系统的设计理念与关键技术。我们知道，随着人类对宇宙的探索不断深入，探测器需要穿越比近地轨道和太阳系内更广阔、更复杂的空间环境。在这种环境下，精确的导航和可靠的制导是任务成功的基石。 第一章 导航基础与星际环境 本章将首先回顾经典导航理论在航天器应用中的基本原理，包括轨道力学、轨道确定、轨道预报等。在此基础上，重点分析深空环境的特殊性，例如：信号传输的延迟与衰减、太阳光压的影响、行星引力场扰动以及宇宙射线的干扰等。我们将详细阐述这些因素如何对探测器的导航精度和稳定性提出更高要求，并引入一些初步的应对策略。 第二章 惯性导航系统（INS）在深空探测中的应用 惯性导航系统是航天器自主导航的核心组成部分。在本章中，我们将聚焦于惯性测量单元（IMU）的选型与性能指标，包括陀螺仪和加速度计的精度、漂移率、噪声等关键参数。针对深空任务的长周期特点，我们将深入研究IMU的标定技术、姿态漂移补偿算法以及短期惯性导航误差的累积与传播机制。同时，还会探讨与外部导航信息融合以抑制惯性导航误差的方法。 第三章 天文导航技术及其在深空探测中的创新 天文导航，即利用遥测星体的位置来确定航天器姿态和位置的技术，在深空探测中扮演着至关重要的角色。本章将详细介绍星敏感器的工作原理、光学设计以及图像处理算法。我们将重点分析在弱光、多星背景以及高动态环境下，如何实现对目标星体的精确识别与跟踪。此外，还将探讨基于太阳、月球等天体导航的算法，并介绍如何结合星图数据库实现对探测器相对位置的初步估计。 第四章 地基与天基测控网络在深空导航中的协同作用 虽然深空探测器需要高度的自主性，但地面测控网络（如深空网络DSN）以及未来可能的天基测控系统，仍然是不可或缺的导航辅助手段。本章将详细介绍地基测控站的测距、测速、测角技术，以及它们如何为深空探测器提供高精度的绝对轨道信息。我们将重点分析多站联合测定轨道的方法，以及如何处理信号延迟和误差。同时，还会展望天基测控网络在未来深空导航中的潜在优势，例如更低的延迟和更高的测量精度。 第五章 轨道设计与目标选择的导航制导约束 成功的深空探测任务离不开精心设计的探测器轨道。本章将探讨影响轨道设计的关键导航制导因素，包括：任务目标（如行星际转移、轨道插入、彗星飞越等）对导航精度的要求；燃料效率与轨道偏离的权衡；以及规避空间碎片和天体碰撞等安全考量。我们将介绍如何利用数值模拟和优化算法来生成满足任务要求的轨道，并讨论如何在轨期间对轨道进行精细修正，以应对实际运行中的偏差。 第六章 引导控制律的设计与实现 引导控制是导航信息的最终体现，它决定了探测器如何调整自身的姿态和轨道以实现预定目标。本章将深入讲解比例-积分-微分（PID）控制器、最优控制理论在航天器姿态和轨道控制中的应用。我们将详细阐述如何设计和实现线性二次调节器（LQR）、模型预测控制（MPC）等先进控制算法，以应对复杂的动态环境和非线性系统。同时，还会涉及姿态机动控制、轨道维持控制以及变轨控制等关键策略。 第七章 软件架构与算法实现 本章将聚焦于导航与制导系统的软件架构设计，包括模块化设计、数据流管理以及实时性要求。我们将详细介绍在嵌入式系统中实现高精度导航算法的优化技巧，例如定点运算、查找表技术等。同时，还会探讨软件开发中的测试验证方法，包括单元测试、集成测试以及仿真测试，确保算法的稳定性和可靠性。 第八章 故障诊断与规避策略 在漫长而孤寂的深空探测任务中，传感器故障、执行器失效等问题不可避免。本章将重点探讨导航与制导系统中常见的故障类型，并介绍相应的故障诊断方法，例如基于模型的方法、基于数据的方法以及混合方法。在此基础上，我们将详细阐述故障发生后的规避策略，包括冗余设计、后备方案以及重构控制等，确保任务能够在一定程度上继续执行，最大程度地降低故障带来的影响。 第九章 未来发展趋势与挑战 最后，本章将展望深空探测器导航与制导技术的未来发展方向。我们将探讨人工智能、机器学习在自主导航中的潜在应用，以及其在复杂环境下的适应性和鲁棒性提升。同时，还会讨论新型导航传感器、更高效的能源管理以及下一代通信技术对未来深空探测导航制导的深远影响。我们将结合当前的研究热点和未来任务需求，分析深空导航制导领域面临的挑战与机遇。 本书旨在为从事深空探测器设计、研发和任务规划的工程师、研究人员以及相关专业学生提供一本全面、深入且实用的参考资料。通过对书中内容的学习与掌握，读者将能够更好地理解深空探测任务的复杂性，并为设计出更加智能、可靠的深空探测器打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

