基于CPCI总线的航天器通信信号设备故障检测系统设计

计算机测量与控制．２０２１．２９（２）　
犆狅犿狆狌狋犲狉犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋牔犆狅狀狋狉狅犾　
·１
　·
收稿日期：２０２０１２０２；　修回日期：２０２０１２２３。

作者简介：张贺鑫（１９９９），男，辽宁丹东人，大学本科生，主要从事通信工程方向的研究。

引用格式：张贺鑫，雷文礼，王雨婷．基于ＣＰＣＩ总线的航天器通信信号设备故障检测系统设计［Ｊ］．计算机测量与控制，２０２１，２９（２）：１４，９．文章编号：１６７１４５９８（２０２１）０２０００１０４ ＤＯＩ：１０．１６５２６／ｊ．ｃｎｋｉ．１１－４７６２／ｔｐ．２０２１．０２．００１ 中图分类号：ＴＰ３０２．８文献标识码：Ａ基于犆犘犆犐总线的航天器通信信号
设备故障检测系统设计
张贺鑫，雷文礼，王雨婷
（延安大学物理与电子信息学院，陕西延安　７１６０００）
摘要：针对当前航天器通信信号设备故障检测系统受到噪声影响，导致系统通信设备故障信号检测精准度低，检测时间长的问题，设计基于ＣＰＣＩ总线的航天器通信信号设备故障检测系统；ＣＰＣＩ故障模拟模块利用ＲＳ２３２串行线控制注入机，采用故障注入器执行故障注入ＣＰＣＩ总线，接收控制系统参数和指令，使用时钟分配芯片传输时钟信号，通过ＣＰＣＩ检测板卡模块，配合ＦＰＧＡ实现接口控制，完成系统硬件结构设计，利用任务间相互依赖关系，实现任务间相互检测，通过终端网工作站定期发送多路通信网相关信息，返回无疵点检测结果，采用二次相关算法，提取多通道通信故障信号详细信息，准确估算通信信号时延，排除多通道网络噪声影响造成的通信故障，完成系统软件部分设计；实验结果表明，基于ＣＰＣＩ总线的故障检测系统的故障信号检测时间仅为１．８ｓ，故障信号幅度最大为２８ｄＢ，最小为１ｄＢ，与实际变化幅度一致，通信设备故障信号检测精准度较高，能够有效缩短通信设备故障信号检测时间。

