容错技术论文范例6篇

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容错技术论文

容错技术论文范文1

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信息技术论文参考文献:

[1]肖勇.面向航天的多源信息流系统综合诊断与容错研究[D].东华大学2010

[2]姚克明.火星无人机控制与自主导航关键技术研究[D].南京航空航天大学2011

[3]闫鑫.基于滑模的航天器执行机构故障诊断与容错控制研究[D].哈尔滨工程大学2012

[4]高春岩.基于模型的执行器故障诊断及其在卫星姿控系统中的应用[D].哈尔滨工业大学2013

[5]栾茹,傅德平.24kV蒸发冷却汽轮发电机定子绝缘结构的可行性研究[J].中国电机工程学报.2005(11)

[6]胡国,李朝晖,杨兴斌,曾洪涛.葛洲坝电厂19F机组励磁系统状态监测与诊断[J].水电自动化与大坝监测.2005(02)

[7]程养春,李成榕,王伟.发电机局部放电脉冲沿定子绕组传播规律的研究[J].电网技术.2005(08)

[8]张筱磊.基于概率模型的故障诊断及在航天器中的应用[D].哈尔滨工业大学2013

[9]李朝晖,杨贤,毕亚雄.水电机组数字化及其工程应用[J].电力系统自动化.2008(23)

[10]程养春,李成榕,王伟,林耀洲.发电机定子局部放电检测中励磁干扰耦合规律的研究[J].电网技术.2005(03)

信息技术论文参考文献:

[1]杨贤.面向智能水电站的远程监测与分析系统[D].华中科技大学2012

[2]谢国财.基于团队智能的水电机组集成监测方法研究与实践[D].华中科技大学2012

[3]管宇.卫星姿态控制系统的故障诊断与容错方法研究[D].哈尔滨工业大学2012

[4]金洋.基于传递系统模型的在轨卫星故障诊断方法研究[D].哈尔滨工业大学2013

[5]胡雷.面向飞行器健康管理的新异类检测方法研究[D].国防科学技术大学2010

[6]宋其江.基于有向图模型的故障诊断方法研究及其在航天中的应用[D].哈尔滨工业大学2010

[7]梁伟光.基于证据理论的在轨航天器故障诊断方法研究[D].中国科学技术大学2011

信息技术论文参考文献:

[1]肖志怀.水利枢纽闸门维护自动化-故障诊断技术研究[D].华中科技大学2004

[2]郭江.电厂维护中基于虚拟现实及智能的人机融合技术[D].华中科技大学2004

[3]陈燚涛.水轮机调速系统优化维护理论与实践[D].华中科技大学2005

[4](美)戴维斯(Davis,B.),编.项目经理应该知道的97件事[M].人民邮电出版社,2011

[5]何声武[着].随机过程引论[M].高等教育出版社,1999

[6]刘明军.变压器局放超高频监测与基于知识的分析方法研究[D].华中科技大学2011

[7]徐永.大型水轮发电机组轴系动力学建模与仿真分析[D].华中科技大学2012

[8]杨贤.面向智能水电站的远程监测与分析系统[D].华中科技大学2012

[9]艾远高.基于虚拟现实的水电机组状态监测分析方法研究[D].华中科技大学2012

[10]邓友汉.双馈风力发电机最大风能捕捉及低电压运行技术研究[D].武汉大学2014

[11]许波峰.基于涡尾迹方法的风力机气动特性研究[D].南京航空航天大学2013

[12]谢国财.基于团队智能的水电机组集成监测方法研究与实践[D].华中科技大学2012

[13]孙鲜明.复杂工况下风力发电机组关键部件故障分析与诊断研究[D].沈阳工业大学2014

[14]艾友忠.葛洲坝电厂最优维护方法研究与实践[D].华中科技大学2007

[15]万元.大型发电机局部放电在线监测与分析方法研究[D].华中科技大学2009

容错技术论文范文2

【关键词】冗余容错设计 故障率 静态冗余系统

0前言

硬件是计算机的基础,硬件容错技术主要是利用多份硬件来实现的,即是利用冗余来实现容错。并且硬件冗余的级别越低,故障率降低的效果越好,但增加了故障检测和电路设计的困难。在实际应用中,最常见的有静态冗余、动态冗余和混合冗余等模式。