《航天器控制计算机容错技术》这个书名，唤醒了我心中对“永不熄灭的生命之火”的联想。在冰冷、荒芜的宇宙中，航天器就是这样一团希望之火，而控制计算机则是这团火的“跳动心脏”。这种心脏必须具备超乎寻常的可靠性，因为一旦停止跳动，整个探索的意义就会化为乌有。因此，容错技术，在我看来，就是赋予这颗“跳动的心脏”以“永恒”的能力。我好奇书中会如何阐述这种“永恒”的秘诀。它是否会详细介绍各种“备胎”和“保险丝”，比如多重冗余的设计，从硬件层面到软件层面的多层校验，以及如何确保这些“备胎”能够随时待命，在主系统失效时迅速接管？我尤其对书中是否会涉及那些能够让系统“浴火重生”的机制感到好奇，比如故障的自我诊断、隔离和修复的能力，以及如何在资源极度受限的情况下，依然能够保持关键功能的运转。想象一下，当航天器在浩瀚的星系间，遭遇了前所未有的挑战，比如突如其来的硬件损坏，或者无法预测的软件错误，它的控制计算机是如何依靠这些精心设计的容错技术，在逆境中生存下来，并继续为人类的探索事业添砖加瓦。这本书，在我看来，是一部关于“工程奇迹”的史诗，它讲述了人类如何用智慧和毅力，去创造那些在极端环境中能够“永不放弃”的生命之火，让我们的探索之路更加辽阔。

