高性能通用处理部件在航空电子系统中的应用

现代作战飞机对数据处理能力提出了大量的要求。为了满足这种要求,机载系统结构日益需要有多种用途的高可靠、高性能的分布处理节点。这些处理节点采用超高速集成电路/超大规模集成电路(VHSIC/VLSI)器件和表面安装工艺进行高度集成化和模块化设计。本文所述的Unisys/AT&T通用处理部件(GPPE)模块就是这种处理节点的具体实现,它可广泛应用于航空电子系统。 GPPE采用下一代简化指令系统计算机(RISC)微处理机技术,MIPS计算机系统公司的32位指令系统结构(ISA),工作频率为33MHz。该模块采用商用ISA和开放型系统结构,单宽度SEM-E军用模块的功能齐全极为经济有效。它还能让用户买到所需的开发工具。 GPPE还有多层数据安全机制和保护分类数据的多种特点。GPPE所用的6MB SRAM和512KB的EEPROM符合大型RISC寻址空间和实时操作系统的要求。网络总线(N总线)底板接口为分布处理环境中的模块间通信提供低开销的报文传送协议和宽带的通路。GPPE能够支持联合综合航空电子系统工作组(JIAWG)二级维护概念。模块上的维护控制器通过双测试与维护总线(TM总)端口支持模块状态信息的操作报告。单个联合测试功能组(JIAG)接口支持基地测试和若干机内自测试方法都综合在模块上,有很高的故障复盖率和测试可信度。 GPPE适用于要求性能     

嵌入式数字信号并行处理技术研究

推动嵌入式数字信号并行处理技术发展主要涉及三个领域的技术:处理器技术、系统的拓扑结构和互连协议。对三项关键技术相关领域技术发展的内容、技术优缺点、技术应用和发展趋势进行了分析。以此为基础,提出了某嵌入式数字信号并行处理模块的设计实现方案。系统具有高速信号处理能力、高速数据传输能力、互连拓扑结构灵活、易扩展、支持容错/重构等特性。     

变循环发动机完全分布式控制

采用分布式控制架构可以降低变循环发动机控制系统的重量并有利于系统的开发和扩展。提出了一种完全分布式控制架构,控制算法的计算完全分布到智能执行机构中,计算所需的参数值由智能传感器通过串行数据总线发送到智能执行机构。变循环发动机完全分布式控制系统研发的主要工作是设计分散控制算法和总线通信方案。将控制回路的耦合当作总扰动的一部分,使用线性自抗扰控制器(ADRC)观测并在控制信号中消除总扰动,实现了分散控制。在CAN总线硬件的基础上,使用CANaerospace高层协议设计了时间触发的总线通信方案。从而实现了变循环发动机完全分布式控制。在MATLAB/Simulink环境下使用TrueTime工具箱搭建了仿真系统。使用TrueTime Kernel模块仿真智能执行机构与智能传感器的计算单元,使用TrueTime Network模块仿真CAN总线,并且将线性ADRC和CANaerospace协议写入到计算单元中。仿真结果表明:所建立的变循环发动机完全分布式控制系统能够适应发动机进气状况和健康状况的大范围变化,具有较好的鲁棒性。     

一种对称式双处理器模块的设计与实现

随着嵌入式机载计算机处理任务的增加,系统对数据处理功能模块性能提出了很高的要求,采用对称式双处理器是提高功能模块数据处理能力简单而有效的方法。介绍了对称式双处理器结构特点,提出了模块组成结构以及关键电路的设计实现,给出了模块测试性设计。     

基于SiP的低成本微小型GNC系统技术

随着微机电系统(MEMS)技术及微惯性器件的发展,大量小型化、低成本、高性能的导航、制导与控制(GNC)产品正越来越多地应用于小型无人飞行器、地面无人系统以及精确制导弹药等领域.针对各类应用需求,基于MEMS惯性测量单元(IMU)、GNSS接收模块、全捷联红外/可见光/激光多模智能导引头、信息处理器(DSP)与数据链通信模块,采用SiP技术研制出GNC芯片.基于GNC芯片构建一体化微小型GNC系统,突破了基于SiP一体化微小型GNC系统集成、全捷联红外/可见光/激光多模智能感知、嵌入式深组合导航、全捷联多模智能导引头/导航/制导与控制一体化设计等关键技术,并对其性能进行了评估.微小型GNC系统技术为低成本小型无人系统和精确制导弹药的发展夯实技术基础.     

