[发明专利]一种航天器系统单粒子防护薄弱点的识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可恢复故障对系统影响的评估方法，特别是一种针对使用了FPGA、DSP等单粒子软错误敏感器件的设备发生单粒子软错误时对航天器系统造成的影响进行定量评估并识别薄弱点的方法。

背景技术

运行于地球空间轨道的卫星等航天器，面临来自地球辐射带、银河宇宙线、太阳宇宙线的高能质子和重离子环境，这些高能粒子在卫星所用微电子器件中可产生单粒子效应，典型的是导致电子系统逻辑紊乱、指令错误、功能中断、逻辑异常等的单粒子软错误，从而影响卫星的正常功能和服务。

单粒子软错误对于需要连续提供服务的卫星有重要影响，例如通信卫星和导航卫星。如何定量评估这种影响，并客观的发现航天器系统单粒子防护的薄弱点，是此前工程研制中尚未有效解决的问题。

目前，常使用单粒子翻转率(次/天)来衡量FPGA、DSP等单粒子敏感器件抗单粒子效应的能力。在使用这些器件时，通常会采取三模冗余、定时刷新等防护措施，可以在很大程度上降低单粒子翻转的影响，因此，单粒子翻转率高的器件不一定单粒子软错误发生的概率就高。器件单粒子翻转率并不能客观的反映产品单粒子防护设计的好坏。

公开号为CN103605835A，名称为“航天器系统级抗单粒子设计评估方法”的中国专利提出了一种航天器器件、分系统的单粒子翻转率的计算方法，并指出可应用于整星单粒子翻转率的仿真计算。但是，这一方法仅能计算单粒子翻转率，并不能评估单粒子软错误造成的后果和危害程度，更无法对航天器系统设计中的单粒子防护薄弱环节进行有效识别。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种航天器系统单粒子防护薄弱点的识别方法，通过后果、发生概率和持续时间三个因素对单粒子敏感器件出现单粒子软错误时对航天器系统的影响进行定量分析，建立了单粒子软错误危害时间模型，并据此识别出航天器系统单粒子防护的薄弱点，为后续有效的改进航天器单粒子防护设计提供了依据。

本发明的技术解决方案是：一种航天器系统单粒子防护薄弱点的识别方法，包括如下步骤：

(1)列出航天器系统中的所有单粒子敏感器件或者单粒子敏感设备，并进一步确定出各单粒子敏感器件可能出现的单粒子软错误类型或者单粒子软错误故障模式，确定出各单粒子敏感设备可能出现的单粒子软错误故障模式；所述的单粒子软错误类型包括单粒子翻转、单粒子瞬态和单粒子功能中断，所述的单粒子软错误故障模式包括单粒子软错误发生后，在单粒子敏感器件或者单粒子敏感设备上表现出来的故障现象；

(2)确定会造成航天器系统级影响的单粒子敏感器件或者单粒子敏感设备，统计会造成航天器系统级影响的单粒子软错误数量；所述的单粒子软错误是指出现了一种单粒子软错误类型或者单粒子软错误故障模式；

(3)获取第i个单粒子敏感器件或者单粒子敏感设备的第j个单粒子软错误的发生概率P_Oij，获取第i个单粒子敏感器件或者单粒子敏感设备发生的第j个单粒子软错误传播至航天器系统的概率P_Pij，获取第i个单粒子敏感器件或者单粒子敏感设备发生第j个单粒子软错误的影响持续时间T_oij，i和j均为正整数；

(4)计算第i个单粒子敏感器件或者单粒子敏感设备的单粒子软错误危害时间其中T_ilife为第i个单粒子敏感器件或者单粒子敏感设备的任务时间，l_i为第i个单粒子敏感器件或者单粒子敏感设备可能发生的全部单粒子软错误数量；

(5)计算航天器系统单粒子防护薄弱点判别阈值T_CL，

其中，T_life为航天器系统的工作寿命，N_F为航天器系统每年允许的由于单粒子软错误导致的中断次数，T_F为航天器系统每次允许的单粒子软错误影响持续时间，n为会造成航天器系统级影响的单粒子敏感器件或者单粒子敏感设备的总数量；

(6)遍历每一个单粒子敏感器件或者单粒子敏感设备，依次比较T_Ci和T_CL，若T_Ci＞T_CL，则判定第i个单粒子敏感器件或者单粒子敏感设备的单粒子软错误为航天器系统单粒子防护的薄弱点。

本发明与现有技术相比的优点在于：