面向卫星电子系统抗辐照能力的量化验证与评估技术

It's one of the key to improve the radiation tolerance of satellite electronic system in the quality of the satellite. The verification and evaluation of satellite radiation tolerance is currently still depend on experts’ experience and testing. Applying the theory and methods of quantitative verification in studying the satellite radiation tolerance, will be free of experience as well as saving the high costs. In this project, we focus on the theory and technology of quantitative verification based on statistical methods, and propose a set of feasible verification and evaluation methods. These research results would be very important in theoretical part and practical value.. Based on the previous work, the aims of this project are as follows: (1) research and development of software fault injection experiments of satellite electronic systems, which provide effective experimental data for quantitative verification and evaluation of radiation tolerance. (2) study on the quantitative verification theory and evaluation technology based on Bayesian statistics, which provide the theoretical basis and technical support for the verification and evaluation of radiation tolerance in satellite electronic systems. (3) establishment of a more perfect verification and evaluation system, to provide effective solutions for the evaluation of radiation tolerance in satellite electronic systems.

卫星电子系统抗辐照能力是影响卫星质量的关键环节之一， 对卫星抗辐照能力的验证和评估目前还停留在经验和测试阶段。 将量化验证理论方法应用到卫星抗辐照能力的验证与评估中， 在节约测试高额成本的同时，使得验证与评估更加客观合理。 本项目着重研究基于贝叶斯统计理论的量化验证理论方法与技术， 针对卫星电子系统抗辐照能力提出可行的验证方法与评估体系。 其研究成果具有重要的理论意义和很强的应用价值。 . 在前期的工作基础上， 本项目主要研究以下三部分： （1） 卫星电子系统的运行时软件故障注入试验的机制设计， 为卫星电子系统抗辐照能力的分析验证提供有效的试验数据。 （2） 基于贝叶斯统计理论的验证理论研究及工具开发，为卫星电子系统抗辐照能力的验证提供理论基础和技术支撑。（3）建立有效的卫星电子系统抗辐照能力的验证的有效方案和完善的评估体系。

卫星电子系统的抗辐照能力是卫星质量的重要指标之一。基于少量数据的自动化（或半自动化）的验证评估方法逐渐成为此领域的研究热点。一方面尽可能的使用少量的地面试验数据，节约实验成本，另一方面尽可能的客观准确验证各项指标，减少对专家经验的依赖。基于此研究背景，项目完成了以下研究成果：（1）卫星电子系统抗辐照能力评估的数据获取实验，包括敏感器件的单粒子效应摸底试验以及卫星电子系统应用实例的单粒子效应考核；（2）基于概率模型检测技术的卫星电子系统抗辐照能力验证技术及工具和系统评估技术与工具；（3）提出两种理论方法解决卫星电子系统抗辐照能力评估中的两个科学问题。包括提出一种分层抽样损坏平移方法的新框架, 解决小概率数据获取难的问题；以及一种基于梯度提升决策树的任务预验证技术，解决系统组合数爆炸问题。. 本项目属于交叉领域的研究，着重于量化验证技术和评估方法在卫星电子系统领域的应用。既有丰富的理论成果，又有极强的应用价值。. 在前沿理论方法上，提出基于统计模型和机器学习的量化验证理论与方法，研发了一系列的量化验证工具。利用先验分布函数和后验分布函数的共轭关系减少所需抽样样本数量，研发了统计模型检测工具；利用神经网络学习模型提高了在超长路径上验证的效率，研发了随机模型检测工具；利用贝叶斯网络和分层抽样损坏偏移技术提高了样本数据的均衡，研发了行为分析与预测工具。. 在航空航天领域应用方面，针对卫星电子系统抗辐照能力，基于量化验证技术提出一套可行的验证与评估方面，形成面向航空航天领域的量化验证与评估理论支撑。从卫星电子系统故障模型、关键器件辐射损伤故障率以及加固系统故障信息的模糊性的角度分析研究卫星电子系统在轨辐射故障率和系统不确定性，提出合理的统计量化验证方法，开发有效的验证工具；同时为卫星电子系统的抗辐照能力验证建立较为完善的验证体系。