1计算机控制系统的硬件冗余容错设计

1.1电路级冗余设计

1. 2静态冗余系统

静态冗余是指冗余结构相对固定,不随发生故障的情况变化而变化的一种冗余形式。静态硬件冗余的工作形式是将发生的故障加以隐蔽,来达到防止故障造成差错的目的。静态冗余的原理就是通过表决的形式来决定掩蔽发生的故障。静态冗余模块是系统运行时必要的组成部分,模块在工作时全部参与运行,即多个模块执行相同的功能,表决器通过多数一致原则输出分析结果以达到隐蔽故障的目的。静态硬件冗余的形式通常是三模冗余。即三个相同的模块接收共同相同的输入并将产生各自的结果,送至表决器。表决器的输出则取决于模块输入结果。即如果有一个模块故障,另两个模块正常,则正常模块的输出可将故障模块的输出屏蔽,以达到防止故障造成差错的目的。

1.3动态冗余系统

动态硬件冗余系统是由若干相同模块共同组成的,以故障检测及系统恢复等方式来达到容错的一种硬件冗余系统。动态硬件冗余系统的特点是系统的冗余结构是随故障情况的变化而发生变化,并且动态硬件冗余系统在规定时间内进行模块重组并恢复正常运行;因此动态硬件冗余系统是允许故障产生差错,但避免差错产生失效。

动态硬件冗余有备份替换和双机比较两种主要工作方式。

1.4混合冗余系统

混合冗余系统的实质就是将静态冗余系统和动态冗余系统结合起来。通常,混合冗余系统由静态冗余的TMR核心模块、备份模块、表决机构等组成,并由切换机构确保静态冗余的TMR核心的完整性,即当TMR核心模块中有一个发生故障,立即以无故障的备份模块取代。

2.计算机控制系统的硬件冗余容错设计分析

在电路级冗余设计中,从上面的结果可以看出,当开路故障率比短路故障率小时,以先串后并结构为好,反之以先并后串结构为好。

静态静态冗余系统中,以三模冗余系统与单模系统可靠度的关系为例。三模表决系统的平均无故障时间是单模系统的5/6,那么,我们把两者的可靠性曲线一起绘于图1。由图可见,当Rt>0.5时,三模系统的可靠度高于单模系统,当R(t)

动态冗余系统由于系统恢复使用某种重组技术,,系统的冗余结构将随故障情况发生的变化而变化,因此这种技术不防止故障产生差错,但防止差错产生失效。

在混合冗余系统中,当不一致检测器检测TMR模块中有一个模块的输出结果与表决机构的输出结果不一致时,则系统将该模块切换,并用备份模块予以替换。只要有多数模块输出正确,则表决机构的输出就是正确的。备用模块是TMR模块输出结果不一致时替换TMR模块,直至备用模块全部用完,所以备份模块的数量的越多,混合冗余系统的可靠性也就越高。由上可知,混合冗余系统利用其自身结构有效地使计算机系统运行的可靠性提高,并延长了其无故障运行时间。

3总结

根据上述分析可知,在电路级冗余容错设计中,应根据其短路故障概率及开路故障概率来判断其容错设计型式。静态冗余系统中,只有当单模系统的可靠性比较高时,所构成的多模表决系统才能有比单模系统更高的可靠度。动态冗余系统则需注意其适用范围。混合冗余系统则有较高的无故障运行时间。

参考文献:

容错技术论文范文3

[论文摘要]随着计算机技术的发展,使存储数据的技术手段也发生很大变化。存储信息并且防止信息丢失就成为了一个首要问题。利用RAID技术可以把数据分布到多个硬盘上,从而取得更好的稳定性和性能。

一、引言

随着计算机技术的快速发展和计算机应用的不断深入,计算机已经逐渐介入了我们的生活的方方面面,同时各个方面对计算机技术提出了更高的要求,为了适应人们的需要,计算机技术不断的在各个方面变革着。Internet的普及更加剧了信息的几何化增长,于是存储信息并且防止信息丢失就成为了一个首要问题。当然用于存储信息数据的设备就是关键了:比如对于一个大型的网站来说,因为存储设备的故障导致网站的片刻的瘫痪,也可能带来巨大的损失。那么,如何解决这一问题呢?很显然单靠用多个硬盘简单的备份不能从根本上解决问题。这时一种叫做独立冗余磁盘阵列(RAID)的技术就应运而生了,这种技术可以把数据分布到多个硬盘上,从而取得更好的稳定性和性能。

二、RAID技术

(一)RAID技术简介。RAID就是一种由多块廉价磁盘构成的冗余阵列,在操作系统下是作为一个独立的大型存储设备出现。RAID可以充分发挥出多块硬盘的优势,可以提升硬盘速度,增大容量,提供容错功能够确保数据安全性,易于管理的优点,在任何一块硬盘出现问题的情况下都可以继续工作,不会受到损坏硬盘的影响。

数据冗余的功能可以保证用户数据一旦发生损坏,就可利用冗余信息使损坏数据得以恢复,从而保障了用户数据的安全性。在用户看起来,组成的磁盘组就像是一个硬盘,用户可以对它进行分区,格式化等等。总之,对磁盘阵列的操作与单个硬盘一模一样。不同的是,磁盘阵列的存储性能要比单个硬盘高很多,而且可以提供数据冗余。

(二)RAID的几种模式。RAID的级别从RAID概念的提出到现在,已经发展了多个级别,有明确标准级别分别是0、1、2、3、4、5等。但是最常用的是0、1、3、5四个级别。其他还有6、7、10、30、50等。

1.RAID0。RAID0又称为Stripe或Striping,即DataStripping数据分条技术,它代表了所有RAID级别中最高的存储性能。RAID0是由多个硬盘并发协同工作完成数据的读写,数据被均匀分布在各个硬盘上,一般情况下,使用的硬盘越多,读写的速度越快。RAID0的特点是读写速度快,并且价格便宜;缺点是安全性相对较差,因为在RAID0中的一个硬盘出现故障时,整个阵列的数据将会丢失。RAID0是最快和最有效的磁盘阵列类型,但没有容错功能。因此,RAID0不能应用于数据安全性要求高的场合。

2.RAID1。RAID1称为磁盘镜像。原理是在两个硬盘之间建立完全的镜像,即所有数据会被同时存放到两个物理硬盘上,当一个磁盘出故障时,仍可从另一个硬盘中读取数据,因此安全性得到保障。但系统的成本大大提高,因为系统的实际有效硬盘空间仅为所有硬盘空间的一半。

3.RAID3。RAID3是把数据分成多个“块”,按照一定的容错算法,存放在N+1个硬盘上,实际数据占用的有效空间为N个硬盘的空间总和,而第N+1个硬盘上存储的数据是校验容错信息,当这N+1个硬盘中的其中一个硬盘出现故障时,从其它N个硬盘中的数据也可以恢复原始数据,这样,仅使用这N个硬盘也可以带伤继续工作(如采集和回放素材),当更换一个新硬盘后,系统可以重新恢复完整的校验容错信息。由于在一个硬盘阵列中,多于一个硬盘同时出现故障率的几率很小,所以一般情况下,使用RAID3,安全性是可以得到保障的。与RAID0相比,RAID3在读写速度方面相对较慢。