评分☆☆☆☆☆

当我看到《航天器控制计算机容错技术》这个书名时，脑海中立刻勾勒出一幅画面：一个孤独的航天器，在漆黑寂静的宇宙中，依靠着它那颗“核心”——控制计算机，穿越星辰大海。而让这颗“核心”能够如此可靠地运转的，正是书中要讲述的容错技术。我深知，在太空中，任何一个小小的故障都可能被无限放大，最终导致无法挽回的悲剧。因此，容错技术，对我而言，就是航天器在宇宙中最坚实的“护盾”。我迫切地想知道，这本书会如何揭示这层“护盾”的奥秘。它是否会详细介绍那些“保险丝”和“备用系统”，比如硬件的冗余配置，数据的多重备份，以及软件的错误检测和恢复机制？它是否会深入剖析各种潜在的故障源，比如宇宙射线对电子元件的击穿效应，温度剧烈变化对材料的物理损伤，甚至是在漫长任务周期中可能出现的硬件老化和磨损？我尤其关注书中是否会探讨一些主动式的容错策略，例如，系统如何能够预测潜在的故障，并提前进行预防性维护，或者在故障发生时，能够智能地调整运行模式，以最小的代价保证任务的继续进行。这本书，在我看来，不仅仅是一本关于技术的书籍，更是一部关于“责任与担当”的叙事，它讲述了人类如何通过精密的工程设计，去守护那些承载着人类探索未知、拓展认知边界的航天器，让它们能够安全、可靠地飞向更遥远的星辰大海。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本《航天器控制计算机容错技术》之后，我第一反应就是它所涵盖的主题是多么的硬核和重要。我们都知道，航天器的工作环境是地球上任何其他环境都无法比拟的，它不仅要承受巨大的加速和减速，还要面对真空、极高和极低的温度变化，以及致命的宇宙辐射。在这种严苛的条件下，任何一点点控制计算机的故障，都可能导致整个任务的功亏一篑，甚至造成不可挽回的损失。因此，容错技术，在我看来，是航天器控制计算机的“生命线”。我脑海中立刻浮现出各种可能的故障场景：也许是某个关键芯片的瞬时损坏，也许是软件代码中的一个隐藏 bug 在关键时刻爆发，又或者是由于长时间的运行导致硬件老化出现的性能衰减。我非常期待书中能够系统地介绍应对这些挑战的各种创新性技术。例如，书中是否会详细阐述冗余设计，从简单的双冗余到更复杂的 N 模冗余，以及它们在硬件和软件层面的具体实现方式？是否会讨论如何利用纠错码（Error-Correcting Codes, ECC）来检测和修正数据在传输和存储过程中的错误？此外，我特别好奇书中是否会涉及一些更高级的容错策略，比如基于模型预测的故障诊断，以及如何在故障发生时，系统能够自动地进行故障隔离和安全模式切换。这本书，对我而言，就像是打开了一扇通往航天器“健康管理”核心的大门，我渴望从中学习到如何让这些承载着人类探索希望的“大脑”，在最危险的环境中也能保持冷静、稳定和高效。

评分☆☆☆☆☆

阅读《航天器控制计算机容错技术》的瞬间，我的思绪就如同被一颗强大的磁力锁定了，直接飞入了那深邃而神秘的宇宙空间。我一直对航天事业怀有莫名的敬畏，而控制计算机，无疑是赋予航天器生命和智慧的核心。想象一下，在浩瀚无垠的宇宙中，远离地球的信号延迟和极端环境，一个微小的计算失误都可能引发灾难性的后果。因此，容错技术，在我看来，就是航天器控制计算机最坚实的铠甲，是它在孤独而危险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，这本书会如何描绘出这层铠甲的每一个细节。它是否会深入剖析宇宙射线对集成电路的潜在威胁，以及如何通过特殊的材料和设计来抵御这种无处不在的“宇宙尘埃”？它是否会阐述在软件层面，那些能够智能地检测、隔离甚至修复错误的算法是如何被巧妙地编织进航天器的“神经网络”中的？我尤其对那些被设计来应对“未知”的容错策略感到好奇，因为宇宙本身充满了未知，而航天器的控制系统也必须具备预测和应对 unforeseen circumstances 的能力。这本书，在我眼中，不仅仅是一本技术手册，更像是一部关于“生命延续”的史诗，它讲述了人类如何通过智慧和科技，为脆弱的电子生命构筑起一座座坚不可摧的堡垒，让它们能够勇敢地飞向更远的地方，承载着我们对宇宙的好奇与梦想。

评分☆☆☆☆☆

《航天器控制计算机容错技术》这个书名，让我联想到一个词：坚韧。航天器，作为人类探索宇宙的先锋，其所处的环境是何等严酷。真空、极端的温度、致命的宇宙辐射，这些都是对任何电子设备无情的考验。而控制计算机，更是航天器的“大脑”，它承载着整个任务的生死存亡。因此，容错技术，在我看来，就是赋予这个“大脑”超乎寻常的“坚韧”。我非常好奇书中会如何细致地描绘这种“坚韧”的构建过程。它是否会深入剖析不同类型故障的成因，例如瞬时故障、永久性故障、以及潜伏性故障，并针对性地提出解决方案？它是否会详细介绍那些“冗余”的艺术，从硬件的“三倍的保险”到软件的“智能的备份”，以及这些冗余是如何被巧妙地整合在一起，形成一个整体的容错体系？我特别想了解书中是否会涉及一些前沿的容错技术，比如基于人工智能的故障诊断和预测，或者是能够自适应环境变化的容错策略。想象一下，当航天器在深邃的宇宙中，面对突如其来的未知威胁，它的控制计算机如何依靠这些精心设计的容错技术，保持镇定，做出正确的判断，甚至是在面临严重损伤时，依然能够完成最关键的任务。这本书，在我看来，就是一部关于“工程的艺术”的教科书，它展示了人类如何通过智慧和毅力，在极端环境下，为科学探索保驾护航，让我们的目光能够飞得更远。

