[发明专利]航天器系统级抗单粒子设计评估方法

摘要

本发明提供了一种航天器系统级抗单粒子设计评估方法，其涉及含有大规模集成电路单机或分系统抗单粒子效能的评估方法。该评估方法仿真计算了电子元器件的翻转率；对航天器分系统采用的主动和被动防护方法均给出了量化评估算法；然后对航天器分系统抗单粒子设计进行了评估。此外，该评估方法还可以得到系统不连续工作的概率。该评估方法经过推广，可以应用于整星以及星座单粒子翻转率的仿真计算。

主权项

一种航天器系统级抗单粒子设计评估方法，其特征在于，对航天器系统采取的主动和被动抗单粒子设计方法建立单粒子翻转率计算模型，从而依据模型对抗单粒子设计方法进行量化评估；包括以下步骤：步骤1：空间辐射环境分析：根据航天器轨道参数和使用寿命，对航天器在轨空间辐射环境进行分析；步骤2：元器件翻转参数计算：根据地面试验，获得元器件的σ‑LET曲线，然后利用非线性拟合得到翻转阈值、饱和翻转截面参数；结合元器件实际所处的空间环境，仿真计算得到元器件在轨翻转率；步骤3：系统抗单粒子设计评估：统计航天器含有大规模集成元器件系统的抗单粒子设计方法，包括元器件级和系统级；对各条设计方法进行量化评估，最后根据单粒子翻转率计算模型，得到系统级抗单粒子翻转概率及不连续工作概率；元器件的单粒子翻转率R的计算模型如下：R＝Rp+RH其中，Rp为质子单粒子翻转率，RH为重离子单粒子翻转率；统计系统所使用的主动方法，计算得到单粒子翻转概率：R0为采取措施之前的翻转率；R降额表示采取资源降额措施后的翻转率，R刷新表示采取定时刷新措施后的翻转率，R开关机表示采取间断开关机措施后的翻转率，R任务时间表示采取降低任务时间措施后的翻转率，R热备份表示热备份单机/系统翻转率，R冷备份表示冷备份单机/系统翻转率；η为资源降额；R备份为设备份单机/系统翻转率；T刷新为刷新间隔时间；Tdevice为单机任务周期；Toc为开机总时间；Ttotal为航天器总任务周期；假设主份和备份的单粒子翻转率为R主和R备；设主份在t0时刻发生了单粒子翻转，重新加载需要Δt时间；热备份系统的单粒子翻转错误率为其中N＝day/Δt，[R主]表示取数值；统计系统所使用的被动方法，得到由于单粒子翻转造成不连续工作的概率：R热备＝R主×R备×Δt/day R回读＝R0×T回读/day R自检＝R0÷η×T自检/day R三模＝R0×(1‑MTMR/Mtotal)   R三取二＝R0×(1‑M三取二/Mtotal) REDAC＝R0×(1‑MEDAC/Mtotal) R定时＝R0÷η×T定时/day R0为采取措施之前的翻转率，单位为upsets/device·day；R热备表示采取热备份措施后的翻转率，R回读表示采取回读校验措施后的翻转率，R自检表示采取功能自检措施后的翻转率，R三模表示采取三模冗余TMR措施后的翻转率，R三取二表示采取三取二表决措施后的翻转率，REDAC表示采取EDAC措施后的翻转率，R定时表示采取看门狗/计数器措施后的翻转率；设主份单粒子翻转率为R主，备份单粒子翻转率为R备，重新加载需要的时间为Δt；设回读校验间隔时间为T回读，设影响系统功能的程序代码占总代码的η；功能自检的时间间隔为T自检；设总容量为Mtotal，TMR覆盖区域MTMR；设总容量为Mtotal，三取二覆盖区域M三取二；设总容量为Mtotal，EDAC覆盖区域MEDAC；设影响的程序代码占总代码的η；定时器定时时间累积为T定时。