星载嵌入式软件测试过程模型的研究

针对星载嵌入式软件的特点,在W模型和X模型的基础上,给出了一种适用于星载嵌入式软件测试过程的模型—蝴蝶模型。该模型不仅完整体现了对整个开发活动的测试,而且支持迭代及变更,尤其适用于星载嵌入式软件的研制需要经历多个周期的特点,在尽早发现卫星型号产品软、硬件设计缺陷,缩短星载嵌入式软件研制的周期,降低软、硬件的成本,提高星载嵌入式软件的可靠性等方面都有着明显的优点,适用于星载嵌入式软件研制的整个过程。

基于蝴蝶模型的星载嵌入式软件测试策划

为降低星载嵌入式软件测试风险,提高软件的研制效率,给出了一种星载嵌入式软件测试策划方法,并利用该方法策划了基于蝴蝶模型的星载相机嵌入式软件的测试。首先,介绍了蝴蝶模型,针对星载嵌入式软件的特点,在蝴蝶模型测试过程的思想基础上,给出基于星载嵌入式软件的测试策划方法,并分析了方法的优点;然后,以某星载相机嵌入式软件为例,应用该方法对软件研制的整个过程进行了测试策划;最后,对测试结果进行了分析。实验结果表明,采用该方法进行星载嵌入式软件测试策划,能够发现和避免约80%的需求错误和缺陷、60%的设计错误和缺陷,从而降低软件测试风险,缩短软件研制的周期,提高星载嵌入式软件的可靠性。

一种嵌入式软件项目估计方法

软件项目估计是CMM2级软件项目策划KPA的基础,是软件开发中的一个重要环节。合理的估计是保证软件项目符合预算和进度要求的前提条件。描述了基于CMM的软件估计的过程,介绍了一种基于嵌入式软件项目的估计方法,并结合具体实例对规模估计、工作量/成本估计、关键计算机资源估计和进度估计的内容进行了细致的阐述。该研究为有效地规划和管理嵌入式软件项目,制定合理可行的软件开发计划提供了有力的支持。

一种基于WBS的嵌入式软件估算方法

为确保嵌入式软件项目能够按照预定成本、进度顺利完成,提出一种基于WBS的嵌入式软件估算方法,并结合具体实例对规模/工作量估算、成本估算、进度估算、关键计算机资源估算和风险估算的内容进行了细致的描述.利用基于WBS的嵌入式软件估算方法进行估算,该结果与以往相类似软件实际结果比较,各项数值的误差均在±10%以内.该方法为有效规划和管理嵌入式软件项目制定合理可行的软件开发计划提供了有力的支持.

基于粒子系统的流体视频合成方法的研究与实现

为了得到永恒、连续、更高真实感的流体视频,分析已有视频合成技术,提出了一种基于粒子系统的流体视频合成方法。该方法针对具有持续流动模式的流体,在保持其自然外观和复杂性的同时,将具有固定长度的视频样本编辑成为具有新的形态的更加真实、有生气的任意长度的无缝视频。首先,分析视频样本中粒子的运动规律,将输入序列用粒子纹理矩阵表示;其次,改变粒子纹理矩阵内容,生成新的播放序列;再次,应用已得到的新的粒子状态信息,在新的区域编辑合成新的播放序列,得到更加真实生动的流体视频;最后,利用这一算法开发了流体视频合成编辑器软件,并应用到视频样本上。实验结果表明,这种基于粒子系统的流体视频合成方法不仅合成速度快,合成的视频纹理效果更好,并且易于实现。

离轴三反航天测绘相机像移对成像质量的影响

对离轴三反测绘相机的像移模型进行了必要的修正以获得高的测绘精度。对两线阵离轴三反航天测绘相机进行建模,推导了考虑地球曲率的斜视和后视相机的像移速度和偏流角计算公式。以交会角为25°的离轴三反航天测绘相机为例,分析了斜视相机以正视为准调整行周期和偏流角,以及兼顾正视、斜视相机调整偏流角时,像移速度匹配残差和偏流角调整残差对图像质量的影响。分析结果表明,以调制传递函数下降5%为约束,当积分级数大于5时,应分别调整斜视和正视相机的行周期;按正视相机调整斜视相机的偏流角时,积分级数应取71以内;若兼顾正视、斜视相机调整偏流角,当积分级数为96时,对正视、斜视相机的成像质量无本质影响。

空间相机像移速度计算方法及DSP实现

为了精确匹配地物运动在空间相机像面上产生的像移,实现了以WGS-84坐标系下航天器位置向量及速度向量、航天器轨道坐标系下姿态角及姿态角速率作为输入参数的像移速度计算方法。首先,在原有像移速度计算模型的基础上选取惯性坐标系,降低了求解轨道倾角和降交点经度的复杂性。通过球面几何的余弦定理直接求解航天器与降交点相对地心夹角的余弦值,避开了原像移速度计算模型中通过判断卫星飞行方向和星下点纬度来求解航天器与降交点相对地心夹角余弦值这一过程。然后,有机联系星下点的经度和纬度与FLASH的地址,避开访问高程数据时繁琐的查表过程。通过分析像移速度残差对相机MTF的影响,评估了像移速度计算模型的可行性。最后,在TI的DSP上实现了像移速度的整个计算过程。分析及实验结果表明,像移速度计算残差为0.15%,引起相机的MTF下降为1%,像移速度计算时间<2ms,满足空间相机对像移速度的计算精度和计算时间等要求。

