1785-L11B
发布时间：2019-03-07 11:17:32点击率：
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1785-L11B 我们计划采用Xilinx的VirtexFPGA实现一个能解决以上问题的空间电子系统。利用部分可重配置特性实现系统的远程更新，并利用可重构计算加上加速航天器姿态确定，姿态轨道控制等算法的运算。当系统受到高能粒子轰击，发生单粒子事件翻转故障时，利用FPGA的配置回读特性实现故障检测与自我修复。
系统原理及技术特点 2.1系统原理 在本项目中，我们以空间飞行器导航、制导与控制（GNC）系统为具体实现对象，来设计可自修复空间电子系统。导航、制导与控制系统在飞行器中的作用和工作原理如下图所示。 图表1导航制导与控制系统工作原理 首先，空间飞行器的GNC系统从地面站或导航算法得到执行本次任务的期望位置与姿态信息。接着，GNC系统通过飞行器上转载的敏感元件获得飞行器本体目前真实的轨道位置与姿态信息。敏感元件包括陀螺、加速度计、星敏感器、红外地平敏感区等。这些信号经过AD采用数字化、数字滤波、信号调理等处理后，经过制导和控制算法解算，得到飞行器推力器控制信号。由控制信号驱动推力器的开关为飞行器的航行或姿态调整提供合适的力或力矩。当这些力和力矩作用于空间飞行器本体上时，其轨道位置和姿态会发生改变。而位置和姿态的改变立即被敏感元件测量到，从形成一个闭环的控制系统，到达期望的控制结果。 1785-L11B 可重构加速计算
在空间飞行器不同的时间阶段要执行不同的任务算法。比如，当飞行器刚刚到达预定轨道时，首先要执行姿态确定任务，主要算法有扩展卡尔曼滤波算法等。之后要进行姿态调整控制，执行姿态控制算法。再运行轨道导航制导算法等等。可以看出在不同的任务阶段，执行的算法是不同的。对此，我们在FPGA内部规划了2块独立的部分可重配置区域，在不同的任务阶段，对其配置合适的算法硬件加速模块，从而大大提供系统的运算性能。由于部分重配置时，FPGA的其他区域任然正常的工作运行，从而可以在不同任务阶段平滑的切换硬件算法模块，而不会对整个系统的运行造成中断。FPGA内部规划架构图如下。 图表3FPGA片上系统组件架构图 部分重配置设计流程 步：用HDL描述设计并综合计可以用VHDL或Verilog语言描述，任何一种ISE支持的综合工具都可以用来综合。在综合时，必须把其设置为在不同的设计层次间没有优化。另外应该禁止I/O插入以防止I/Obuffers插入到低层模块中。每个部分重配置区域的模块都必须分别综合。 第二步：设置设计的约束 为布局布线设置约束。除了时序约束外（PERIOD，etc）还必须设置AREAGROUP，AREAGROUPRANGE，MODE和LOC约束。 第三步：实现非部分重配置区域的设计 第四步：时序/布局分析 第五步：实现基础设计 第六步：实现各个重配置模块 第七步：融合顶层，基础及部分配置模块设计，并生成终的配置bit文件在两个部分重配置区域中，我们将在不同的任务阶段根据其算法特点配置不同的算法硬件加速模块。在航天器姿态轨道控制系统中要实现对系统参数的估计，常用的技术就是基于扩展卡尔曼滤波（EKF）技术的姿态确定算法。该方法除了可以估计航天器的姿态参数外，还可以估计矢量观测中的一些不确定性参数。因此，该方法能够获得很高的姿态确定精度。 1785-L11B
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