新型航电设备重离子辐射效应仿真测试及安全性评估方法研究

With the new microelectronic devices widely used in the field of avionics equipment, the avionics equipment failure caused by heavy ion radiation effects has become a civil aviation safety hazard. The advanced airworthiness councils of Europe and the United States have realized the problem of heavy ion radiation effects but without specific solutions. The applicants are requested to identify the malfunction or failure of heavy ion radiation effects, take protective measures to eliminate the malfunction or failure. In this study, a radiation effects simulation test platform is established for the new avionics heavy ion radiation effects, the SRAM -type devices based aviation data bus is taken as a research object, and the fault injection model and techniques with air radiation environment simulation are studied. Based on civil aircraft system safety assessment theory, avionics failure mode and mechanism of radiation effects are researched, radiation hardening technology of avionics and security qualitative and quantitative assessment methods are studied. This study may provide technical support for the airworthiness Bureau to develop the appropriate technical standards and regulatory aviation effects of heavy ion radiation risk, and provide theoretical and technical reference for heavy ion radiation protection and safety assessment.

随着新型微电子器件在航空机载设备领域的广泛应用，重离子辐射效应引发的航电设备失效成为新的不容忽视的安全隐患。欧美先进适航局方已经意识到重离子辐射效应的危害，但并未给出具体的解决方法。本课题针对新型航空电子设备的重离子辐射效应，以基于SRAM型器件的航空数据总线作为研究对象，研究模拟航空辐射环境的故障注入模型，并建立辐射效应仿真测试平台；融合民机系统安全性评估理论和方法，研究航电设备在辐射效应下的失效模式与机理，研究航空电子设备的抗辐射加固技术以及辐射效应的安全性定性和定量评估方法。本研究可为我国适航局方监管航空重离子辐射效应的风险、制定相应技术标准提供技术支持，并可为新型航空电子设备研制提供重离子辐射防护和安全性评估方面的理论和技术参考。

随着小尺寸、低功耗的微电子器件在航电设备中的应用，辐射效应即便在航空或地面高度仍然会使得器件造成不容忽视的失效。欧美适航当局已经开始意识到该问题，但是欧美局方材料仅给出了顶层要求，未给出具体审查的方法和措施。我国航空研究人员在大飞机研发过程中，也逐步意识到对航电设备抗辐射能力监控和审查的必要性，但对于航电设备辐射效应方面的研究还处于起步阶段，中国民用航空局也还没有以任何形式正式发布此类问题的指导文件。本项目即是针对新型航空电子设备的重离子辐射效应问题，开展测试技术和评估方法的研究。首先，以基于SRAM 型器件的航空数据总线作为研究对象，研究模拟航空辐射环境的故障注入方法，开发面向SRAM型器件的单粒子翻转失效检测电路，建立航空数据总线适航性测试平台，开展仿真测试方法研究；然后，研究应对重离子辐射效应的加固技术，基于循环校验及三模冗余方法设计抗辐射加固电路，并开展面向SRAM型器件及航空总线的加固测试研究；最后，针对商用器件用于民用航空电子设备的抗辐射性能评价方法进行研究，面向SRAM型存储芯片及FPGA器件进行抗辐射失效数据分析，应用民机安全性理论建立航电系统辐射失效的可靠性模型，形成面向辐射失效的航电系统评估方法，最终形成了抗辐射问题的适航符合性验证方法。本项目的研究可为我国适航局方监管航空辐射效应的风险、制定相应技术标准提供技术支持，并可为新型航空电子设备研制提供辐射防护和安全性评估方面的理论和技术参考。提出的故障仿真测试方法及抗辐射评估方法能够为从事机载电子硬件适航开发或审定人员评估辐照效应影响提供可靠、简单与方便的方法。所提出的咨询通告若正式发行，将提供针对机载电子设备单粒子翻转方面的符合性指南，为局方的审查工作以及工业方的适航取证工作提供指导。