部分重配置技術(shù)在衛(wèi)星實(shí)時(shí)計(jì)算中的應(yīng)用研究.pdf

1、衛(wèi)星作為重要的航天器之一,在軍事偵查、資源探測、信息傳遞等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的地位,國際競爭的激烈、國內(nèi)需求的增加也對(duì)衛(wèi)星的設(shè)計(jì)、功能提出了更高的需求。部分重配置技術(shù)是一種新興的可重配置計(jì)算技術(shù),它的出現(xiàn)滿足了現(xiàn)代衛(wèi)星發(fā)展的需求,通過對(duì)系統(tǒng)資源的分時(shí)復(fù)用,可以對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行在軌的功能維護(hù)以及功能升級(jí),在降低衛(wèi)星體積、功耗、成本的同時(shí),提高了衛(wèi)星的資源利用率、功能密度和設(shè)計(jì)的靈活性。
　　本文主要研究了部分重配置技術(shù)在衛(wèi)星實(shí)時(shí)計(jì)算領(lǐng)域

2、的應(yīng)用,首先,文章研究了部分重配置技術(shù),從重配置技術(shù)劃分、部分重配置技術(shù)的優(yōu)勢、部分重配置的配置方法等方面進(jìn)行研究,并對(duì)部分重配置的具體設(shè)計(jì)方法進(jìn)行詳細(xì)的分析,為部分重配置技術(shù)的應(yīng)用提供了理論支持。
　　然后,文章根據(jù)對(duì)衛(wèi)星實(shí)時(shí)計(jì)算任務(wù)的需求分析進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模,建立了衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型和衛(wèi)星姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,針對(duì)衛(wèi)星不同狀態(tài)下的控制需求分別采用了PD姿態(tài)控制算法和大角度姿態(tài)控制算法,從而搭建了完整的衛(wèi)星實(shí)時(shí)計(jì)算任務(wù)的模型,并利用MA

3、TLAB對(duì)建立的模型進(jìn)行了數(shù)學(xué)仿真。
　　結(jié)合部分重配置技術(shù),構(gòu)建了基于 FPGA的嵌入式系統(tǒng),研究了微處理器MicroBlaze、AXI總線以及ICAP控制器的使用;將PD姿態(tài)控制算法和大角度姿態(tài)控制算法作為可重配置模塊設(shè)計(jì),利用FPGA實(shí)現(xiàn),并進(jìn)行了功能仿真和硬件協(xié)同仿真,并結(jié)合MATLAB的數(shù)學(xué)仿真進(jìn)行了對(duì)比,其計(jì)算精度達(dá)到-510 rad。
　　最后,文章構(gòu)建了可重配置系統(tǒng)和實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)組成的衛(wèi)星實(shí)時(shí)計(jì)算系統(tǒng)。在可重

4、配置系統(tǒng)中搭建了硬件平臺(tái),進(jìn)行了相應(yīng)的軟件開發(fā),包括:定時(shí)器、ICAP以及串口接收和發(fā)送模塊等,設(shè)計(jì)中采用了基于 EAPR的部分重配置設(shè)計(jì)方法;在實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)中對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型和姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型添加 RS232硬件接口,以滿足測試需求。
　　經(jīng)過對(duì)部分重配置時(shí)間、衛(wèi)星的計(jì)算性能以及硬件占用資源情況的測試,結(jié)果表明:衛(wèi)星實(shí)時(shí)計(jì)算系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了部分重配置功能,重配置時(shí)間為36ms,能夠在衛(wèi)星500ms的控制周期內(nèi)對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)進(jìn)行有效的控制