ЦЕЛЬ РАБОТЫ: - Разработка и исследование способов повышения эффективности контрольно- диагностического обеспечения БКУ КА с помощью реконфигурируемых вычислительных систем (РВС). ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ: 1)Разработка аппаратных способов построения контрольно-диагностического обеспечения БКУ КА на основе встроенных реконфигурируемых вычислительных структур; 2)Разработка алгоритмов многоуровневой диагностики и контроля БКУ, обеспечивающих анализ и идентификацию неисправностей и отказов высокоинтегрированных подсистем БКУ с заданной степенью точности; 3)Разработка алгоритмов ранжирования и сортировки взаимозависимых переменных технического состояния БКУ для различных критериев оптимальности диагностических моделей, реализуемых аппаратным образом в едином РВП реконфигурируемой СФКД. 4)Анализ доступной номенклатуры ПЛИС класса FPGA, способных реализовать бортовую реконфигурируемую СФКД БКУ КА.

Контролируемая система 1 Контролируемая система 2 Контролируемая система 3 Контролируемая система N Опрос КТ и тестовые сигналы Опрос КТ и тестовые сигналы Опрос КТ и тестовые сигналы Опрос КТ и тестовые сигналы … Система сбора и обработки данных. Формирование тестовых сигналов ЦП Блоки памяти Формирование и выдача информации о контролируемых системах Команды управления Организация диагностического обеспечения БКУ КА с помощью программных СКД

Контролируемая система 1 Контролируемая система 2 Контролируемая система 3 Контролируемая система N … РВП на базе ПЛИС FPGA Формирование и выдача информации о контролируемых системах память Команды управления конфигурацией РВП Аппаратная СКД на базе реконфигурируемого вычислительного поля (РВП)

ПЛИС 1 Набор операций F1 ПЛИС 2 Набор операций F2 ПЛИС 3 Набор операций F3 ПЛИС 4 Набор операций F4 ПЛИС 5 Набор операций F5 ПЛИС 6 Набор операций F6 ПЛИС 7 Набор операций F7 ПЛИС 8 Набор операций F8 ПЛИС 9 Набор операций F9 ПЛИС 10 Набор операций F10 ПЛИС 11 Набор операций F11 ПЛИС 12 Набор операций F12

К пояснению принципа формирования функциональных элементов ДМ БКУ в РВП СФКД К пояснению принципа формирования функциональных элементов ДМ БКУ в РВП СФКД

НИИ МВС ЮФУ, г. Таганрог Вычислительный модуль «Орион-5» Вычислительный модуль «Саиф» Бортовой вычислитель «Сеанс» Примеры известных реализаций РВС в наземной и бортовой РЭА

Структурная схема реконфигурируемой СФКД БКУ КА

Идеализированный пример дерева структурной иерархии БКУ КА В реконфигурируемой СФКД было предложено осуществлять деление диагностируемой аппаратной архитектуры БКУ КА на условные аппаратные уровни, при этом все алгоритмы диагностики и контроля предлагалось реализовать на базе единого реконфигурируемого вычислительного поля (РВП), реализованного, в свою очередь, на основе программируемых логических интегральных схем класса (ПЛИС) FPGA. 1. Логическая переменная технического состояния подсистемы БКУ (БЦВМ) может принимать значения: –векторный набор сигнатур, регистрируемых в контрольных точках первого ПВВ БЦВМ, с порядковыми номерами от 1 до p; -векторный набор эталонных сигнатур с соответствующими вектору порядковыми номерами от 1 до p. 2. Условие понижения глубины поиска отказа на условных аппаратных уровнях БКУ КА: где – условные аппаратные уровни диагностики бортовой системы КА.

Упрощенная структура БКУ КА с троированными ПВВ и МП МП 1 МО 1 МП 2 МП 3 ПВВ 1 ПВВ 2 ПВВ 3 ОЗУ ПЗУ ОЗУ ПЗУ ОЗУ ПЗУ ОЗУ ПЗУ ОЗУ ПЗУ ОЗУ ПЗУ МО 2 МПВВ ММП Взаимозависимые переменные технического состояния БКУ КА (сигнатурный анализ) Взаимозависимые переменные технического состояния БКУ КА (сигнатурный анализ) Наборы КТ: Сопоставление наборов КТ на q-х уровнях РВП: Ввиду того, что в штатных конфигурациях БЦВМ БКУ неисправность, возникшая, к примеру, в первом ПВВ, может привести к регистрации нештатной сигнатуры в векторном наборе сигнатур первого слоя мажоритарного органа, схемотехнически расположенного последовательно с ПВВ, взаимозависимость между и можно записать в операторной форме в виде простого выражения:

Верхний аппаратный уровень БКУ (уровень системы) Уровень подсистем БКУ Нижний аппаратный уровень БКУ Понижение глубины идентификации аппаратных неисправностей БКУ Порядковые номера КТ m... Условные аппаратные уровни БКУ КА Информативность диагностических параметров на основе сигнатурных данных

Многоуровневая диагностика БКУ КА 1. Максимальная глубина идентификации отказов 2. Реконфигурация диагностической модели БКУ КА Оптимальная диагностическая модель БКУ Условие реконфигурации диагностической модели БКУ КА

Варианты ранжирования взаимозависимых переменных технического состояния БКУ в зависимости от критерия оптимальности диагностическом модели а) Снижение уровня идентификации отказа БКУ при полной информативности диагностических параметров б) Снижение уровня идентификации отказа БКУ при неполной информативности диагностических параметров в) Повышение уровня идентификации отказа БКУ при полной информативности диагностических параметров г) Повышение уровня идентификации отказа БКУ при неполной информативности диагностических параметров

1. Проблема крайне узкой доступной номенклатуры ПЛИС класса FPGA космического применения 2. Проблема динамической реконфигурации диагностических моделей в РВП СФКД Две ключевые проблемы построения реконфигурируемой СФКД БКУ КА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: 1. Реконфигурируемые СФКД позволяют решать широкий класс задач контроля и диагностики высокоинтегрированных подсистем БКУ КА, что обусловлено гибкостью их архитектуры на низком аппаратном уровне РВП; 2. В настоящее время разработан ряд алгоритмов ранжирования и сортировки взаимозависимых параметров технического состояния БКУ, удовлетворяющих реализации различных критериев оптимальности диагностической модели, формируемой в РВП СФКД; 3. Продолжается разработка и исследование методов динамической реконфигурации диагностических моделей в РВП СФКД; 4. Использование РВС позволяет сегодня создавать сложные нейросетевые аппаратные архитектуры с динамически перестраиваемыми весовыми коэффициентами, открывая тем самым качественно новые подходы к реализации методов распознавания неисправностей и отказов БКУ КА; 5. В настоящее время производится анализ доступной номенклатуры ПЛИС класса FPGA, способных реализовать бортовую реконфигурируемую СФКД со всеми вышеописанными функциями.

Список литературы: 1. Алексеев А.А., Кораблев Ю.А., Шестопалов М.Ю. Идентификация и диагностика систем.-М.: Издательский центр «Академия», – 352 с. 2. Бровкин А.Г., Бурдыгов Б.Г., Гордийко С.В. и др. Бортовые системы управления космическими аппаратами. /Под ред. проф. А.С. Сырова-М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, – 304 с. 3. Каляев И.А., Левин И.И., Семерников Е.А., Шмойлов В.И. Реконфигурируемые мульти конвейерные вычислительные структуры /Изд. 2-е, перераб. и доп. / Под общ. Ред. И.А. Каляева. - Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ РАН, – 344 с. 4. Ширшаков А.Е., Новичков В.М., Савкин Л.В., Макаров А.С. Расширение функциональных возможностей системы контроля и диагностики бортового комплекса управления космического аппарата за счет встроенных реконфигурируемых вычислительных структур. Вестник НПО им. С.А. Лавочкина, 2, с Савкин Л.В., Ширшаков А.Е., Новичков В.М. Построение реконфигурируемой системы функционального контроля и диагностики бортового комплекса управления космического аппарата. Авиакосмическое приборостроение, 6, с Savkin L.V., Klochko O.S., Makarov A.S. The introduction logic arifmetical redundance at low hardware level in the reconfigurable system monitoring and diagnostics of the spacecraft / European Science and Technology [Text] : materials of the XI International research and practice conference, Munich, December 24–25th, 2014 / publishing office Vela Verlag Waldkraiburg – Munich – Germany, pp Gokhale M., Graham P.S. Reconfigurable Computing- Accelerating Computation with Field- Programmable Gate Arrays. Springer Publ., – 238 p. 8. Hauck S. Reconfigurable computing. The theory and practice of FPGA-based computation. Morgan Kaufmann Publ., – 944 p.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ ! THANKS FOR ATTENTION!