评分☆☆☆☆☆

《航天器控制计算机容错技术》这个书名，让我联想到“使命必达”的承诺。航天器，承载着人类对未知宇宙的无限憧憬和探索欲望，而控制计算机，则是实现这一承诺的最关键的执行者。在遥远的太空，任何一个微小的故障都可能让这个承诺落空，甚至演变成一场灾难。因此，容错技术，在我看来，就是为这个“执行者”提供了“万无一失”的保障。我非常期待书中能够详细解读这份“万无一失”的蓝图。它是否会深入剖析各种可能威胁到“执行者”的“暗礁”和“险滩”，例如电子元件的失效，软件的逻辑错误，以及外部环境的干扰？我更希望书中会展示那些“使命必达”的“秘密武器”，比如硬件的冗余备份，软件的故障检测和恢复机制，以及那些能够让系统在极端情况下，依然能够完成最关键任务的“应急预案”。想象一下，当航天器在深邃的宇宙中，面对着前所未有的挑战，它的控制计算机如何依靠这些精心设计的容错技术，克服重重困难，确保任务的顺利进行，并将人类的探索成果带回地球，实现“使命必达”的庄严承诺。这本书，在我看来，是一部关于“工程的承诺”的记录，它讲述了人类如何通过不懈的技术追求，去践行那些对探索宇宙的坚定信念。

评分☆☆☆☆☆

看到《航天器控制计算机容错技术》这个书名，我脑海中立即涌现出“稳定压倒一切”的信念。航天器，代表着人类最前沿的科技实力，它的任务充满着未知和风险。而控制计算机，作为航天器最核心的“大脑”，它的稳定运行是保障整个任务安全和成功的基石。因此，容错技术，在我看来，就是为这个“大脑”构建了一道坚不可摧的“心理防线”。我迫切地想知道，书中会如何描绘这道“防线”的构建过程。它是否会深入探讨各种导致计算机“心理失衡”的因素，例如宇宙辐射对神经元的干扰，温度急剧变化导致的“情绪波动”，以及长时间高负荷运行带来的“疲劳”？我更期待书中会揭示那些帮助计算机“保持冷静”和“快速恢复”的“训练方法”，比如硬件的冗余配置，软件的错误检测和纠正算法，甚至是那些能够让系统在出现“心理创伤”后，依然能够保持核心功能的“康复机制”。想象一下，当航天器在漫长的征途中，遭遇了意想不到的“心理打击”，它的控制计算机是如何依靠这些精妙的容错技术，迅速调整状态，克服困难，继续执行它的使命，并将人类的探索足迹延伸得更远。这本书，在我眼中，是一部关于“工程的韧性”的教科书，它展示了人类如何通过技术，去创造那些在最严苛的考验下，依然能够坚守岗位的“可靠大脑”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名让我产生了极大的兴趣，尤其是我最近在阅读一些关于人工智能在复杂系统中的应用的文章，其中一个反复出现的主题就是可靠性和容错性。航天器作为人类探索未知宇宙的最前沿工具，其控制计算机的稳定性是至关重要的。任何一个微小的故障都可能导致任务失败，甚至威胁到宇航员的生命安全。因此，研究航天器控制计算机的容错技术，在我看来，不仅仅是一个技术问题，更是一种对人类探索精神的保障。我设想这本书会深入探讨各种可能导致计算机故障的因素，比如宇宙射线的辐射效应、电磁干扰、以及硬件本身的疲劳和磨损。更重要的是，我期待书中能够详细阐述各种应对这些挑战的先进技术，例如冗余备份机制、纠错码的应用、以及在软件层面如何设计能够自我检测和修复的算法。考虑到航天器任务的长期性和环境的极端性，这些容错技术必然需要具备极高的鲁棒性和适应性。我很好奇书中会介绍哪些具体的容错架构，比如三冗余（Triple Modular Redundancy, TMR）或者更复杂的N冗余系统，以及它们在实际应用中是如何实现的。此外，我也关注书中是否会涉及到软件容错，这方面通常比硬件容错更具挑战性，因为它需要处理逻辑错误、数据损坏等问题。这本书的书名本身就传递出一种高度的专业性和前沿性，让我对其内容充满了期待，并希望能从中获得宝贵的知识和启发，理解如何在如此关键的领域内构建出坚不可摧的“大脑”。

