本文關(guān)鍵詞：面向無人機航跡預(yù)測的機載可重構(gòu)計算系統(tǒng)研制

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【摘要】：隨著航空航天技術(shù)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(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用。航跡預(yù)測則是保證無人機平穩(wěn)安全完成飛行任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)之一,它將預(yù)測結(jié)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(gòu)計算系統(tǒng)以其低功耗、高性能的特點,可為航跡預(yù)測的實現(xiàn)提供通用性的計算平臺。本文研制以異構(gòu)ZYNQ So C器件為核心處理器的機載硬件平臺。在此平臺基礎(chǔ)上,基于通用性強、高性能的向量處理器架構(gòu),面向航跡預(yù)測的實際應(yīng)用,完成可重構(gòu)計算系統(tǒng)的研制。并以EKF算法為例,進行實例設(shè)計,對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(gòu)計算系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計及研制。硬件平臺以兼具通用處理器對串行任務(wù)的控制能力和FPGA并行計算能力的ZYNQ So C器件作為核心處理器,以DDR3 SDRAM作為數(shù)據(jù)存儲器,以異步RS-422接口與無人機進行數(shù)據(jù)交互。其次,在硬件平臺基礎(chǔ)上,完成基于向量處理器的可重構(gòu)計算系統(tǒng)設(shè)計。該系統(tǒng)能為向量計算加速,同時可為航跡預(yù)測提供高性能的計算平臺、靈活便捷的外設(shè)通訊接口,以及大容量的外部數(shù)據(jù)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(shè)計軟件程序代碼,協(xié)同設(shè)計為機載可重構(gòu)計算系統(tǒng)提供指令動態(tài)加載和與外設(shè)進行數(shù)據(jù)交互的能力。最后,以航跡預(yù)測算法中最典型的EKF算法為例,對機載可重構(gòu)計算系統(tǒng)進行實例設(shè)計與分析。對系統(tǒng)的存儲容量、數(shù)據(jù)處理延遲、性能和功耗等指標進行測試,根據(jù)結(jié)果分析本文研制面向無人機航跡預(yù)測的可重構(gòu)計算系統(tǒng)的優(yōu)勢。
【關(guān)鍵詞】：無人機 航跡預(yù)測 ZYNQ 向量處理器
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V279
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-15
• 1.1 課題來源及研究的目的和意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析9-13
• 1.2.1 無人機航跡預(yù)測國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.2 嵌入式可重構(gòu)計算系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3 主要研究內(nèi)容13
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)13-15
• 第2章 機載可重構(gòu)計算系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計15-28
• 2.1 硬件平臺總體設(shè)計15-19
• 2.1.1 技術(shù)指標與需求分析15-16
• 2.1.2 核心處理器選型16-18
• 2.1.3 硬件平臺設(shè)計方案18-19
• 2.2 數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計19-23
• 2.2.1 ZYNQ概述19-22
• 2.2.2 電源子模塊設(shè)計22
• 2.2.3 時鐘子模塊設(shè)計22-23
• 2.2.4 串口子模塊設(shè)計23
• 2.3 數(shù)據(jù)存儲模塊設(shè)計23-26
• 2.3.1 緩存子模塊設(shè)計23-25
• 2.3.2 配置存儲子模塊設(shè)計25-26
• 2.4 數(shù)據(jù)接口模塊設(shè)計26
• 2.5 本章小結(jié)26-28
• 第3章 基于向量處理器的可重構(gòu)計算系統(tǒng)設(shè)計28-42
• 3.1 總體設(shè)計28-29
• 3.2 ZYNQ PL部分結(jié)構(gòu)設(shè)計29-39
• 3.2.1 向量處理器概述30-35
• 3.2.2 向量處理器接口設(shè)計35-36
• 3.2.3 RS-422通訊控制器設(shè)計36-39
• 3.3 ZYNQ PS部分軟件設(shè)計39-40
• 3.4 PL與PS互聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計40-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第4章 航跡預(yù)測的實例分析42-54
• 4.1 航跡預(yù)測方案42-48
• 4.1.1 測試系統(tǒng)搭建方案43-44
• 4.1.2 航跡預(yù)測算法實現(xiàn)方案44-48
• 4.2 航跡預(yù)測結(jié)果與分析48-53
• 4.2.1 通訊控制器測試48-49
• 4.2.2 存儲容量測試49
• 4.2.3 精度分析49-50
• 4.2.4 延遲測試50-51
• 4.2.5 性能測試51-52
• 4.2.6 功耗測試52-53
• 4.3 本章小結(jié)53-54
• 結(jié)論54-55
• 參考文獻55-59
• 附錄一 機載可重構(gòu)計算系統(tǒng)硬件平臺59-60
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文及發(fā)明專利60-62
• 致謝62-63

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本文編號：910403