4.RAID4。RAID4即带奇偶校验码的独立磁盘结构,RAID4和RAID3很像,它对数据的访问是按数据块进行的,也就是按磁盘进行的,每次是一个盘,RAID4的特点和RAID3也挺象,不过在失败恢复时,它的难度可要比RAID3大得多了,控制器的设计难度也要大许多,而且访问数据的效率不怎么好。5.RAID5。RAID5把校验块分散到所有的数据盘中。RAID5使用了一种特殊的算法,可以计算出任何一个带区校验块的存放位置。这样就可以确保任何对校验块进行的读写操作都会在所有的RAID磁盘中进行均衡,从而消除了产生瓶颈的可能。RAID5的读出效率很高,写入效率一般,块式的集体访问效率不错。RAID5提高了系统可靠性,但对数据传输的并行性解决不好,而且控制器的设计也相当困难。

6.RAID6。RAID6即带有两种分布存储的奇偶校验码的独立磁盘结构,它是对RAID5的扩展,主要是用于要求数据绝对不能出错的场合,使用了二种奇偶校验值,所以需要N+2个磁盘,同时对控制器的设计变得十分复杂,写入速度也不好,用于计算奇偶校验值和验证数据正确性所花费的时间比较多,造成了不必须的负载,很少人用。

7.RAID7。RAID7即优化的高速数据传送磁盘结构,它所有的I/O传送均是同步进行的,可以分别控制,这样提高了系统的并行性和系统访问数据的速度;每个磁盘都带有高速缓冲存储器,实时操作系统可以使用任何实时操作芯片,达到不同实时系统的需要。允许使用SNMP协议进行管理和监视,可以对校验区指定独立的传送信道以提高效率。可以连接多台主机,当多用户访问系统时,访问时间几乎接近于0。但如果系统断电,在高速缓冲存储器内的数据就会全部丢失,因此需要和UPS一起工作,RAID7系统成本很高。

8.RAID10。RAID10即高可靠性与高效磁盘结构它是一个带区结构加一个镜象结构,可以达到既高效又高速的目的。这种新结构的价格高,可扩充性不好。

9.RAID53。RAID7即高效数据传送磁盘结构,是RAID3和带区结构的统一,因此它速度比较快,也有容错功能。但价格十分高,不易于实现。

三、RAID级别的的选择

使用的容错算法和分块大小决定RAID使用的应用场合,在通常情况下,RAID3比较适合大文件类型且安全性要求较高的应用,如视频编辑、硬盘播出机、大型数据库等;而RAID5适合较小文件的应用,如文字、图片、小型数据库等。RAID级别的选择有三个主要因素:可用性(数据冗余)、性能和成本。

四、RAID技术的实现方法

RAID实现有两种方法,一种是用专门的控制新片来完成,控制芯片可以做成RAID卡的形式,也可以集成在主板上。另一种方法是用软件的方法来实现,比如WIN2000就含有软件RAID的功能。

总之,冗余磁盘阵列RAID技术,能够将有效数据和校验数据均匀分布在多个硬盘中并加入校验数据,当有硬盘损坏时,通过校验数据恢复损坏硬盘申的数据。在恢复过程中,不影响系统的服务。同时,RAID系统可以大幅度提高磁盘数据1/0(input/outpu志;输入输出)的性能。通过配置并使用RAID系统,可以最大限度地减少由于硬件损坏造成的系统故障和数据丢失。

参考文献:

[1]基于网络RAID结构的IP存储广域网性能研究/崔宝江著。

容错技术论文范文4

关键词: JSP 毕业论文 系统的设计与实现

随着计算机及网络的发展和普及,各高校的校园网络技术不断完善,健全,学生和老师使用网络来进行学习和工作的机会越来越多,毕业设计和论文史学生在校期间的最重要的一个学习过程之一,所以,使用信息化管理毕业设计和论文势必要取代手把手教学的模式。该系统是高校进行学生管理工作的一部分,也是学生和教师互动的接口,它的应用给学生,老师,行政部门都带来了大大的方便,既节省了教师与学生的宝贵时间,也规范和完善了毕业设计这个环节的管理。

