可重构并行小卫星星载计算机体系结构设计

发布时间：2021-03-04 12:37

　　论文针对传统星载计算机体系结构固定、性能有限、成本高等不足和小卫星对星载计算机多功能、高性能、低成本等新要求，研究新型小卫星星载计算机体系结构的设计与实现。 论文在对可重构计算技术作了较全面的研究之后，对可重构计算技术应用于星载计算机体系结构设计的思路进行了深入分析。可重构计算具有的可重构、可动态重构、并行性和定制化的特性决定了其应用于星载计算机的设计中会是一条非常有潜力的思路。 基于以上思路，论文具体设计了一种可重构并行小卫星星载计算机的体系结构并实现了单机原理样机的研制。这种体系结构最大的特点是具有可重构计算平台作为加速器系统。论文从体系结构模型、硬件系统结构、软件接口、可重构特性和重构体等方面进行了具体设计。样机相对于传统的星载计算机，在实现多功能、性能和成本方面都有了极大的改善。样机的成功实现很好地验证了以上设计思路和体系结构的设计方法。 论文针对星载计算机的抗辐射设计，在对可重构容错原理进行研究的基础上，从体系结构设计的角度来设计容错结构。这种容错结构具有系统级、部件级、模块级和电路级四个层次。论文分别就这四个层次进行了具体设计，并对可靠性模型和可靠性参数进... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海微系统与信息技术研究所)上海市

【文章页数】：102 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

创新一号小卫星系统组成

卫星的系统集成、功能集成、突出软件的作用使得星载计算机在系统级融合到卫星平台和有效载荷的各个分系统中，从而使星载计算机从传统的作为有效载荷的一部分演变到整个卫星系统中心的位置。如图1一4所示:图1一4星载计算机的演变小卫星对星载计算机的新要求主要体现在以下三个方面:多功能高性能低成本现代小卫星应用的类型很多，比如通信、对地观测、空间探测、气象、军事等，这就要求小卫星核心的星载计算机要能具有多功能的特点，要能很好地胜任小卫星的多种不同的用途。小卫星的星上控制、卫星测控和星上数据处理OBP主要集中在星载计算机，小卫星应用的复杂化要求星载计算机要具有高的性能。复杂化的应用比如基于卫星的灾难侦察检测系统DDMS(DisasterDeteetionandMonitoringSystem)中远程遥感的星上实时图像处理、基于卫星的宽带服务SBBS(SatelliteBasedBroadbandServices)中天地一体多媒体通信系统的通信信号处理、自动卫星导航系统AsNs(AutonomoussatelliteNavigationSystem)中星上在轨GpS信号的接收处理等。小卫星上各分系统提供给星载计算机大量的数据，相对于有限的传回地面的数据带宽，就需要星载计算机能实时地处理这些原始数据，而只把得到的结果传回地面。随着处理任务的日益复杂，对星载计算机处理性能要求势必越来越高。通常情况下，在星上很少对数据作充分的分析处理，抗辐射增强的微处理中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士学位论文

抗辐射的标准而应用于太空的环境中了。NASA有一个REE项目研究基于抗辐射增强的COTS部件来设计新型的航天计算机[9]。图1一5是REEoBc的硬件系统结构。中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士学位论文

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA的FFT/IFFT处理器的实现[J]. 孙阳,余锋.  电子工程师. 2002(12)
[2]中国航天专用集成电路实现途径研究[J]. 杜文志,谭维炽.  中国空间科学技术. 2002(05)
[3]利用FPGA实现模式可变的卫星数据存储器纠错系统[J]. 蒋洵,熊剑平,尤政.  电子技术应用. 2002(08)
[4]Kalman滤波工程应用问题分析及改进方法研究[J]. 祝转民,杨宜康,李济生,黄永宣.  宇航学报. 2002(03)
[5]基于GPS与磁强计组合的姿态确定[J]. 王建琦,曹喜滨,孙兆伟.  中国空间科学技术. 2002(02)
[6]利用GPS确定低轨道小卫星姿态[J]. 郑庆晖,张育林.  导弹与航天运载技术. 2002(02)
[7]小卫星的自适应姿态控制[J]. 王景,刘良栋,张笃周.  中国空间科学技术. 2002(01)
[8]与FFT并行算法相适应的体系结构探讨[J]. 孙世新,陈平安,张艳.  电子科技大学学报. 2000(05)
[9]新世纪初军用卫星技术及市场发展评析[J]. 税世鹏.  国际太空. 2000(05)
[10]基于人工神经网络的卫星姿态信号处理[J]. 田蔚风,金志华,陆恺.  上海交通大学学报. 1999(11)



本文编号：3063233