评分☆☆☆☆☆

书名《航天器控制计算机容错技术》本身就传递出一种令人振奋的使命感。我们之所以能够仰望星空，仰望那些闪烁在夜幕中的遥远星辰，很大程度上得益于那些在太空深处默默工作的航天器。而这些航天器的“大脑”，正是控制计算机，它的稳定运行直接关系到整个任务的成败。容错技术，在我看来，就是为这个“大脑”配备了一套多重保险，确保它即使在最艰难、最不可预测的环境下，也能保持清醒的头脑，完成既定的使命。我设想这本书会深入探讨一些非常具体的技术细节，比如，在硬件层面，如何通过选材、封装和冗余设计来提高抗辐射能力，如何应对电磁干扰，甚至是如何设计能够自我修复的微电子器件。在软件层面，我特别好奇书中会讲解哪些能够让程序具备“弹性”的机制，比如如何设计能够检测和隔离逻辑错误、数据损坏的算法，如何实现故障的快速恢复，以及如何在资源受限的情况下，依然能够保证系统的关键功能不被中断。想象一下，当航天器面临突如其来的太阳风暴，或者通信链路出现短暂的干扰时，控制计算机是如何依靠这些精妙的容错技术，临危不乱，做出正确的决策，将航天器和任务安全地推向成功的彼岸。这本书，在我眼中，是一部关于“工程的智慧”的赞歌，它展示了人类如何通过不断的技术创新，去征服严酷的自然环境，实现那些看似不可能的梦想。

评分☆☆☆☆☆

当我的目光触及《航天器控制计算机容错技术》这几个字时，我的思绪瞬间被带入了那个寂静而广袤的宇宙深处。我一直对航天器充满敬畏，它们是人类智慧的结晶，更是我们探索未知的触角。而控制计算机，无疑是这些触角的“神经中枢”，它的任何一点微小的失误，都可能导致整个探索之旅戛然而止。因此，容错技术，在我眼中，就是为这颗“中枢”加上的最坚固的“防护罩”。我非常渴望了解书中会如何深入剖析这个“防护罩”的秘密。它是否会详细阐述各种可能导致计算机失效的因素，例如宇宙射线对微电子器件的破坏，温度的剧烈波动对材料性能的影响，以及电磁干扰对信号传输的干扰？我更期待书中会展示各种应对这些挑战的先进技术，比如硬件的冗余备份、软件的错误检测和纠正机制，甚至是那些能够让系统在发生故障时，自动切换到安全模式的智能策略。想象一下，当航天器在遥远的星际间，面对着我们无法预知的突发状况，它的控制计算机是如何依靠这些精妙的容错技术，保持冷静，化险为夷，继续履行它神圣的使命。这本书，在我看来，不仅是一本技术专著，更是一曲关于“坚韧与智慧”的赞歌，它讲述了人类如何通过科技的力量，去守护那些承载着我们梦想的“眼睛”，让它们能够更安全、更可靠地去凝视宇宙的奥秘。