基于CPCIe高速总线的机载多核计算处理平台

由于中小型飞机航空电子系统对计算处理平台体积、功耗和重量方面的严格限制，有必要对计算处理平台进行高性能、小型化、低功耗的针对性设计。研究了一种基于CPCIe(CompactPCI Express)高速总线和多核处理器的机载计算处理平台架构，攻克了多核处理和CPCIe高速信号完整性在航空电子系统中的适应性问题，设计并实现了一款基于CPCIe高速总线的分布式机载多核计算处理平台，对CPCIe总线信号完整性进行了仿真和测试，最后在航空电子系统中对计算处理平台进行实施验证。相比于传统的联合式架构和综合模块化架构，计算处理平台的性能功耗比分别提升约7倍、5倍，性能体积比分别提升约24倍、2倍，性能重量比分别提升约15倍、1.7倍，可以满足中小型飞机航空电子系统对计算处理平台小型化、低功耗和高性能的需求，具有较好的工程应用参考价值，在航空领域具有广泛的应用前景。     

基于双臂螺旋天线的箭载天基遥测系统设计

为满足运载火箭轨道作业段遥测全帧码流中有效载荷姿态、冲击、速率等关键信息参数的挑路、帧重构及传输的需求，提出了一种基于双臂螺旋天线的箭载天基遥测系统设计。本文在通过COMSOL仿真软件对系统双臂螺旋天线在轴向工作模式下的散射参数(Scatter参数，S参数)和远场辐射方向图进行电磁波、频域及重力场耦合仿真分析的基础上，选择了385 MHz、4.77 GHz频段作为主、备份频段进行天基遥测数据的传输，最后在整箭模拟飞行测试中进行了天基遥测系统空间衰减等效实验。实验结果表明，地面天基检测站“捕获”、“载波”、“帧同步”、“符号同步”功能正确，精准完成了箭载天基遥测系统状态锁定，近地轨道处遥测数据传输速率稳定保持在1.2 Mbps,系统链路余量充裕，与现有系统相比同等条件下的箭地通信速率提升比至少达到了76%。     

基于机载多核弱序存储模型的共享内存驱动软件设计方法研究

随着航空电子系统承载的应用日趋复杂，飞机对机载计算机的计算力和功耗比要求不断提升，这也推动了嵌入式多核处理器的加速应用和普及。多核处理器在航空电子设备的深入应用，随之而来的是运行其上的软件复杂度急剧上升，面向应用的航电系统设计面临挑战。多核处理器平台由于需要面对并行、指令乱序、资源共享冲突等问题，而目前国内大多数机载嵌入式软件和驱动仍然是基于单核处理器设计和实现的，影响最大的是在机载嵌入式实时操作系统环境下的驱动软件，因此需要充分考虑多核带来的各方面影响，尤其是需要兼顾共享内存等资源的使用冲突和实时高效要求。本文结合机载航电多核处理平台的特点，提出了一种基于机载多核弱序存储模型的共享内存驱动软件设计方法，并基于该方法设计了FC 总线驱动和MBI 总线驱动，项目应用结果表明，设计的驱动程序在多核处理器平台上数据传输正确，验证了方法的正确性和有效性。     

光学捷联基准导航计算机设计与实现

为满足当前光学捷联基准解算精度高、低功耗、小型化的需求，设计了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）和数字信号处理器（DSP）为核心的嵌入式导航计算机。对导航计算机（ENC）硬件设计进行了阐述，并重点研究了导航计算机信息处理模块（MPM）和数据采集通信模块（DCM）的协同使用，充分体现了DSP和FPGA联合使用的优点。其次，研究了基于主惯导航向和计程仪速度组合的Kalman滤波器设计，以解决长时间工作对系统精度的影响。最后，将该导航计算机实际应用于捷联基准中，通过半实物仿真试验，验证了导航计算机硬件方案的可行性和Kalman滤波器设计的合理性。结果表明，基于FPGA和DSP双核的嵌入式导航计算机性能稳定，设计合理，满足光学捷联基准高精度、低功耗的使用要求。     

