一、项目名称
航天复杂安全攸关嵌入式控制软件开发关键技术与应用
二、候选单位及排序
北京控制工程研究所、中国科学院软件研究所、华东师范大学、清华大学
三、候选人及排序
1、顾斌;2、董晓刚;3、李晓锋;4、詹乃军;5、蒲戈光;6、陈尧;7、姜宇;8、党纪红;9、王振华;10、李经松;11、蔡雨辰;12、李振松;13、黎藜;14、钟睿明;15、李川;16、綦艳霞;17、周中泽;18、尚葳蕤;19、傅秀涛;20、赵性颂;21、李轶;22、张国峰;23、谢晓兵;24、王晶;25、王冀山;26、赵明;27、奚坤;28、关健;29、刘彤;30、吴倩
四、项目简介
该成果属于软件工程领域。航天器控制系统是典型的安全攸关系统，嵌入式控制软件是航天器控制系统的重要组成部分。成果面向载人航天与探月工程、火星探测、北斗导航和高分辨率对地观测等国家重大航天工程，针对嵌入式软件在需求分析、设计、仿真测试和在轨维护等方面存在的关键技术问题进行了创新性研究。主要创新如下：
（1）提出了以模式图为核心的嵌入式软件领域需求形式化描述语言，突破了图形模型和形式模型层次建模及双向转换技术，建立了一套集建模、仿真和验证为一体的嵌入式软件需求分析工具，解决了航天复杂嵌入式软件需求的精确描述与验证难题。
（2）提出了嵌入式软件运行时容错、系统重置和在轨维护的系列方法，突破了热备份多机数据零容差同步、业务无中断故障恢复、多层级动态重构等关键技术，研制了在轨维护和验证系统，解决了空间复杂环境下热备份多机计算机系统连续稳定运行的难题，实现了航天器长期在轨稳定运行，软件在轨维护效率提升10倍以上。
（3）建立了目标环境驱动的航天嵌入式软件自动测试技术体系，提出了测试需求、执行过程、设备操作与数据分析一体化描述语言，突破了覆盖率引导的目标码测试用例自动生成关键技术，构建了可动态配置的全数字与半物理通用化测试工具和平台，解决了复杂嵌入式软件测试充分性难题，测试效率提高5倍以上。
（4）提出了飞行软件在环的多系统联合平行仿真方法，突破了多场景统一建模、仿真时间精准同步、在轨多源数据融合预报等关键技术，构建了可组装的多飞行器一体化数字孪生仿真验证平台，解决了异构联合仿真系统的数据一致性难题，实现了对多飞行器全飞控流程的预示推演与决策支持，仿真系统同步控制精度优于5us，仿真效率提高10倍以上。
该成果获授权发明专利86项、发表论文155篇、软件著作权25项，研制工具7套，培养硕、博士132人。成果已全面应用于空间站天和核心舱、问天和梦天实验舱、神舟和天舟系列飞船，嫦娥五号、天问一号以及通信、导航、遥感和科学试验等领域的各类航天器，取得了重大的政治、经济和社会效益。
五、主要支撑材料目录
5.1 主要知识产权和标准规范等支撑材料目录（限15个）
序号 | 知识产权（标准规范）类别 | 名称 | 国家（地区） | 授权号（标准规范编号） | 授权公告日（标准规范发布日期） | 发明人（标准规范起草人） | 权利人（标准规范起草单位） | 应用方式（自用、生产销售、技术开发、技术转让、技术咨询、技术服务、实施许可等） |
1 | 发明专利权 | 一种三机热备份实时系统同步事件响应的方法 | 中国 | ZL201410771377.7 | 2017-05-10 | 张维瑾，王婧，王勇，魏高乐，张国峰，黎藜，乔德治，董文强，杨俊春，张高 | 北京控制工程研究所 | 技术开发 |
2 | 发明专利权 | 一种针对四机热备份计算机的数据交换比对区设计方法 | 中国 | ZL201910896588.6 | 2022-04-08 | 尚葳蕤，党纪红，李经松，杨俊春，王晶，于海心，张锦江，钟睿明，张丹瑶，王政 | 北京控制工程研究所 | 技术开发 |
3 | 发明专利权 | 一种基于流机制的航天器安全关键数据高效存储方法 | 中国 | ZL202110461094.2 | 2023-07-14 | 李经松，王晶，党纪红，张锦江，陈朝晖，周益，尚葳蕤，万丽景，董晓刚，李晓锋，魏高 乐，杨春河 | 北京控制工程研究所 | 技术开发 |
4 | 发明专利权 | 基于飞行任务剖面的组合体航天器安全关键数据维护方法 | 中国 | ZL202110455131.9 | 2023-07-14 | 李经松，陈朝晖，张锦江，蔡彪，冯帅，关健，钟睿明，杜建伟，牛剑，崔柳丹，鄢伟超，张琳 | 北京控制工程研究所 | 技术开发 |
