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机载计算机是无人机的核心部件,是无人机控制与管理的核心,其可靠性直接关系到整个无人机生存能力及任务的完成。
机载计算机对可靠性要求很高,单纯依靠提高元器件及部件的质量和提高装配工艺质量很难达到要求。因而需从机载计算机的体系结构入手,采用容错技术来提高系统可靠性及系统的生存能力,实现故障软化以消除故障对系统正常工作的影响。
本文对能有效提高机载计算机可靠技术的容错技术中的两项关键技术:BIT(Built- in Test)技术及时间同步技术,进行了详细、深入的研究。主要研究内容与结论如下:
1、本文在对无人机机载计算机体系结构、故障成因及故障分类进行分析的基础上,对机载计算机内核心部分(CPU、RAM、离散量通道、AD/DA通道和串行口通道)建立完善的故障模型及故障树,为BIT故障诊断提供了基础。
2、BIT技术是改善系统或设备测试性和维修性的重要途径,但是较高的虚警率一直是阻碍BIT技术在机载计算机中广泛应用的一个重要原因。为解决BIT测试过程中“虚警率”高的问题,本文将“贝叶斯”理论引入到BIT“虚警率”分析中,针对引起BIT测试过程中“虚警率”高的两个主要问题:“虚警”和“漏警”问题,进行了详细分析并分别建立了“贝叶斯”模型,为后续的“虚警率”问题分析打下了理论基础。
3、通过对本文建立的“贝叶斯”模型进行分析,可表明:瞬态故障是导致机载计算机BIT“虚警率”升高和故障检测率降低的一个重要因素,消除瞬态故障对BIT系统的影响能同时提高故障检测率并降低“虚警率”。本文针对这一结果及对机载计算机故障模式进行分析的基础上,提出了一种新型的机载计算机BIT系统设计方法和解决策略,对机载计算机内各核心部分(CPU、RAM、离散量通道、AD/DA通道和串行口通道)的BIT策略进行了设计并给出了关键技术解决方案。并针对以上设计进行了实际测试,实践结果证明使用该算法后明显降低了“虚警率”,提高了机载计算机的可靠性及可维护性。
4、当BIT系统检测到系统故障后,系统需进行重构,而系统重构的核心是通道间的时间同步。本文在对机载计算机内部通道间不同步的原因进行详细分析的基础上,提出了一种软、硬件相结合的同步算法,并针对常见机载计算机余度构型(二余度、三余度)进行了算法的详细设计及实践验证。实践结果表明,本算法彻底解决了机载计算机通道间的同步问题,通道间异步度小于50us,并且付出的软、硬件代价较小。