1 系统简介及使用工具

本系统的功能是进行毕业设计,由学院布置教师的毕业设计指导任务,让学生选题,准备开题,教师允许开题后教师和学生在网站上进行交流,完善设计后开始撰写论文,毕业论文完毕,学生开始答辩,由教师审核并给出修改意见,最后教师给出成绩。

毕业论文系统采用了JSP网站开发技术,网页设计软件Dreamweaver 8,SQL Server数据库技术,JDBC数据库连接技术来制作。JSP技术以Java Servlet为基础,保留了Java技术简单易用、面向对象、平台无关性和安全可靠的特点。Dreamweaver 8可以使用服务器技术(例如,CFML,ASP,,JSP和PHP)生成动态的、数据库驱动的Web应用程序。SQL Server采用SQL语句执行操作,这些语句可以作为脚本语句直接在数据库环境中编译运行,还可以嵌入到其他宿主语言中去。JDBC可以连接的数据库包括Oracle,SQL Server, MYSQL,Sybase, DB2,Access,来满足不同编程人员对数据库开发的要求。

2 系统的功能设计

根据毕业设计和论文的完成要求,功能分为3个模块,包括教师,学生,管理人员。

系统的功能模块划分如下:

管理员:设置功能与权限,学生与教师信息管理,题目审核,论文指导工作安排,公告,指导教师与学生调剂,数据保存,生成报表和文件

教师:教师基本信息,论文题目,查看选题,处理题目,论文查看,公告与回复,成绩评定

学生:学生的信息,指导教师与题目,选题功能,提交论文与发言,查看成绩

3 系统的实现

3.1 系统前台和后台的实现

系统的前台实现主要使用控件,后台功能的实现使用代码,列举其中2个功能模块的实现过程如下:

学生注册页面的实现

学生注册信息包括学号,姓名,专业,班级,电子邮件,联系电话,QQ号码

其后台功能代码是:

3.2 系统数据库的实现

本系统的功能就是教师指导学生进行毕业设计,由学院布置教师的毕业设计指导任务,由教师先给出专业方向让学生选题,审题后布置任务,学生开始收集资料并准备开题,教师确定开题后学生开始进行毕业设计,在设计期间教师和学生在网站上进行交流,完善设计后开始撰写论文,教师一直都在网站上辅导,到了规定的时间,毕业论文完毕,学生开始预答辩,由教师审核并给出修改意见,学生正式答辩,教师在答辩后再给出完善意见来达到最满意的程度,最后教师根据整个毕业设计指导过程结合答辩组的意见给出成绩,最后将答辩的所有相关文件和资料都保存到网站上供其他人来浏览。

4 系统的测试

4.1 服务器的安全性和稳定性的测试

包括服务器能否可以长时间稳定的运行,网络传输率的计算

4.2 程序及数据库测试

所选的操作系统和数据库系统是否稳定,严密,测试程序是否有好的容错性,并用各种实例对系统的功能进行测试,例如,用户注册,学生选题,教师发公告等

4.3 网页兼容性的测试

毕业论文系统最终测试的阶段将能够看到各个阶段的结果,其目的是为系统在高等院校的投入使用做好准备。 使用各种浏览器,显示器和浏览网页的方法对系统进行测试,检查页面是否正常显示,页面打开和跳转的时间等。

5 总结

论文分析了毕业论文系统的必要性;研究了系统的设计与实现;以及测试了系统的应用。由于时间及个人专业水平有限,所做的工作还有很多待完善的地方,还有很多需要解决的问题,进一步的工作还包括:

(1) 扩充系统的数据库

更好的利用SQL Server技术进行数据库的扩充,使系统更好的管理毕业论文环节。

(2) 增加系统的功能模块

随着网络的不断发展,例如延期和提前答辩,网上答辩等模块还需要增加

(3) 毕业论文与其他教学环节的联系

毕业论文是重要的教学环节,学生是否能取得毕业证与毕业论文的完成情况有重大联系,所以,学院的其他部门的工作也要参考毕业论文系统的信息

参考文献

[1] 耿祥义、张跃平,JSP基础教程(第2版),清华大学出版社,2009年10月第二版,132-174

[2] 林振荣、徐苏,JSP程序设计,中国铁道出版社,2010年6跃第1版,144-225

[3] 方逵,JSP编程技术与应用,高等教育出版社,2003年10月第1版,204-212

[4] 宋昆、李严, SQL Server数据库开发实例解析,机械工业出版社2006:10-89

[5] 张莉, SQL Server数据库原理及应用教程,清华大学出版社,2003:30-140

[6] 王国辉、牛强、李南南,ASP信息系统开发实例精选,机械工业出版社 2005:180-300.

[7] 张跃廷、王小科、许文武,JSP数据库系统开发案例精选,人民邮电出版社,2007年1月,第1版,220-350

英文翻译:

The Design and Implementation of Thesis system based on JSP

E JING JING

Computer Science and Technology institute of Hulunbeier College Inner Mongolia Hulunbeier 021000

容错技术论文范文5

论文提要:如何进行金融电子化风险控制就成为当前我国金融改革与发展面临的主要问题。随着电子化程度的提高、网络化程度的扩大,金融电子化风险逐渐成为防范化解金融风险的一项重要内容。

金融电子化是计算机技术和通信技术在银行及其电子金融机构业务和管理领域的应用。在信息技术的应用已经渗透到金融领域各个环节的今天,金融电子化的风险防范,不仅直接关系到金融机构的生存发展和经营竞争的成败,也与国民经济的健康发展息息相关。

一、金融电子化风险分析

1、制度风险。制度风险是指在金融电子化业务中,由于制度制定有漏洞或执行不到位所造成的潜在风险。一是密钥口令管理混乱,定期更换口令没有规范的文字记录;二是由于目前在金融系统还没有一个绝对权威的电算化制度,使得各金融机构执行起来无章可循;三是内控制度不健全也是金融电子化建设中的薄弱环节,有的银行虽然有相应的内控制度,但内容陈旧,已不适应当前电子化应用需要。

2、系统风险。随着技术的发展,金融电子化系统变得越来越复杂。一个大型的金融电子化系统往往由多个子系统构成,它的设计是一个非常复杂的系统工程,所涉及到的技术领域很多。因此,在设计过程中难免由诸多因素造成所研制开发出来的系统存在这样或那样的安全漏洞和隐患。在金融电子化的系统运行过程中,由于计算机软件、硬件、通信等各个环节和外部环境引起的风险问题。目前,金融电子化系统的网络化程度很高,所涉及到的环节很多,如计算机软件、计算机硬件、通信、供电、机房环境与众多技术环节,还会遇到外部的雷电、电磁干扰等不确定因素,都可能造成金融电子化的风险问题。

3、管理风险。一是由于银行领导及部门负责人的认识有偏差,只注重计算机在金融电子化业务中的应用,而忽略了计算机安全管理工作,对计算机安全防范认识不足,容易给工作留下隐患;二是业务操作培训不规范,对金融电子风险防范意识教育不够;三是计算机应用与管理需要科技部门和业务部门的相互配合和相互支持,但由于一些银行业务部门和科技部门互相扯皮,致使个别银行计算机管理无人问津;四是稽核部门监督手段落后,传统的检查方法已不适应当今电子化发展的形势,致使稽核检查层次不高、深度不够,起不到真正的监督效果。