线阵-面阵CCD三线阵立体测绘相机焦平面组件的研制

介绍了线阵-面阵CCD(LMCCD)制式相机的相关原理,提出实现LMCCD相机的关键在于相机焦平面组件的研制。给出了LMCCD相机焦平面组件在研制过程中的关键技术,如LMCCD像面基板与CCD的高精度拼接,焦平面组件电子学部分的低噪声、高集成度设计,焦平面组件在真空环境下的热噪声抑制和热传导设计,以及焦平面组件的装配和焊接等。最后,给出了研制和测试结果。LMCCD拼接的共面精度优于5μm,平移量和平行度均优于2μm;在典型工作情况下,实验室测试信噪比优于90;在15min的工作周期下,焦面组件的温度控制在30℃以下。这些结果满足LMC-CD制式相机关于CCD拼接、焦面温度控制和信噪比的要求。

多路基于TLK2711高速串行图像数据的传输系统

为提高多路高速串行图像数据传输在航天应用中的FPGA IO利用率,同时克服接收到的多路并行恢复数据相对相位不确定性问题,采用时钟分路器同时为多路TLK2711和FPGA提供低抖动时钟。对于串行数据发送,采用FPGA内部的数字时钟管理单元(DCM)对发送数据的相位进行调整,并采用TLK2711的内部环回功能进行发送数据和时钟相位的动态自适应调整。对于串行数据接收,采用高速异步数据缓存将多路相对相位不确定的数据调理为参考相同时钟,最终转换为满足Camera Link接口协议的图像数据。实验结果表明,采用时钟分路器可大大降低时钟抖动,该传输系统工作稳定可靠,最大传输速率可达6.8Gbit/s。此方法可大大提高FPGA内部的资源利用率,实现多路并行恢复数据的相对确定相位,满足多通道基于TLK2711的高速串行数据的高稳定传输要求。

基于Camera Link协议的CCD图像采集系统

为满足航天相机系统快速、高质量的成像要求,设计了一种基于Camera Link协议的高速CCD(ChargeCoupled Device)图像采集系统。该系统采用CPLD(Complex Programmable Logic Device)、专用视频处理芯片TDA8783、乒乓结构的存储器进行设计,并使用时间延迟积分(TDI:Time Delay Integral)的工作方式,通过设置单级积分时间长度和积分级数改变总积分时间长度。实验结果表明,该系统能同时输出两路CCD电压信号,最高数据输出速率达15帧/s,信噪比大于50dB,两通道的不均匀性小于2%,满足航天相机系统的高速、高分辨率设计要求。

航天相机地检设备电源管理系统设计

为预防调试时交流220V经地检设备串入航天相机而引起损坏,采用铅酸蓄电池对地检设备供电,设计了航天相机地检设备的电源管理系统.介绍了铅酸蓄电池和DC-DC转换电路的特点并对电源管理系统的硬软件进行了设计.采用4个阶段快速充电法以满足提高蓄电池寿命和快速充电要求;采用DC-DC降压电路产生输出电压以提高蓄电池能量的利用率;通过对蓄电池充放电过程中电压、电流、充放安时累计及温度进行自动检测,可严格控制充放电过程并实时处理.结果表明:该航天相机地检设备的电源管理系统有效地实现了与交流220V的隔离,节约了充电时间,延长了使用寿命,降低了能耗.具有可靠性高、智能性强的特点,具有较强的实用价值和保护报警功能.

基于启发式搜索的灵活规划的算法研究与系统实现

随着智能规划研究的深入,经典规划已不能满足实际应用的需要。本文分析了经典规划无法满足实际应用要求及产生灵活规划的原因。在对启发式搜索和灵活规划深入研究的基础上,提出了利用启发式搜索的方法来处理灵活规划问题的思想,并给出了基于启发式搜索的灵活规划算法和求解模型。采用智能规划中的基准问题对该算法进行测试,实验表明该方法在处理很多领域问题上都可以得到非常好的效果。

多路高速短消隐期线阵CCD图像数据存储设计

针对频率超过100MHz的高速航空航天遥感相机图像数据瞬时并行存储困难问题,提出了一种多路高速短消隐期CCD图像数据存储的方法。先将各路图像数据并行存储到SDRAM阵列,然后再逐路读出图像数据并经采集卡存储到主机的硬盘上;针对SDRAM需定时刷新开销大的问题,将输入图像数据进行位宽变换,降低SDRAM的读写时钟频率;采用串并转换和并串转换操作结合异步FIFO进行不同时钟域数据接口,解决了高速下图像数据非整数倍位宽转换难题,并给出了SDRAM最低的工作频率和异步FIFO的最小深度的计算公式。研究应用结果表明,以FPGA为数据处理和控制核心的设计满足应用要求,并行接收总数据率高达4.13Gbit/s。

一种简易矩形波发生器设计

为满足宽工作频率和占空比调节范围,特别是高频高幅度输出要求,提出了一种基于现场可编程门阵列、驱动器和数控电源来实现矩形波发生器的设计方法.通过现场可编程门阵列内部计数器的控制实现输出信号频率和占空比调节,数控信号改变驱动器电源电压,从而实现输出信号幅度的数字控制.实验结果表明:该系统结构简单,功耗低,输出信号的频率和占空比调节范围大,频率精确度高;产生的波形稳定,失真小,抗干扰能力强,可满足高频高幅度输出的特殊要求.