关键词：ＣＰＣＩ总线；航天器；通信信号；设备故障；故障检测
犇犲狊犻犵狀狅犳犉犪狌犾狋犇犲狋犲犮狋犻狅狀犛狔狊狋犲犿犳狅狉犛狆犪犮犲犮狉犪犳狋犆狅犿犿狌狀犻犮犪狋犻狅狀
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ＺｈａｎｇＨｅｘｉｎ，ＬｅｉＷｅｎｌｉ，ＷａｎｇＹｕｔｉｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｙａｎ ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎ ａｎ　７１６０００，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｌｏｗａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｌｏｎｇｄｅｔｅｃｔｉｏｎｔｉｍｅｃａｕｓｅｄｂｙｎｏｉｓｅｉｎｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｐａｃｅｃｒａｆｔｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔｆａｕｌｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ａｆａｕｌｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆｓｐａｃｅｃｒａｆｔｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎＣＰＣＩｂｕｓｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．ＴｈｅＣＰＣＩｆａｕｌｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｕｓｅｓＲＳ２３２ｓｅｒｉａｌｌｉｎｅｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｉｎｊｅｃｔｏｒ，ｕｓｅｓｔｈｅｆａｕｌｔｉｎｊｅｃｔｏｒｔｏｅｘｅｃｕｔｅｆａｕｌｔｉｎｊｅｃ ｔｉｏｎｉｎｔｏＣＰＣＩｂｕｓ，ｒｅｃｅｉｖｅｓｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ，ｕｓｅｓｃｌｏｃｋｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈｉｐｔｏｔｒａｎｓｍｉｔｃｌｏｃｋｓｉｇｎａｌ，ｄｅｔｅｃｔｓｂｏａｒｄｍｏｄｕｌｅｔｈｒｏｕｇｈＣＰＣＩ，ｒｅａｌｉｚｅｓｉｎｔｅｒｆａｃｅｃｏｎｔｒｏｌｗｉｔｈＦＰＧＡ，ａｎｄｃｏｍｐｌｅｔｅｓｓｙｓｔｅｍｈａｒｄｗａｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎ．Ｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｉｎ ｔｅｒｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔａｓｋｓ，ｔｈｅｍｕｔｕａｌｄｅｔｅｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔａｓｋｓｉｓｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｔｅｒｍｉｎａｌｎｅｔｗｏｒｋｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｉｓｒｅｇｕｌａｒｌｙｓｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｄｅｆｅｃｔｆｒｅｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｒｅｔｕｒｎｅｄ．Ｔｈｅｓｅｃ ｏｎｄａｒｙｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｕｓｅｄｔｏｅｘｔｒａｃｔｔｈｅｄｅｔａｉｌｅｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｆａｕｌｔｓｉｇｎａｌ，ａｃｃｕｒａｔｅｌｙｅｓｔｉ ｍａｔｅｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｄｅｌａｙ，ｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｆａｕｌｔｃａｕｓｅｄｂｙｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌｎｅｔｗｏｒｋｎｏｉｓｅ，ａｎｄｃｏｍｐｌｅｔｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｓｕｂｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｆａｕｌｔｓｉｇｎａｌｄｅｔｅｃｔｉｏｎｔｉｍｅｏｆｔｈｅｆａｕｌｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓ ｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＣＰＣＩｂｕｓｉｓｏｎｌｙ１．８ｓ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｆａｕｌｔｓｉｇｎａｌａｍｐｌｉｔｕｄｅｉｓ２８ｄＢａｎｄｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｉｓ１ｄＢ，ｗｈｉｃｈｉｓｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅａｃｔｕａｌｃｈａｎｇｅａｍｐｌｉｔｕｄｅ．Ｔｈｅｆａｕｌｔｓｉｇｎａｌｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙｏｆｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｓｈｉｇｈ，ｗｈｉｃｈｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｈｏｒｔｅｎｔｈｅｆａｕｌｔｓｉｇｎａｌｄｅｔｅｃｔｉｏｎｔｉｍｅｏｆｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：ＣＰＣＩｂｕｓ；ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ；ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌ；ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｆａｕｌｔ；ｆａｕｌｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
０　引言
航天器通常处于高温高压的恶劣环境中，当设备在飞
行过程中发生故障时，会导致卫星的轮控姿态会发生偏差，
甚至转速失控。

因此，如何有效地探测航天器的失效状态，
已成为当前研究的热点之一［１］。

当前基于时域反射法设计
的系统检测和分析导体绝缘故障，但本系统采用的测量信
号为窄电压脉冲，易受原功率信号的影响，且仅适用于电
缆故障离线检测；基于频域反射法设计的系统，通过被测
电缆接收扫频信号，利用傅立叶变换，测量反射信号峰值
频率，完成故障点的距离转换。

该系统能够检测和定位航
空器电缆故障，但因为算法复杂度较低，无法进行实时检
测，只能离线运行；基于非线性时间序列定位算法设计的
系统，可以实现故障特征提取，从而实现光纤网络故障的
快速定位，已取得了一些研究成果，但是算法定位精度不
高，实时性差。

针对上述问题，设计了基于ＣＰＣＩ总线的航天器通信信
号设备故障检测系统。

ＣＰＣＩ总线在操作系统、驱动程序和
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卷
·２　·应用程序中，数据传输速度更快，具有高度开放性、高可靠性和热插拔能力。

除了在通信和网络中有广泛地应用之外，它也可用于实时系统控制，工业自动化，实时数据采集，军事系统等方面，以ＣＰＣＩ总线结构为基础的设备，已经广泛应用于航空航天领域的地面设备开发。