星载异构计算环境下的能耗优化任务调度

针对航空航天探测等要求高可靠性、强实时性、低功耗的尖端领域,基于新型的异构多核计算平台对全迁移策略的支持,提出了能耗优化的实时任务调度算法。算法主要分为2部分:负载分配和任务调度。负载分配确定每个任务在不同的处理器集群上工作量的分配比例,并对系统的能耗进行优化。任务调度在负载分配的基础上,采用时间片划分的思想对已分配的任务进行合理调度,保证每个任务都能满足系统约束条件。将此算法与现有的SA算法和Hetero-Split算法进行对比,实验结果显示:此算法比Hetero-Split算法在寻求可行性任务调度方案方面相当,但强于SA算法;在能耗比方面,此算法比Hetero-Split算法在系统总能耗方面有大幅度的降低,降低比率约为23%～24%。     

一种基于DSP的实时视频色彩空间转换算法

DM642是广泛应用于视频处理领域的经典DSP平台,其视频采集端口可以采集多种视频制式,但无法直接接入色彩空间为YUV420的视频信号,而目前主流视频压缩算法都要求使用YUV420的视频数据。根据DM642的平台特点,优化实现了一套YUV422到YUV420的插值算法,解决了算法实时性的问题。测试结果表明,对于1024×768这种较大分辨率的视频图像表明,优化过的色彩空间转化算法能够以60帧每秒的速率进行实时转换,满足了后续视频压缩算法对实时性的要求。     

应用相变储能板的星载数据处理器热设计

某星载数据处理器采用标准机箱结构，实现整星对地遥测数据的存储与传输的功能。数据处理器总热耗较大，其中有3个数据处理单元在工作时热耗高达70W。针对数据处理单元的周期性工作特点，填充有相变材料的储能板作为其散热措施使用。在数据处理单元工作时储热，间歇时散热，实现对数据处理单元的温度控制。为了验证该热设计措施的有效性，采用Flotherm软件进行仿真分析并设计了真空下的瞬态热平衡试验。仿真和试验结果均证明热设计方案合理，该相变储能板可以适应数据处理单元周期性工作的需求，且其内部所有元器件均满足一级降额设计要求。这种热设计方法为后续该类型周期性工作的大热耗单元热设计提供了参考意义。     

航空电子领域虚拟化技术应用研究

随着航空电子系统承载的应用日趋复杂，飞机对机载设备的计算力和功耗比要求不断提升，这也推 动了嵌入式多核处理器的加速应用和普及。多核处理器在航空电子设备中的深入应用，随之而来的是运行的软 件复杂度急剧上升。随着商用领域嵌入式虚拟化的出现，如何将该技术更有效的应用到航空电子领域，成为必 须要研究的课题。本文结合航空电子本身的特点，概述航空电子多核处理器平台上嵌入式虚拟化的特征及应用 思路，为航空电子领域虚拟化的技术研究提供参考。     

VGOS基带数据预处理系统研究

VLBI全球观测系统-VGOS的数据采集系统具有超宽的记录带宽和超高的数据速率，数据率稳定可达16Gbit/s。数据回放及解析等预处理工作是数据采集到相关处理的关键步骤。针对国内VGOS数据采集系统，研发了VGOS基带数据预处理系统，分析了高速记录的元数据及基带数据格式，设计实现了数据记录、聚合、解析、重组等预处理模块。通过对预处理系统的研究和测试，分析了其效率提升的方法。利用预处理系统成功对国际VGOS站观测数据进行回放和解析，经过数据的相关处理成功获得了干涉条纹。表明预处理系统可正确处理高速数据，预处理过程中数据聚合速率平均可达到10Gbit/s，解析效率可达3.6Gbit/s，满足当前VGOS观测数据的超宽带、超高速处理要求。