5 | 发明专利权 | 一种基于二次链接的航天器在轨维护注入码生成方法 | 中国 | ZL201710476446.5 | 2017-11-03 | 李振松，索旭华，傅秀涛，奚坤，陈朝晖，党纪红，董晓刚，杜建伟，刘新彦，李光旭，周中泽 | 北京控制工程研究所 | 技术开发 |
6 | 发明专利权 | 一种航天嵌入式软件接口数据的自动化维护方法 | 中国 | ZL201610676562.7 | 2019-11-12 | 蔡雨辰，奚坤，钟睿明，于海心，黎藜，陈朝晖，董晓刚，党纪红，张国峰，李晓锋，王振华 | 北京控制工程研究所 | 技术开发 |
7 | 发明专利权 | 一种星载软件测试自动执行方法 | 中国 | ZL201310108439.1 | 2013-07-24 | 王振华，张国峰，蔡雨辰，陈朝晖，杨孟飞，董晓刚，党纪红，索旭华，张维瑾，牛和明 | 北京控制工程研究所 | 技术开发 |
8 | 发明专利权 | 一种航天星载软件可执行脚本自动转化方法 | 中国 | ZL201310108563.8 | 2013-07-24 | 王振华，张国峰，陈朝晖，党纪红，杨孟飞，张维瑾，周中泽，郭尚升，王冀山，刘彤 | 北京控制工程研究所 | 技术开发 |
9 | 发明专利权 | 一种基于在轨数据融合的轨迹预报处理方法 | 中国 | ZL201910141164.9 | 2019-06-04 | 王振华，张一，张强，张国峰，奚坤，蔡雨辰，李晓锋，郝慧，陈长青，刘阳，安思颖，韩强 | 北京控制工程研究所 | 技术开发 |
10 | 发明专利权 | 一种适用于姿轨控系统多机容错架构的多机时标仿真方法 | 中国 | ZL202110425173.8 | 2021-09-24 | 王晶，张西超，李经松，于海心，党纪红，尚葳蕤，杨俊春，张锦江，李晓锋，董晓刚，李永祺，于海祥，李声涛 | 北京控制工程研究所 | 技术开发 |
11 | 论文 | 面向航天嵌入式软件的形式化建模方法 | 软件学报 | 2015-02-01 | 顾斌，董云卫，王政 |
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12 | 论文 | A novel requirement analysis approach for periodic control systems | Frontiers of Computer Science | 2013-01-28 | 王政，蒲戈光，李建文，陈玉祥，赵涌鑫，陈铭松，顾斌，杨孟飞，何积丰 |
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13 | 论文 | Combining Formal and Informal Methods in the Design of Spacecrafts | SETSS 2014, Lecture Notes in Computer Science | 2016-03-01 | 杨孟飞，詹乃军 |
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14 | 论文 | EM-Fuzz: Augmented Firmware Fuzzing via Memory Checking | IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems | 2020-10-02 | 高健，许怡文，姜宇，刘哲，常万里，焦珣，孙家广 |
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15 | 论文 | 基于集成数字化的月地高速再入返回飞行器飞控支持系统 | 中国科学：技术科学 | 2015-01-27 | 李晓锋，程莉，蔡雨辰，张国峰，关小川 |
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5.2 国家法律法规要求的行业批准文件目录（限5个）
序号 | 审批文件名称 | 产品名称 | 审批单位 | 审批时间 | 批准有效期 | 申请单位 |
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5.3 直接经济效益支撑材料目录（限10个）
