一种基于可重构片上互连的多核处理器架构

面向宇航应用,基于可重构片上互连,本文提出了一种新型的多核处理器架构。该架构在锁步技术的基础上进行了改进,利用可重构片上互连使得锁步技术引入的冗余核可以分时复用,以充分发挥多核性能。基于该架构的处理器软件编程,需对任务进行关键等级划分,使得非关键任务可以线程级并行执行,关键任务锁步执行,满足宇航应用对高可靠和高性能的需求。本文给出了该架构基于第五代精简指令集(RISC-V)的一种实现,并进行验证。结果表明:该架构实现了多核处理器在多核锁步和多核并行两种状态之间切换,分别获得高可靠或高性能的特性。     

分布式协同箭载电气系统总体架构研究

新一代信息技术的高速发展引发了运载火箭电气系统技术的革新。回顾了箭载电气系统总体架构的发展历程,分析了推动运载火箭电气系统发展的主要因素和未来箭载电气系统总体架构的发展趋势,针对智慧火箭电气系统可重构的目标,提出了一种分布式协同的一体化电气系统总体架构,对关键技术进行了论证,并对分布式可重构的运行机制进行了研究,最后总结了该架构的技术特征,给出了发展建议。     

基于FPGA架构的高可靠在轨重构系统设计

航天设备与地面设备相比,制造成本高,对空间环境的适应性要求也高。为了延长航天器寿命,提高其在轨工作的可靠性,需要考虑航天器在空间环境下的可维护性需求。针对航天资产在轨软件实现功能维护的需求,研究空间环境应用背景下的高可靠在轨可重构技术。基于FPGA芯片在航天器领域中应用的广泛性、灵活性及可靠性,设计了一种FPGA架构下的高可靠在轨重构系统。该系统的优势在于充分利用星载设备中普遍使用的“SRAM型FPGA+反熔丝FPGA”的硬件架构,在实现SRAM型FPGA动态刷新功能的基础上仅通过软件更改来增加在轨重构功能,极大降低了硬件更改的成本,扩展了可重构功能的应用范围。在某航天器星载设备中应用该在轨重构系统,通过实际飞行经历,验证了该架构系统设计方案的可行性、可扩展性及可靠性。     

基于FPGA的小卫星通信系统在轨可重构技术研究

小卫星未来在轨任务呈多样化和复杂化发展趋势,可重构技术可以解决小卫星处理能力不足和系统不能灵活扩展的问题。具备可重构功能的小卫星平台可以根据星上的工作状态和当前工作环境重新配置当前设备的工作模式,以适应复杂的空间环境和特殊的空间任务需求。提出一种基于FPGA的小卫星通信系统在轨可重构方案,包括数字基带和射频前端模块的可重构设计。通过FPGA控制加载不同配置文件或者通过卫星上行通道上注加载文件等方式实现功能重构,同时监控小卫星的工作状态,使得小卫星通信系统能够针对不同的航天任务或任务的不同阶段采用不同的通信模式,实现小卫星多功能的灵活扩展。     

基于某无人机操纵面故障重构控制方法研究

操纵面故障会直接影响无人机执行任务的效率和生存力.针对某多操纵面无人机给出了一种神经网络自适应重构控制方法,并在理论上证明了该方法的有效性.该重构控制方法可对建模不准确和操纵面故障(卡死、受损或松浮)等因素引起的逆误差进行有效补偿.仿真结果表明,所设计的神经网络重构控制方法,不仅可以补偿系统建模误差和参数摄动对控制系统的影响,还可以对故障操纵面在线重构控制律,使操纵面故障飞机能够继续执行任务,提高了飞机的稳定性、操纵性和生存力.     

一种无人机集群对抗多耦合任务智能决策方法

针对复杂场景下无人机集群对抗中协同目标分配和突防轨迹规划等多耦合任务的决策问题，提出了一种集群对抗多耦合任务智能决策方法。首先，针对无人机集群对抗中耦合任务多和决策空间大难题，结合集中式和分层式架构的优点，设计了面向多耦合任务的混合式深度强化学习架构，可提升多耦合任务间的协同性和集群对抗效能；其次，针对轨迹规划序贯决策的稀疏奖励难题，设计了基于轨迹构造的一步式动作空间设计方法，可加快策略网络收敛速度；再次，针对强对抗条件下的场景不确定难题，基于无人机集群红蓝对抗仿真平台，设计了基于多随机场景的红蓝博弈训练方法，可增强策略网络的泛化性；最后，通过与传统方法、集中式架构方法和分层式架构方法进行对比，验证了此方法的有效性和先进性。     

基于软件定义的航天器分布式电源系统设计

针对电源系统架构灵活性的需求,提出了一种基于软件定义智能功率单元的可重构航天器分布式电源系统设计。给出了系统的分布式架构,采用了一种可软件定义的标准功率单元实现所有发电单元、储能单元的分布式接入。智能功率单元可以通过星载计算机软件定义工作模式,满足不同单元的接入需求。通过搭建分布式电源系统仿真模型,对不同故障情况进行了验证,结果表明:分布式电源系统的可重构控制策略,实现了电源系统高可靠运行。最后,对提出电源系统设计的优势进行了总结。     

一种高可靠的星载多核DSP加载方式及实现

为了应对遥感卫星复杂的智能处理应用需求,单核的数字信号处理器已无法满足实时性要求,而多核DSP处理性能更高,可以满足卫星应用需求。提出了一种多核DSP加载的高可靠方法,利用FPGA对存放的Nor Flash中程序进行纠错回写,应对空间单粒子翻转影响,可以保障卫星可靠运行,方法新颖、可靠。TMS320C6678是基于KeyStone结构的高性能多核浮点DSP,详细介绍了TMS320C6678的加载模式和流程,并提出基于EMIF16的Nor Flash高可靠异构加载方式,以及程序Bootloader。经测试验证,TMS320C6678能够稳定可靠运行。该方法支持在轨可重构,适应目前快速发展的星上智能处理发展趋势。     

基于动态库的星载软件可重构设计与实现

针对卫星在轨运行、长期处于无人值守状态,主要依靠星载软件的安全性和可靠性来保证整星任务的稳定工作。复杂多变的空间环境可能会引起星载器件的异常变化,从而导致星载软件异常,甚至发生软件"衰老"。本文在分析现有可重构方案基础上,提出了一种利用动态库的静态链接方式实现在轨可重构的方案,针对存在软件缺陷,或者需要功能升级和拓展的模块,利用遥控上注手段,采用MD5算法对数据文件完整性校验通过后,写入文件系统,并对原动态库文件作备份处理,以便版本回退。以具体实例对本文所述方案的可行性和有效性进行验证,结果表明:在嵌入式操作系统架构下,利用本方案实现星载软件可重构,能够有效提升星载软件在轨实施可重构的可靠性和安全性,进一步为星载软件的扩展和灵活应用提供支撑。     

基于实时操作系统的多核分布式飞行软件架构设计

基于对飞行器飞行控制软件的需求(包括功能需求以及性能需求)的分析结果，提出一种基于战星嵌入式实时操作系统的多核分布式飞行控制软件架构，架构共分为5层，从下至上依次为：操作系统层、硬件接口层、框架层、应用层和重用构件层。该架构目前已经应用于多个项目，具有可移植性好、可靠性高、实时性强等特点，能够降低项目研制时间与成本，提高飞行控制软件的可靠性与安全性。