卫星单粒子和充放电辐射故障快速甄别诊断方法探索

Many researches on anomalies phenomena of spacecrafts showed that the space environment is an important factor for satellite anomalies. Single event effect (SEE) as well as electrostatic discharge (ESD) resulting from spacecraft discharging are still major mechanisms for space environments affect spacecraft at home and abroad. Because of the complexity and confidentiality of satellite radiation fault, it is a pity that until now the two outstanding space environment effects are studied and applied separately. It is the main reason that the satellite fault induced by SEE and ESD can not be diagnosed effectively. Basing on the differences of the appearance character of the satellite radiation fault induced by SEE and ESD for representative samples, a rapid diagnosis method for radiation fault of satellite induced by single event effect and spacecraft charging and discharging has been firstly proposed in this project. The research can strongly support for the protection technology of satellite's space environment and the diagnosis method of satellite's radiation fault.

国内外的航天实践表明，空间环境是导致卫星异常的重要因素，其中单粒子效应和充放电效应始终是空间环境诱发卫星异常最主要的两种途径。由于卫星辐射异常问题复杂并涉及诸多商业和技术秘密，单粒子效应和充放电效应一直在各自技术领域里被独立研究，导致当前还没有一种探测方法能有效的诊断单粒子效应和充放电效应导致的卫星故障。本项目基于星用器件的单粒子效应和充放电效应辐射故障表现特征的差异研究，率先提出了一种卫星单粒子效应和充放电效应辐射故障的快速甄别诊断方法，其研究成果可为卫星空间环境防护设计技术的进步和卫星异常诊断技术的提高提供有力的支撑。

本项目重点研究了典型卫星用器件—SRAM和运算放大器的单粒子效应和充放电效应辐射故障表现特征的差异，基于差异研究结果，设计和研发在轨快速甄别诊断单粒子效应和充放电效应故障的处理电路，建立器件辐射诱发故障与单粒子效应或充放电效应之间的映射关系，最终集成研发了在轨卫星单粒子和充放电辐射故障的快速甄别诊断原理样机。取得的标志性成果为：获得了典型卫星用器件（SRAM和运算放大器）的单粒子效应和充放电效应辐射故障表现差异的特征，设计了单粒子和充放电辐射诱发的器件翻转和瞬态脉冲信号的拾取、分析和统计计数的甄别电路，最终研发了在轨甄别诊断原理样机。发表SCI/EI高水平论文4篇及专利申请2项。主要创新点为：（1）率先开展了卫星用典型器件的单粒子效应和充放电效应导致错误的表现特征比对研究，建立了器件单粒子和充放电辐射诱发错误与辐射类型的映射数据库；（2）创新的提出了卫星在轨单粒子和充放电故障的快速甄别诊断技术。主要结论为：（1）单粒子效应和充放电效应作用SRAM和运算放大器的异常表现特征整体相似，但在SRAM器件存储位错误类型、敏感区域以及运算放大器输出脉冲极性等方面存在较大差异；（2）研制的甄别诊断原理样机，能快速甄别诊断单粒子效应和充放电效应辐射作用器件导致的错误。