序号 | 候选单位 | 支撑材料种类 | 支撑材料名称 （限20字） | 涉及的知识产权序号 | 支付方 | 效益产生时间 | 收入（万元） | 备注 |
1 | 北京控制工程研究所 | 项目收入明细表 | 火星探测器等拨款通知单 | 火星探测器 | 航天五院 | 2020-03-31 | 13800 |
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2 | 北京控制工程研究所 | 项目收入明细表 | 嫦娥5号拨款通知单 | 嫦娥5号 | 中国空间技术研究院 | 2021-06-30 | 8000 |
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3 | 北京控制工程研究所 | 项目收入明细表 | 嫦娥7号拨款通知单 | 嫦娥7号 | 中国空间技术研究院 | 2021-11-30 | 20000 |
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4 | 北京控制工程研究所 | 项目收入明细表 | 天问2号等拨款通知单 | 天问2号 | 中国空间技术研究院 | 2021-11-25 | 37100 |
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5 | 北京控制工程研究所 | 项目收入明细表 | 嫦娥7号等拨款通知单 | 嫦娥7号 | 中国空间技术研究院 | 2022-06-28 | 10900 |
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6 | 北京控制工程研究所 | 项目收入明细表 | 天问2号等拨款通知单 | 天问2号 | 中国空间技术研究院 | 2022-04-29 | 17100 |
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7 | 北京控制工程研究所 | 项目收入明细表 | 神舟、天舟等拨款通知单 | 神舟、天舟 | 中国空间技术研究院 | 2022-06-30 | 11800 |
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8 | 北京控制工程研究所 | 技术开发合同（协议） | 天宫梦天训练模拟器GNC系统模拟器研制 | 天宫梦天训练模拟器GNC系统模拟器 | 上海宇航系统工程研究所 | 2021-05-26 | 160 |
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9 | 北京控制工程研究所 | 技术开发合同（协议） | XX管控与应用系统卫星模拟器等软件 | XX管控与应用系统卫星模拟器 | 航天恒星科技有限公司 | 2021-07-31 | 300 |
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10 | 北京控制工程研究所 | 技术开发合同（协议） | 空间站核心舱训练模拟器GNC分项研制 | 空间站核心舱训练模拟器 | 北京空间飞行器总体设计部 | 2021-12-10 | 540 |
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支撑材料收入合计（万元） | 119700 | |||||||
六、提名意见
嵌入式软件是航天器的重要组成部分，其质量直接关系到航天任务的成败。2011年以来，随着我国载人航天工程、探月工程等一大批重大工程的实施，软件系统变得日趋庞大和难以驾驭，高效开发和保障嵌入式软件质量已成为航天型号研制的迫切需求和挑战。本项目针对嵌入式软件开发中的关键技术问题进行了系统研究和攻关，提出了航天嵌入式软件领域需求形式化描述语言、热备份多机计算机系统在轨可靠运行的系列方法、建立了目标环境驱动的航天嵌入式软件自动测试技术体系、提出了飞行软件在环的多系统联合平行仿真方法等。项目成果已应用于载人航天与探月工程、火星探测、北斗导航和高分辨率对地观测等国家重大航天工程，为航天任务的顺利实施做出了重大贡献，政治、经济和社会效益显著。该项目提名材料属实，主要完成单位、完成人名单及排序无异议。同意提名该项目为北京市科学技术进步奖(技术开发类)一等奖（含特等奖）。
