航空电子系统规模和功能复杂度的迅速增长, 对时间触发以太网(TTE)的故障处理能力提出了更高要求。重构作为一种有效的故障处理手段, 在航空电子系统中得到了越来越多的应用。针对航空电子时间触发以太网中端系统模块故障导致其上驻留应用失效的问题, 首先, 提出基于软件定义网络架构的重构管理策略; 其次, 引入端系统余量、资源供给能力等约束, 提出基于可满足性模理论的故障恢复消息调度算法, 并以链路负载均匀程度、速率约束消息最坏延迟等为指标, 对抢占式重构方案进行评估; 再次, 基于遗传算法理论, 提出了针对抢占式重构方案的优化选择算法; 最后, 仿真实验验证了消息调度算法的有效性, 且经优化选择后的抢占式重构方案具有更好的性能。

航空电子系统规模和复杂度的迅速增长, 对时间触发网络的容错能力和可靠性提出了更高的要求。重构作为故障处理的一项重要技术, 可以提高系统的容错能力和可靠性, 延长系统的生命周期。在基于应用迁移的重构策略研究基础上, 根据航空电子时间触发网络中不同资源约束条件, 针对端系统模块级故障导致其上驻留应用失效的问题, 提出了迁移、抢占、降级3种重构方式; 针对时间触发网络, 建立应用和消息的关联, 基于可满足性模理论提出了一种支持端系统模块重构的消息调度算法; 最后, 通过仿真实验, 从实时性角度验证了重构算法的合理性。

随着**任务日益复杂, 未来航空作战是一种需要多种数据链资源融合共享的多平台联合作战。软件定义网络(SDN)的发展为多数据链网络的全局管控提供了全新的设计思路。充分考虑多种链路并存下的网络资源融合情况, 提出了基于SDN的多数据链网络控制架构。通过对数据链子网映射提出基于节点需求的子域划分(NDSP)算法, 实现了物理子域的合理划分, 然后在此基础上利用改进多目标模拟退火算法(ISA)进行中心交互节点的选取, 完成了对作战网络的全局管控。实验结果表明, 所提的NDSP算法在多数据链融合的网络中进行子域划分时具有更好的应用性, 而ISA算法对网络交互路径的平均时延和平均失连率有显著改善效果。

在航空电子系统中, 为机载电子设备提供高效可靠的实时通信是航空数据总线的基本要求, 而传输线是航空数据总线进行数据传输的重要载体。通过分析传输线结构、分布参数及集**数模型, 得出了其状态转移函数、频谱特性和衰减特性。结合传输线电气特性, 进一步分析了信号在传输中由于衰减而引起的传输错误, 获得了传输线电气参数和误码率关系的理论数值模型。利用所推导的数值模型对ARINC429总线性能进行深入研究, 在考虑传输中所允许的最小信噪比情况下, 计算了不同线径传输线的误码率值。计算结果表明: 传输线径的微小变化有可能会导致数据总线误码率数量级的变化。该研究工作为航空数据总线以物理指标选择传输线提供了参考依据。

远程数据集中器(RDC)将分布在飞机上各部分的低速数字信号汇集到核心处理机架。首先给出一种利用HI-3593芯片实现的ARINC 429总线数据与AFDX网络数据转换的解决方案, 该芯片具有SPI总线接口, 便于与FPGA芯片集成。基于此方案, 并结合以太网MAC层控制器IP核, 采用Verilog硬件描述语言进行SPI协议收发和AFDX组帧逻辑开发, 实现数据集中与转换功能。随后, 提出在AFDX接入部分增加同步客户端(SC)功能, 能够根据接收到的协议控制帧(PCF)获得同步, 使得该数据集中器能够在完全兼容AFDX协议的前提下, 具备接入时间触发以太网(TTE)的扩展能力。

时间触发以太网(TTE)支持时间触发(TT)流量和速率限制(RC)流量的混合关键性传输。TT流量通过离线调度具有严格的时间确定性, 但造成对低优先级RC流量的阻塞。基于输入排队的交叉开关(Crossbar)结构, 提出了针对TT/RC混合关键性流量的滑动迭代轮询匹配调度(MC-iSLIP)算法, 设计了防止RC流量出现饥饿现象的输入输出端口指针更新策略, 并分析了算法的复杂度。通过仿真实验, 对比输入排队Crossbar交换机与传统输出排队交换机的传输性能, 实验结果表明, 采用MC-iSLIP算法调度的输入排队Crossbar结构显著缓解了TT流量对RC流量的阻塞, 进而降低RC流量的端到端传输时延和时延抖动。

航空电子网络上音视频应用的需求日益剧增，对网络的带宽及服务质量都提出了更高的要求。音视频传输AVB（Audio Video Bridge）以太网络在传统以太网上提供时间同步和低延迟的音视频流服务，因而受到航电应用的关注。分析了AVB协议，针对航电环境下信息交换需解决的问题，提出了时间触发AVB网络方案，研究了其实时性传输机制和流量映射等模型；结合某综合航电系统的案例，构建了AVB网络的系统架构，仿真结果表明时间触发AVB网络有望满足分布式综合模块化航空电子（DIMA）系统实时性需求，并且比AFDX网络具有优越性。

提出了基于深空探测器对太空中的目标天体合影成像的新策略。首先，基于相机的性能参数建立视场模型，然后对天体和探测器轨道动力学模型、探测器姿态数据以及光照条件进行综合分析，最终确定了拍摄用相机以及成像时刻与成像姿态等成像策略。以探月三期月地高速再入返回飞行任务的设计为例，研究计算了对地月合影的拍摄相机、成像时刻与成像姿态，并利用在轨探测效果仿真系统进行了仿真验证。结果表明: 该成像策略能够根据预定的天体合影的构图要求便捷地计算出拍摄条件，结果准确、角度偏差在1°范围内。该成像策略还成功应用于探月三期月地高速再入返回飞行器的实际任务中，在距离月球1.40×104 km和距离地球3.91×105 km处，获得了我国航天史上首张地月合影图像，为后续深空探测器在轨天体合影提供了参考依据。

TTE全局时钟同步机制是其时间确定性保障的基本使能技术, 对TTE时钟同步机制开展了建模仿真研究: 提出TTE协议模块化的建模仿真方法, 构建具有时钟漂移的设备时钟模型, 采用离散事件调度的方法对TTE系统启动和重启动状态机以及时钟同步过程进行了系统模拟, 研究了典型参数配置下TTE网络的时钟同步的性能, 实现了对TTE时钟同步精度范围内微秒级同步的验证。

测试任务调度多考虑资源约束和任务优先级约束, 在对消息实时性要求较高的航空总线测试设备中, 需要将任务调度的实时性能作为关键衡量指标。将剩余可调度时间和总线负载均衡程度作为优化目标, 在满足资源限制的前提下结合总线协议特征, 提出一种包含精英集的动态粒子群算法进行多目标优化, 得到Pareto前沿和非劣解集, 并从中选择非劣解作为测试消息队列。实验仿真证明了该调度方法的有效性, 且测试消息队列能够满足高实时性要求, 并平衡总线间负载。