１　系统总体框架设计
基于ＣＰＣＩ总线的航天器通信信号设备故障检测系统总体框架主要采用标准ＣＰＣＩ箱体，中央处理机（ＣＰＵ）采用
普通板，其余功能模块采用已投入生产的ＣＰＣＩ板［２］。

系统以ＣＰＵ板为控制板，主要负责各种功能板的软件计算与硬件调度，系统总体框架如图１所示。

图１　系统总体框架图
连接被测板和子适配器，连接子适配器和主适配器。

主适配器主要控制ＰＸＩ中的卡资源，并连接通用的ＰＣ终端。

系统总体框架主要控制ＰＸＩ中各板产生的响应激励信
号以及从测量板获得的响应信号［３］。

通过主适配器以及子
适配器，将激励信号添加到被测电路板上，并在电路板上添加标识信号，实现系统故障的定位和识别。

２　系统硬件结构设计
基于ＣＰＣＩ总线的航天器通信信号设备故障检测系统硬件主要采用ＣＰＣＩ故障模拟模块，通过ＲＳ２３２串行线控制注入机，利用故障注入器执行故障注入ＣＰＣＩ总线，使用时钟分配芯片传输时钟信号，通过ＣＰＣＩ检测板卡模块，配合ＦＰＧＡ实现接口控制。

２ １　犆
犘犆犐故障模拟模块ＣＰＣＩ故障模拟模块通过ＲＳ２３２串行线对注入机的操作进行控制。

注入器嵌入在目标设备与ＣＰＣＩ底板之间，通过
注入器可以对数据修改，从而实现故障注入［４］。

ＣＰＣＩ故障
模拟模块结构如图２所示。

故障注入器负责故障注入的执行，接收控制系统的参数和指令，根据用户设定的参数将故障注入ＣＰＣＩ总线，并将注入结果和总线状态等相关信息反馈给控制软件，供进一步分析处理。

ＦＰＧＡ逻辑是故障注入器硬件的重要组成
部分，包括ＣＰＣＩ－ｔｏ－ＣＰＣＩ桥ＩＰ核和故障注入逻辑［５］。

桥接ＩＰ核扩展了目标系统原有的ＰＣＩ总线；扩展总线通常被称为次总线，而扩展总线被称为主总线。

ＣＰＣＩ－ｔｏ－ＣＰ
图２　ＣＰＣＩ故障模拟模块结构图
ＣＩ桥ＩＰ核在主总线上只相当于一台ＰＣＩ设备，而在此总线
上可以支持更多设备［６］。

２ ２　故障注入器
因为ＣＰＣＩ故障注入程序包含一个ＣＰＣＩ－ＣＰＣＩ桥接逻辑，所以注入程序本身在总线主端作为ＣＰＣＩ设备运行。

总线主侧注入器设计必须符合ＣＰＣＩ设备设计规范；ＣＰＣＩ－ＣＰＣＩ桥接ＩＰ核提供地址、数据、控制信号、独立时钟、中断机制和总线仲裁机制，用于总线上的其它设备。

二次注入器的总线设计必须符合ＣＰＣＩ底板，为保证注射头与靶
板的正常工作，需根据有关规范进行硬件设计［７］。

故障注
入器结构主要包括ＦＰＧＡ、ＣＰＣＩ插座、电源电路、通讯接
口电路、时钟电路和配置电路［８］。

在ＦＰＧＡ工作时，ＦＰＧＡ
包含ＣＰＣＩ－ｔｏ－ＣＰＣＩ桥接ＩＰ核和故障注入逻辑，但是ＦＰＧＡ基于ＳＲＡＭ技术，断电后通常会丢失内部逻辑。

当
ＦＰＧＡ加电时，为了保存ＦＰＧＡ配置信息和自动配置ＦＰ ＧＡ，就需要一个独立的外部配置电路，这种组态电路通常使用ＥＥＰＲＯＭ作为组态芯片。

２ ３　时钟电路模块
ＣＰＣＩ－ｔｏ－ＣＰＣＩ桥接ＩＰ用于输入端Ｐ＿ＣＬＫ和Ｓ＿ＣＬＫ分别为主端和副端的两个同步时钟域，时钟信号需要同步，并且Ｓ＿ＣＬＫ的相位和频率不得超过Ｐ＿ＣＬＫ。