LMCCD立体测绘成像设计

受现今轨道和姿态测量以及姿态控制精度的限制,与传统三线阵立体测绘相比,采用线面阵CCD阵列(LMCCD)测绘体制可提高全球无地面控制点立体测绘精度。详细介绍了LMCCD立体测绘体制下的传感器配置、时间延迟积分(TDI)工作方式及狭小空间线路板连接和LMCCD同步控制方法。经测试该相机能有效削减测轨、测姿误差,满足无地面控制点1:50 000比例尺地图应用要求,性能还可进一步改进提高。

三线阵立体测绘相机图像对时系统设计与实现

为了满足摄影测量对三线阵立体测绘相机图像对时精度的要求,设计并实现了三线阵立体测绘相机图像对时系统。首先,描述了三线阵立体测绘相机时间同步原理。然后,根据时间同步原理,对三线阵立体测绘相机图像对时系统进行了总体设计,并详述了本地时间系统建立过程及图像对时信息生成过程。最后,对三线阵立体测绘相机图像对时系统进行了验证,分析了误差链路对系统的影响,并测试了图像对时系统的误差。实验结果表明:图像对时系统的时间精度优于21 us。三线阵立体测绘相机图像对时系统满足摄影测量对时间精度的要求。

基于像元块区域相关技术的DEM自动提取

利用三线阵CCD图像自动提取数字高程模型(DEM)的关键问题是立体像对的匹配相关技术。文章论述了像元块区域相关的匹配算法,首先在前视CCD扫描记录的图像上定义均匀的空间格栅,然后通过该图像每个格栅点周围的像元组与后视CCD扫描记录图像某点周围的像元组的相关性比较,寻找相应的匹配点。最后通过像元块的区域相关技术对三线阵CCD相机扫描记录的沙盘地形数据进行处理,给出了沙盘地形的数字高程模型。

基于多视场星敏感器的姿态确定方法

星敏感器是目前航天器姿态测量精度最高的器件,与传统的单视场星敏感器相比,多视场星敏感器可以实现三轴同样高精度的姿态测量,提高姿态测量精度;针对单视场星敏感器姿态确定问题,推导了以最小代价函数为指标的QUEST姿态确定算法;对于多视场星敏感器,通过坐标变换方法将多个视场的导航星矢量转换到同一视场中,再利用QUEST算法得到航天器姿态;最后仿真结果表明,坐标变换后进行姿态确定得到的姿态数据与单个视场所得的姿态数据相同,验证了方法的正确性。

多工作模式的刷新成像系统

为克服在轨单粒子翻转并实现灵活可靠的多工作模式,设计了基于Xilinx现场可编程逻辑器件和上海复旦微刷新芯片的刷新成像系统。使用单组菊花链结构的串行总线进行5组刷新成像单元串口控制,FPGA将接收到的数据内部转换后再对刷新芯片配置或重注。通过刷新使能信号控制刷新芯片是否加电,同时决定FPGA以主并工作方式从PROM加载还是从并方式在刷新芯片的控制下加载。通过控制电平设置,实现加载数据源的选择。在各供电电源完毕后,使用外部的复位信号对刷新芯片进行复位,满足刷新芯片复位后立即启动配置的时序要求。实验结果表明,以波特率625 kbit/s菊花链方式,传输单包204 byte的数据仅需0.3776 ms,远低于刷新串口所需的2.01 ms,可以进行多组的分时工作。采用少量单端控制信号结合菊花链串行总线的刷新成像系统,多种工作模式稳定可靠,具备设计灵活性和在轨可维护性。

CMOS和EMCCD在全局快门模式下的信噪比探讨

全局快门在对地观测的超光谱成像、测绘及星敏应用中具有优势,但应用效果也依赖于高信噪比。针对CMOS成像特点,设计了可进行拉灌电流的低压基准源电路,基于低热光学变形的焦面电子学,提出上电初始态不定的多通道串行数据接收方法;针对全局快门所特有的寄生光灵敏度影响,采用分行统计中间行为基准的多点拟合校正方法;按照EMVA1288标准,将前照式CMOS成像系统与制冷背照式EMCCD进行了测试,校正前后单幅图像的标准差分别为3.37和0.42,最大信噪比为123.37,EMCCD的最大信噪比为359.43。结果表明,该校正方法可有效减弱全局快门的固定图形噪声,面阵CMOS在全局快门方式下的信噪比与EMCCD相比还有较大差距。