基于CPCI总线的具有热切换能力的数据处理模块的设计与实现

数据处理模块是机载嵌入式系统的核心计算资源。介绍了一种基于CPCI总线的具有热切换能力的数据处理模块的设计与实现,模块具有主从（系统与外设）自适应和热切换能力,为CPCI系统提供了一种通用的、具有热切换能力的数据处理模块的解决方案。     

基于VPX标准的高速处理模块的设计与实现

为满足高度综合化的发展对嵌入式数字信号处理技术的更高要求,提出一种高性能数据信号处理模块的设计实现方案.模块采用符合VITA 46/VITA 48的VPX标准设计,用多片高性能多核处理器组建处理器阵列来实现超高数据信号处理性能;采用Serial RapidIO、PCI Express、Gigabit Ethernet三种标准高速串行总线来满足不同应用的高速数据通信要求;采用交换开关式互连体系结构设计,支持容错/重构和可扩展性,能够满足嵌入式领域多通道、多任务的应用需求.     

基于串行RapidIO协议的包交换模块的设计与实现

RapidIO包交换模块是嵌入式数字信号并行处理系统中的关键模块,为系统中的各个数据处理模块、信号处理模块交换和传输高速数据。从计算技术的发展趋势和需求出发,介绍了高速互连技术的发展,特别是RapidIO技术在嵌入式系统中的应用,以及基于串行RapidIO协议的包交换模块的设计与实现。     

飞行试验中接口控制单元的发展与应用

提出了新一代的飞行试验测试仪器的测试系统,该系统采用模块化设计,利用一个简单的协议和航电系统交流,系统的各模块由测试仪器控制单元(ICU)进行主控,再由测试仪器多路传输单元(IMU)传输到各个模块,并且在座舱安装辅助控制面板(ACP)供飞行员输入指令.描述了基础性测试仪器控制系统和对此设备在最新的试飞科目上应用的要求,以及此系统在未来应用中的前景.     

飞机起飞着陆性能智能计算模型及应用

提出了一种飞机起飞着陆性能智能计算思路。详细分析了影响飞机高原起飞着陆性能的主要因素,提出了高原起飞着陆性能智能计算的一般模型,然后采用支持向量机(Support Vector Machines,SVM)对某型飞机高原起飞滑跑距离实测数据进行了建模和验算,同时为说明支持向量机模型适合工程使用、精度高、推广性高的优点,还与贝叶斯正则化BP神经网络(BRBP)、RBF神经网络(RBF)、自适应神经模糊推理系统(ANFIS)做了比较。计算结果表明,支持向量机具有很好的推广性能,得到的结果优于BRBP,RBF和ANFIS等智能计算方法,推广误差能够满足工程的实际需要。该模型对于发展和丰富飞行器起飞着陆性能计算理论具有一定的参考价值。     

基于DSP和CAN总线的发动机电子控制器核心电路模块研究

为了满足复杂控制算法和分布式控制的需要 ,提出一种基于数字信号处理器 ( DSP)和控制器局域网( CAN)总线的电子控制器核心电路模块的设计方案 ,并进行了工程实现。阐述了硬件设计和软件设计中的关键技术问题 ,并通过实物在回路仿真实验 ,验证了本核心电路模块设计方案的可行性。该模块也可作为飞 /推综合控制、分布式控制等需要高性能计算能力和实时数据通信能力的核心电路模块使用     

工程控制结构相关理论的研究

提出了一种支持自项向下产品设计的控制模型——工程控制结构模型,介绍了工程控制结构的总体框架及其对设计过程支持的模式,分析了工程控制结构中各主要组成模块的要点和功能,另外,还介绍了工程控制结构在智能产品服务中的应用。     

机载超轻量化卷积神经网络加速器设计

卷积神经网络庞大的权重参数和复杂的网络层结构,使其计算复杂度过高,所需的计算资源和存储资源也随着网络层数的增加而快速增长,难以在资源和功耗有严苛要求的机载嵌入式计算系统中部署,制约了机载嵌入式计算系统朝着高智能化发展。针对资源受限的机载嵌入式计算系统对超轻量化智能计算的需求,提出一套全流程的卷积神经网络模型优化加速方法,在对算法模型进行超轻量化处理后,通过组合加速算子搭建卷积神经网络加速器,并基于FPGA开展网络模型推理过程的功能验证。结果证明：本文搭建的加速器能够显著降低硬件资源占用率,获得良好的算法加速比,对机载嵌入式智能计算系统设计具有重要意义。     