连接后，主机侧时钟信号的长度应为６３．５ｍｍ（±２．５４ｍｍ），其他信号的长度应小于或等于６３．５ｍｍ。

在第二端的每个扩展插槽都需要一个独立的时钟信号，该信号由ＣＰＣＩ到ＣＰＣＩ桥接器
通过时钟分配芯片传输［９］。

为减少时钟信号支路的反射效应，
时钟分配芯片必须将时钟信号串入扩展槽中，再加上终端电阻。

与此同时，为了保证时钟信号的同步，时钟分布芯片与ＦＰＧＡ的Ｓ＿ＣＬＫ输入口必须具有相同长度的时钟跟踪每个
扩展槽，每个扩展槽的长度为１３５～１８５ｍｍ。

二次侧喷嘴设计有三个扩张槽，但由于空间限制，只能实现其中一个扩张槽。

时钟分配电路模块结构如图３所示。

２ ４　犆
犘犆犐检测板卡模块使用ＣＰＣＩ接口芯片，配合ＦＰＧＡ实现接口控制。

ＦＰ ＧＡ＋ＣＰＣＩ接口芯片结构如图４所示。

因为ＣＰＣＩ总线是基于ＣＰＣＩ总线协议开发的，所以它承接了ＣＰＣＩ总线上的所有信号，并且在通信过程中维护ＣＰＣＩ总线的所有电气特性。

ＣＰＣＩ接口芯片ＣＰＣＩ９０５４在
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第２期张贺鑫，等：基于ＣＰＣＩ
总线的航天器通信信号设备故障检测系统设计·３　
·
图３　
时钟分配电路模块结构图
图４　ＦＰＧＡ＋ＣＰＣＩ接口芯片结构图
ＣＰＣＩ总线上完成ＣＰＣＩ总线的部分功能，并可与各模块Ｉ
／Ｏ端口及存储器通信［１０］。

