1、為了對突發(fā)性自然災害進行及時觀測，在第一時間內迅速獲得相關信息以供決策系統(tǒng)使用，需要天基信息系統(tǒng)能夠在低成本的限制下快速構建。小型運載器與小型衛(wèi)星的使用是完成這一任務的有效途徑，但是由于小型運載器的運載能力有限，往往使其應用受到限制。
　　針對上述問題，本文在國家高技術研究發(fā)展計劃(863)的支持下，提出星箭一體化航天器的概念，打破傳統(tǒng)運載器與衛(wèi)星相互獨立的系統(tǒng)設計方法，將二者一體化集成，通過硬件的分時復用，降低航天器系統(tǒng)質量，有

2、效提高發(fā)射能力。本文重點對星箭一體化航天器的主控計算機進行研究與設計，主要內容如下：
　　為了滿足星箭一體化航天器對主控計算機高功能密度、高性能、高可靠性、低成本的要求，本文突破傳統(tǒng)計算機基于固定結構處理器的設計方法，提出一種基于可重構計算技術的時變計算機，應用動態(tài)重構與SOPC設計等進行體系結構與功能設計，能夠在運載段與在軌段分別完成傳統(tǒng)箭載與星載計算機的工作。為了保證時變計算機體系結構的可靠性，充分考慮單元器件失效的隨機性，提

3、出基于蒙特卡羅模擬的可靠性驗證方法，將可靠性驗證引入設計過程，根據(jù)驗證結果完善時變計算機體系結構。
　　目前解決FPGA暫時與永久性損傷問題較為系統(tǒng)的容錯設計多基于實驗室特殊器件進行，缺乏通用性。針對這一問題，本文提出面向基于商用FPGA器件的可重構系統(tǒng)的動態(tài)混合冗余容錯設計方法，結合硬件冗余、時間冗余與信息冗余技術，通過動態(tài)雙模重構、配置比特流回讀以及損傷屏蔽等技術實現(xiàn)對暫時性失效與永久性損傷的修復。與傳統(tǒng)靜態(tài)三模冗余系統(tǒng)相比較

4、，采用動態(tài)混合法實現(xiàn)的時變計算機容錯系統(tǒng)不論是系統(tǒng)可靠性還是系統(tǒng)資源占用情況都占有絕對優(yōu)勢。
　　針對傳統(tǒng)航天器依靠地面進行任務規(guī)劃的工作模式維護成本高且受通信時間限制的問題，在時變計算機硬件體系結構基礎上，進行星箭一體化航天器自主任務規(guī)劃設計。本文打破經典規(guī)劃問題基于強約束限制假設、忽略運行環(huán)境與運行狀態(tài)的不確定性的設計方法，提出基于隱馬爾可夫模型的自主任務規(guī)劃系統(tǒng)，針對不確定因素對航天器的影響問題，建立自主任務規(guī)劃隱馬氏雙重隨

5、機過程的數(shù)學模型，通過前向/后向迭代與Baum-Welch算法對問題進行求解，在運行過程中不斷進行訓練與學習，以獲得較高規(guī)劃準確度。
　　為了真實地反映時變計算機的整體功能與性能，構建了針對時變計算機的半物理實時仿真環(huán)境，對時變計算機運載段與在軌段性能、系統(tǒng)容錯能力、自主任務規(guī)劃下的動態(tài)重構能力進行仿真驗證，結果表明時變計算機滿足星箭一體化航天器主要技術指標的要求，可以自主地進行故障處理，并可以在自主任務規(guī)劃機制下順利進行不同工作