面向無人機航跡預測的機載可重構計算系統(tǒng)研制.pdf

1、隨著航空航天技術的飛速發(fā)展，無人機以其低成本和高靈活性等優(yōu)勢，在軍用、民用和消費等領域正得到越來越廣泛的應用。航跡預測則是保證無人機平穩(wěn)安全完成飛行任務的關鍵技術之一，它將預測結果反饋給無人機飛行控制系統(tǒng)，為系統(tǒng)健康管理的決策提供信息支持。受限于無人機機載平臺對實時性、功耗和體積的要求，基于向量處理器的嵌入式可重構計算系統(tǒng)以其低功耗、高性能的特點，可為航跡預測的實現(xiàn)提供通用性的計算平臺。
　　本文研制以異構ZYNQ SoC器件為核

2、心處理器的機載硬件平臺。在此平臺基礎上，基于通用性強、高性能的向量處理器架構，面向航跡預測的實際應用，完成可重構計算系統(tǒng)的研制。并以EKF算法為例，進行實例設計，對系統(tǒng)的數(shù)據處理延遲、性能和功耗等方面進行測試與分析。
　　首先，完成機載可重構計算系統(tǒng)硬件平臺設計及研制。硬件平臺以兼具通用處理器對串行任務的控制能力和FPGA并行計算能力的ZYNQ SoC器件作為核心處理器，以DDR3SDRAM作為數(shù)據存儲器，以異步RS-422接口與

3、無人機進行數(shù)據交互。
　　其次，在硬件平臺基礎上，完成基于向量處理器的可重構計算系統(tǒng)設計。該系統(tǒng)能為向量計算加速，同時可為航跡預測提供高性能的計算平臺、靈活便捷的外設通訊接口，以及大容量的外部數(shù)據存儲。在ZYNQ的PL部分實例化向量處理器和RS-422通訊控制器，在PS部分設計軟件程序代碼，協(xié)同設計為機載可重構計算系統(tǒng)提供指令動態(tài)加載和與外設進行數(shù)據交互的能力。
　　最后，以航跡預測算法中最典型的EKF算法為例，對機載可重構