ＦＰＧＡ负责ＰＣＩ９０５４与本机端口的通讯，实现ＣＰＣＩ本机定时控制。

在ＣＰＣＩ总线上控制和管理触发信号、参考时钟和其它扩展信号，以及执行其它定时操作和控制。

３　系统软件部分设计
对于软件部分设计，当发现故障时，如果运行时间仍然不能满足系统运行要求，用户可根据可靠性来判断。

若工作时间影响系统的工作要求，系统会自动复位并重新初始化设备。

系统故障处理逻辑流程如图５所示。

图５　系统故障处理逻辑流程图
在任务开始运行时，两个任务之间的时间间隔被设定为固定位置。

按照设计任务运行周期为３２ｍｓ，时钟准确度为微秒，因此，运行周期的时间误差在１００μｓ范围内。

错
误大于１００μｓ小于１ｍｓ，报警次数增加；错误大于１ｍｓ，软件重新进行初始化，完成对看门狗和任务的删除和重构。

在任务级故障检测方面，利用任务间的相互依赖关系实现任务间的相互检测；在系统的整体运行中，许多任务相互依赖，需要使用消息来交换信息。

所以当任务Ａ运行时，任务Ｂ是否发送了任务Ａ需要的消息，任务级故障处理流程如图６所示。

图６　任务级故障处理流程图
任务Ａ启动后，首先从任务Ｂ获取消息。

如已成功获
得任务Ｂ的消息，则表明任务Ｂ工作正常，程序运行正常。

若某个获取失败，则程序继续运行，等待下一个获取，然
后再次读取消息。

若此时能成功取得讯息，警报会增加一次，继续正常运作。

若仍未成功，则初始化任务Ｂ，并确保它在运行前对所有相关变量进行初始化。

终端网工作站定期向总线控制器和系统芯片发送多路通信网的相关信息，主要通过ＣＰＣＩ总线控制芯片和传输通信信号分析处理系统芯片，并向终端网节点返回无疵点检测结果。

在正常工作时间内，如果终端系统接收不到上位机的确认帧反馈，则可以确定故障区域。

在多个通信网络中检测故障信号的关键是准确识别故障信号中包含的异常信息。

该系统的软件算法部分在信息提取和噪声过滤链路中，使用二次相关算法，可在信噪比较低的情况下使用该算法。

该方法可以准确估计多个网络的延迟，并提取故障信号中包含的异常信息。

分别以和对信号采集模块采集的收发信号，设计了以下信号模型：
狓（狋）＝狊（狋）＋狀（狋）
狔（狋）＝∑犻
τ犻
狊（狋）＋狀（狋烅烄
烆）（１
）式（１）中，狊（狋）表示原始航天器通信信号；犻表示信号采
集次数；τ犻表示通信信号系数；狀（狋）表示故障检测系统受到的噪声影响函数。

发射信号与接收信号两者之间关系如下所示：
犚狓狔（
犝）＝犈［狓（狋）狔（狋＋犝）］（２） 充分考虑故障检测系统受到的噪声影响因素，将发射
信号与接收信号两者之间关系改写为：
犚狓狔（
犝）＝∑
犻
τ犻犚（狊）（３
） 识别多通道通信网中所述发送信号和所述接收信号之
间的关系，二次相关算法可以在低信噪比的情况下，提高网络时延估计的准确性，并且能够准确地提取多通道通信
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卷
·４　·故障信号中包含的详细信息，以定位和识别故障节点或连接，及时处理多通道网络通讯故障，实现基于ＣＰＣＩ总线的航天器通信信号设备故障检测系统设计。

４　系统调试
针对基于ＣＰＣＩ总线架构的航天器通信信号设备故障检测系统设计合理性，进行系统调试分析。

４ １　犆
犘犆犐串口卡故障注入实验环境ＣＰＣＩ服务器通常用于工业控制领域的数据采集和生产设备状态监测。

带有ＣＰＣＩ接口的串口卡是一种比较常用的外设，在ＣＰＣＩ试验中，选择研华ｍｉｃｃ－３３９２作为ＣＰＣＩ试验机，用普通ＰＣ作为控制机，进行ＣＰＣＩ故障注入试验。

执行故障注入控制软件，通过ＲＳ２３２串行线连接故障注入器。

ＣＰＣＩ串口卡故障注入实验环境如表１所示。

表１　ＣＰＣＩ串口卡故障注入实验环境
名称
配置
硬件
ＩｎｔｅｌＣｏｒｅＤｕｏＴ２５００型号处理器
２ＧＢｙ
ｔｅｓ内存Ｉｎｔｅｌ８２９４５ＧＭＥＩｎｔｅｒｎａｌＧｒａｐｈｉｃｓ显卡ＡｄｖａｎｔｅｃｈＭＩＣ－３６２１Ｓｅｒｉｅ
ｓ串口卡
软件
ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ操作系统
串口调试测试软件
通过ＣＰＣＩ串行卡故障注入实验，ＭＩＣ－３６２１串行卡插入喷射器，ＭＩＣ－３３９２试验机外围插槽插入喷射器。

ＲＳ２３２串口与ＭＩＣ－３６２１串口卡通过串口直接相连，串口调试助
手软件分别运行于测试机和控制机上。

４ ２　实验结果与分析
采集航天器通信信号，分别分析正常情况下和故障情况下信号曲线变化幅度，如图７所示。

图７　正常情况下和故障情况下信号曲线变化幅度
由图７可知，正常情况下信号曲线
变化幅度具
有一定
规律性，在３．５ｓ采集时间内，信号最大为２８ｄＢ，最小为３．８ｄＢ；而在故障情况下信号曲线变化幅度不具有规律性，
在３．５ｓ采集时间内，信号最大为２８ｄＢ，最小为１ｄＢ。

基于此，分别基于时域反射法设计的系统、基于频域反射法设计的系统、基于非线性时间序列定位算法设计的系统和基于ＣＰＣＩ的总线架构设计的系统对这两种情况下的信号曲线变化幅度展开分析，结果如图８、９所示。

