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星载可见光图像采集系统抗辐射样机设计

陆嵩  
【摘要】:宇宙空间的高能粒子一直以来都是威胁航天器正常工作状态的重要因素,近年来,人类加大了对空间资源开发利用的力度,越来越多功能复杂的航天器进入了太空。航天器任务的多样化和功能的复杂化对空间电子系统提出了更高的要求,诸如FPGA、DSP一类的大规模集成电路在空间环境中得到了广泛的应用。然而,随着集成电路规模的增加、工艺制程的改进、工作频率的提高,空间辐射效应对器件可靠性造成的影响也越来越显著,特别是空间辐射造成的单粒子效应,已经成为影响空间电子系统可靠性的首要因素,研究电子系统的抗单粒子加固对如今方兴未艾的空间探索大潮具有重要的现实意义。本文首先介绍了可见光图像采集系统的整体结构和工作流程,对各个功能模块的组成做了简要说明,详细介绍了FPGA接口电路的内部逻辑设计和DSP的工作流程。其次,为了提高设计系统空间可靠性,着重考虑了系统的抗单粒子翻转加固,分析了CMOS图像传感器,FPGA和DSP片上单粒子敏感单元,讨论了单粒子翻转对器件可能造成的影响。根据敏感单元的用户可访问性选择逻辑加固对象,针对加固对象自身的特点采取不同的加固措施。最后,介绍了系统常态工作指标的测试环境,分析了系统的加固效果。根据器件各单元翻转截面曲线和目标轨道空间辐射信息,结合故障注入试验结果,按照泊松分布计算得到加固前系统功能失效和数据错误概率。对FPGA和DSP的加固措施从数学角度进行了可靠性分析,根据分析结果计算加固后的系统出错概率。计算结果显示,相同的在轨时间下,加固后系统的功能失效概率和数据错误概率都要低于未加固系统,证明本文采取的加固措施有效的提高了系统执行空间任务的可靠性。


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