无人机编队协调控制算法的设计及3D仿真实现

介绍了无人机编队队形保持的协调控制算法设计、3D模型地面处理、基于三维地图的3D模型绘制显示模块的设计,并进行了嵌入式下的仿真实验。基于智能体编队的一致性算法提出了队形保持的全状态反馈协调控制算法,可以实现在机动过程中的队形保持。采用三维建模软件3DMax构建3D模型原型,设计了3D模型读取绘制的流程,实现了3D模型显示。将3D模型绘制显示模块融合在三维地图软件中进行嵌入式测试,绘制效率、读取速度对三维地图软件影响很小。3D模型绘制显示模块丰富了三维地图软件的显示内容,增强了立体效果,提高了用户体验。     

基于PCI Express总线的接口模块设计与实现

为满足高度综合化发展对嵌入式处理系统交联信号的多样性要求,提出了一种基于PCI Express总线架构的多功能接口模块的设计实现方案。采用一片FPGA作为逻辑设计芯片,实现了包括FC、RS422、ARINC429、USB、IDE等多种接口,满足了综合化发展对模块功能、功耗和重量等要求,可通用于各类综合处理系统接口设计中。     

MPRF脉冲多普勒雷达二维单元均值类恒虚警模块仿真

阐述了MPRF(中脉冲重频)下二维单元均值类CFAR(恒虚警)的基本原理和它在MPRF多普勒雷达数据处理机中的作用,说明了二维单元均值CFAR的一般流程,并给出了二维单元均值CFAR仿真模块的实现方法,在脉冲多普勒雷达电子对抗仿真系统的大环境下,验证了二维单元均值CFAR仿真模块测试结果的正确性.     

基于嵌入式GPU的三天线GNSS基带信号处理加速技术

GNSS软件接收机因其可移植性及灵活性等优点,持续受到业内关注。但传统的软件接收机存在计算量大、耗时长的捕获和跟踪基带信号处理过程,使得软件接收机往往跟踪通道较少,且难以在嵌入式系统上运行。利用嵌入式图形处理器(GPU)的高浮点性能和并行运算能力,对GNSS软件接收机中耗时长且并行性明显的模块进行加速,实现采用CUDA流的数据读取,以及多采样点并行的捕获和多采样点、多卫星并行的跟踪。采用嵌入式GPU进行加速后,可将数据读取速度提高3.43倍,卫星搜捕速度提高16.83倍,卫星跟踪速度提高11.28倍。实验结果表明,在嵌入式Jetson TX2平台上可以支持超过90个62MHz采样的GNSS卫星信号处理。研制了三天线GNSS信号的定位和测姿接收机,为未来小型嵌入式PNT系统的研制提供新思路。     

航空电子嵌入式计算建模仿真方法研究

航空电子系统经过数十年的演进,正朝着更加开放、灵活、智能的方向发展,同时也不断面临新的问题和挑战,需要在功能复杂度不断提升的前提下实现资源的高效分配,保证系统的实时性与可靠性。通过分析机载嵌入式计算特点,基于模型的系统工程理论的同时结合形式化建模仿真方法,针对典型嵌入式计算平台场景中的组件开展基于模型的设计方法研究与应用。该方法能够清晰描述航电嵌入式计算的时间关键性特征,有效辅助设计和论证工作,降低研发周期、提升设计的可复用性。     

基于簇特征加权的航空发动机状态监视方法

提出了基于簇特征加权模糊C-均值聚类算法(FWFCM)的航空发动机状态监视模型,该模型主要分为离线学习和在线监视两个部分,离线学习模块计算出模型参数输出到在线监视模块,在线监视模块根据模型参数对实时数据进行分类,实时数据又输入到离线学习模块中参与更新模型参数.结果表明:相比基于数据加权策略的模糊聚类算法(DWFCM)以及经典模糊C-均值聚类算法(FCM),该方法平均离线状态识别率和在线状态识别率分别提高了5.233%和8.358%.实验证明此方法性能好且有很好的鲁棒性和泛化能力,对于不确定性的航空发动机在线状态监视有较好的应用价值.      

分布多微处理机网络

最近几年,分布多处理机系统的设计受到极大关注。随着LSI 和 vlsi 的出现,可以设计成本低,效能高的多微处理机模块,作为构成分布系统的基本单元使用。在分布系统的设计中,需要解决下列几个问题:(1)每个模块的内部结构,(2)模块间的信息交换处理,(3)通过分布邮箱(mailbox)的信息交换,(4)分布计时和控制,(5)分布优先级判定和死锁检查。该文将讨论这些问题,提出实际的解决方法,并进行简单的性能分析。