图８　不同系统正常情况下信号曲线变化幅度
图９　不同系统故障情况下信号曲线变化幅度
由图８可知，基于时域反射法设计的系统与实际信号采集周期不一致，但变化幅度一致，信号最大为２６ｄＢ，最小为９ｄＢ；基于频域反射法设计的系统与实际信号采集周期一致，信号最大为２７ｄＢ，最小为７ｄＢ；基于非线性时间序列定位算法设计的系统与实际信号采集周期一致，信号最大为２４ｄＢ，最小为１２ｄＢ；使用基于ＣＰＣＩ总线架构设计的系统与实际变化幅度一致，信号最大为２８ｄＢ，最小为３．８ｄＢ。

由图９可知，基于时域反射法设计的系统整体变化幅度呈下降趋势，整体变化幅度不大，但整体与实际情况相差较大，信号最大为２３ｄＢ，最小为８ｄＢ；基于频域反射法设计的系统变化幅度上下波动形式较大，信号最大为３５ｄＢ，最小为１３ｄＢ；基于非线性时间序列定位算法设计的系统比上述这两种系统更贴近实际曲线变化幅度，但也与实际情况存在一定偏差，信号最大为２８ｄＢ，最小为９
ｄＢ；使用基于ＣＰＣＩ总线架构设计的系统与实际变化幅度一致，信号最大为２８ｄＢ，最小为１ｄＢ。

（下转第９页）
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第２期王　林，等：基于ＭａｐＲｅｄｕｃｅ
并行处理的机电特种设备故障诊断系统设计·９　·
［Ｊ］．农机化研究，２０１８，４０（３）：２０３２０７．
［８
］胡红钱，施伟锋，兰　莹，等．基于以太网的船舶电力系统动态电能质量监测与故障诊断系统设计［Ｊ］．中国舰船研究，２０１８，１３（１）：１２３１２９．
［９
］陈保家，刘浩涛，徐　超，等．深度置信网络在齿轮故障诊断中的应用［Ｊ］．中国机械工程，２０１９，３０（２）：２０５２１１．［１０］贾立山，刘　?，孙　毅．基于ＲＭＢＰ神经网络的飞机电气故
障智能诊断［Ｊ］．系统仿真学报，２０１８，３０（９）：２６８２７６，２８８．
［１１］齐小刚，胡秋秋，刘立芳．基于Ｍａｐ
Ｒｅｄｕｃｅ的并行异常检测算法［Ｊ］．智能系统学报，２０１９，１４（２）：２２４２３０．［１２］张　滨，乐嘉锦．基于列存储的Ｍａｐ
Ｒｅｄｕｃｅ分布式Ｈａｓｈ连接算法［Ｊ］．计算机科学，２０１８，４５（ｚ１）：４７１４７５．［１３］龚永罡，田润琳，廉小亲，等．基于Ｍａｐ
Ｒｅｄｕｃｅ的三元Ｎｇｒａｍ算法的并行化研究［Ｊ］．电子技术应用，２０１９，４５（５）：７０７３．
［１４］许力分，倪志伟，朱旭辉，等．融合基于Ｍａｐ
Ｒｅｄｕｃｅ并行改进二元蚁群算法与分形维数的属性选择方法［Ｊ］．系统科学与
数学，２０１９，１６（６）：９１８９３３．
［１５］肖　文，胡　娟，周晓峰．基于Ｍａｐ
Ｒｅｄｕｃｅ计算模型的并行关联规则挖掘算法研究综述［Ｊ］．计算机应用研究，２０１８，３５（１）：１９２９．
［１６］石　磊，巴　阳，陶永才，等．基于Ｍａｐ
Ｒｅｄｕｃｅ的改进ＣＨＩ文本特征选择机制［Ｊ］．小型微型计算机系统，２０１８，６（８）：１７９９１８０４．
［１７］邬群勇，苏克云，邹智杰．基于Ｍａｐ
Ｒｅｄｕｃｅ的海量公交乘客ＯＤ并行推算方法［Ｊ］．地球信息科学学报，２０１８，９（５）：６４７６５５．
［１８］沈　斌，沈佳豪．基于ＴｅｎｓｏｒＦｌｏｗ的数控机床故障诊断系统
可行性分析［Ｊ］．机电一体化，２０１８，２４（２）：３７４２．［１９
］俞茂超，刘倩倩，凤宏晓，等．便携式雷达综合检测平台及智能故障诊断系统的设计［Ｊ］．计算机测量与控制，２０１８，２６（４
）：５８．［２０］谭显清，蒋小辉，胡忠国．基于ＴｒｅｅＶｉｅｗ新型防空导弹故障
诊断系统云终端设计［Ｊ］．四川兵工学报，２０１８，３９（１）：檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳
１１１１１３．
（上接第４页）
不同系统的通信设备故障信号检测时间如图１
０所示。