二、金融电子化风险防范对策

金融电子化风险问题普遍存在,并随着时间的推移和技术的发展会不断出现新问题和新形式。需要不断研究新变化,要与时俱进采取切实可行的应对措施。针对目前金融电子化风险问题,应主动采取相应的防范措施。

1、建立和完善各项规章制度,狠抓安全制度的贯彻落实。加强对系统使用人员进行安全教育,树立安全意识;加强计算机、通讯和网络理论知识的培训,提高政治和业务素质;要树立良好的职业道德,自觉遵守各种操作规章制度和操作规程,增强安全防范意识,防止工作中出现不必要的失误。在金融电子化进程中,应当使大家建立金融电子化风险防范意识,在系统设计、开发、验收、运行阶段将应用与安全同时考虑,做到安全促进应用,应用立足于安全。在设计中,尽量采用先进的加密技术,设置层层防线,尽可能地提高防范能力。针对不同的安全威胁应采用不同的技术措施。软件系统应具有容错,尤其当用户在对重要数据进行删除修改操作时,应有提示,以免误删误改。容错性是一个预防措施,容错性的设计应贯穿系统的始终,体现软件以人为本的设计理念。

2、建立有效的监督机制。结合计算机处理业务的特点,对于实时发送电子数据的业务宜采用事后监督,监督人员与业务操作人员必须分离,监督人员对所监督的情况要有详细记录,发现问题及时报告业务主管,业务主管对监督情况要定期或不定期地进行重点抽查,及时发现和纠正错误。

3、保证运行环境的安全是整个金融电子化安全的基本前提。机房建设必须符合国家制定的机房建设标准,做到防盗、防火、防水、防鼠、防尘、防雷电、防电磁辐射和干扰,接地电阻必须达到安全值。配置符合标准的电源设备,配置防雷设备,配置必要的后备机器,保证在工作机发生故障时不会影响银行正常业务的开展。加强设备的管理、维护、检验、更新工作,确保相关设备能正常运转。软件运行环境的关键是采用反病毒技术防止病毒侵害,保证系统的安全。随着计算机技术和网络技术的发展,计算机病毒也在不断升级,变得越来越复杂,破坏性也越来越强,对计算机信息系统造成了极大的安全威胁,极大地影响了系统的安全。反病毒技术应针对病毒传播的途径和破坏的方式建立全方位、完善的防护体系。

主要参考文献:

[1]陈静.21世纪中国金融信息化发展展望[J].中国金融电脑,2008.10.

容错技术论文范文6

关键词:再入段;UKF;联邦滤波;组合导航;可重复使用运载器

中图分类号:V249.32;TP391.9 文献标志码:A

Reentry integrated navigation of reusable launch vehicle based on federated UKF algorithm

REN Fang,LUO Jianjun

(School of Astronautics,Northwestern Polytechnical Univ.,Xi’an 710072,China)

Abstract:With the reentry problem in astronautic technology field,the Unscented Kalman Filter(UKF) algorithm is designed based on federated filter according to the nonlinear characteristic of the state equations in navigation system. And it is applied in the integrated navigation system of Reusable Launch Vehicle(RLV). The integrated navigation system of RLV which includes inertial navigation,satellite navigation and celestial navigation is simulated and compared with the system based on traditional federated filtering algorithm. The result demonstrates that the integrated navigation method and the UKF algorithm based on federated filtering can improve the navigation precision,robustness and reliability.

Key words:reentry;unscented Kalman filter;federated filtering;integrated navigation;reusable launch vehicle

0 引 言

可重复使用运载器(Reusable Launch Vehicle,RLV)是指可以重复使用的、能迅速穿越大气层、自由往返于地球与太空之间的多用途航天器.RLV是降低航天运输费用的有效手段,是未来航天领域发展的必然趋势,而导航系统是RLV的关键技术之一.与航天飞机相比,RLV更重视导航系统的自主性、自适应性、鲁棒性和智能化.[1] 再入问题一直是航天领域科技发展的重点与难点.本文参考国外RLV再入段导航系统现状,给出再入段组合导航方案,并推导再入段非线性状态方程,对再入段组合导航方案进行研究.