图１０　不同系统通信设备故障信号检测时间
由图１０可知，基于时域反射法设计的系统的通信设备故障信号平均检测时间为２．７ｓ，基于频域反射法设计的系统的通信设备故障信号平均检测时间为３．１ｓ，基于非线性时间序列定位算法设计的系统的通信设备故障信号平均检测时间为３．５ｓ，而基于ＣＰＣＩ的总线架构设计的系统的通信设备故障信号平均检测时间仅为１．８ｓ，由此可知，基于ＣＰＣＩ总线架构设计的系统的通信设备故障信号检测时间
较短，
通过上述内容可知，使用基于ＣＰＣＩ总线架构设计的系统能够精准检测到通信设备故障信号，有效缩短通信设备故障信号检测时间。

５　结束语
为提高当前航天器通信信号设备故障检测系统通信设备故障信号检测精准度，降低故障检测时间，设计基于ＣＰ ＣＩ总线的航天器通信信号设备故障检测系统。

通过ＣＰＣＩ故障模拟模块控制注入机，采用故障注入器执行故障注入ＣＰ
ＣＩ总线，使用时钟分配芯片传输时钟信号，运用ＣＰＣＩ检测
板卡模块，配合ＦＰＧＡ实现接口控制，完成系统硬件结构设计，通过终端网工作站发送多路通信网相关信息，返回
无疵点检测结果，采用二次相关算法，提取多通道通信故障信号详细信息，实现系统软件部分设计。

实验研究表明，基于ＣＰＣＩ总线的航天器通信信号设备故障检测系统通信设备故障信号检测精准度较高，能够有效缩短通信设备故障信号检测时间。

参考文献：
［１
］幺　飞，时　光，富小薇．基于故障注入技术的航天器系统级软件测试方法研究［Ｊ］．航天器工程，２０１９，２８（１）：１３０１３６．
［２］郑　勇，杨小兰．基于信号提纯的机械故障检测系统设计［Ｊ］．
现代电子技术，２０１９，４２（４）：５７６０．
［３］蒋志雄，王玉爽，顾　斌，等．基于ＥＣＳＳ标准的航天器姿轨控
系统内１５５３Ｂ总线数据协议设计［Ｊ］．空间控制技术与应用，２０２０，４６（２）：４１４８．
［４］赵保伟，巩晓 ，丁丽丽，等．基于ＬａｂＶＩＥＷ的齿轮调制故障
检测系统设计［Ｊ］．机床与液压，２０１８，４６（５）：１４３１４８．［５］丁 ．基于嵌入式技术的船舶电子设备故障检测［Ｊ］．舰船
科学技术，２０１８，４０（２０）：１５７１５９．
［６］李经松，陈朝晖，党纪红，等．基于１５５３Ｂ总线的航天器系统
时间同步设计方法［Ｊ］．空间控制技术与应用，２０１８，４４（６）：６０６５．
［７］赵辑肖，范　红，梁忠诚．基于光波检测的智能ＯＤＮ故障管理
系统［Ｊ］．光通信技术，２０１９，４３（２）：３８４１．
［８
］张晓鹏，何　纯，杨　萍，等．在轨航天器遥测系统信号的实时检测仿真研究［Ｊ］．计算机仿真，２０１９，３６（１０）：８３８７．［９
］谢秋华，杨廷勇．新型水电站设备状态监测系统实现方法探讨［Ｊ］．水电站机电技术，２０１８，４１（７）：４１４３，８６．
［１０］彭建明，王　蓓．一起ＰＡＣＳ系统故障处理与思考［Ｊ］．饮食
保健，２０１８，０５（３９）：２７２２７３．
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