UKF(Unscented Kalman Filter)是JULIER等[2,3]提出的1种新的状态估计方法.对于线性系统,UKF的滤波性能与卡尔曼滤波相当;但对于非线性系统,其性能则明显优于推广卡尔曼滤波.[4]本文对RLV再入段组合导航设计基于UKF的联邦滤波算法,仿真试验表明这种方法的可行性.

1 组合导航方案设计

RLV再入段飞行的特点是速度快、攻角大、气动力干扰大,飞行过程中存在黑障现象.X-33的再入段就采用GPS/INS组合导航.

GPS/INS组合可以得到较稳定的位置、速度信息,适中的姿态精度信息,但在黑障区GPS导航失效.天文导航是完全自主的导航方法,基本原理是通过姿态敏感器测量航天器与天体的几何关系,确定航天器的轨道位置,有良好的自主性.[5]惯性/天文组合导航可以在黑障区完成导航任务[1],经过黑障区后重新捕获GPS信号,对惯性导航进行校正.因此,惯性/卫星/天文组合导航是可行的导航方案.

2 基于联邦滤波的UKF算法

传统的导航滤波器采用扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)算法,但对非线性系统EKF不能满足局部线性化假设会导致滤波器性能不稳定.UKF是1种解决非线性问题的新方法,基本思想仍然采用与EKF类似的1套递推公式,通过状态与误差协方差的递推以及利用量测时刻的信息进行更新来估计状态的均值和方差.与EKF不同的是,UKF利用一系列近似高斯分布的采样点,通过UT变换进行状态与误差协方差的递推和更新,不需要计算状态方程和测量方程的Jacobian矩阵,不存在线性化误差,滤波精度优于EKF.因此,针对RLV再入段的状态方程非线性特点,用UKF可以获得更好的滤波精度.

联邦滤波由若干子滤波器和1个主滤波器组成.子滤波器根据各自的观测模型和测量数据进行测量更新,输出局部估计结果;主滤波器处理和融合所有的局部输出,给出全局状态估计,融合后的结果反馈到各子滤波器中,作为下一周期的初值.联邦滤波提高系统的容错能力,但传统联邦滤波中各子滤波器一般用EKF实现,对于非线性系统,滤波精度和稳定性会受影响.本文将UKF方法应用到联邦滤波中,极大提高滤波器的性能.联邦滤波的算法流程如下:(1)确定各子滤波器和主滤波器的初始信息(状态初值及其协方差阵、系统噪声协方差阵、量测噪声协方差阵).(2)信息分配:选择βm=0,βi=1/N的有重置结构,见图1.

由表1和2可以看出,UKF的滤波精度高于EKF.在黑障前UKF虽优于EKF,但优势不明显;在发生黑障后,UKF相对EKF的优势明显,特别是可以有效减小位置估计误差.因此,在黑障发生前使用EKF和UKF均可,但在黑障发生后使用UKF算法较好.

5 结 论

研究可重复使用飞行器再入段组合导航,设计惯性/卫星/天文组合导航方案和基于UKF的联邦滤波算法.结果表明该方案位置精度约为10 m,速度精度为0.05 m/s,姿态精度为0.05°.联邦滤波保证了导航系统的高精度和稳定性.将UKF算法应用到联邦滤波中,比传统的EKF方法能获得更高的精度和更好的鲁棒性.

参考文献:

[1]李瑾,杨博. 可重复使用运载器再入段导航关键技术研究[EB/OL]. 中国科技论文在线,[2007-03-13]. http:///paper.php?serial_number=200703-176.

[2]JULIER S J,UHLMANN J K,DURRANT-WHYTE H F. A new approach for filtering nonlinear systems[C]// Proc American Contr Conf,Seattle,USA,1995:1 628-1 632.

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