一种可扩展分布式多余度无人机智能飞行控制计算机制造技术

本发明专利技术公开了一种可扩展分布式多余度无人机智能飞行控制计算机，分布式系统采用硬件相似多余度形式，由以XCZU7EV器件为载体的多余度飞行控制模块节点、以XCZU7EV器件为载体的多余度综合信息处理智能计算模块节点及一组双通道FlexRay冗余时间触发总线组成。采用基于任务划分的分时分区映射策略，将多任务进行高效映射，将与控制律和决策强相关的智能处理分配到飞行控制模块上，并将智能感知相关的智能处理分配到多余度综合信息处理智能计算模块上。提出并实现了一种开放式、综合化的信息处理综合化设计方法，实现了飞行控制与导航计算、大气数据计算的一体化综合信息处理，提出并应用基于双核自监控的容错设计方法预防拜占庭故障的发生。拜占庭故障的发生。拜占庭故障的发生。

【技术实现步骤摘要】
一种可扩展分布式多余度无人机智能飞行控制计算机


[0001]本专利技术属计算机
，具体涉及一种无人机智能飞行控制计算机。

技术介绍

[0002]在航空计算机领域中，一般采用多余度容错设计技术来提升飞行控制系统的可靠性与容错能力，较为常见的是双余度计算机和三余度计算机。目前公开的飞行控制计算机在基于事件触发的飞行控制系统中，通常基于有限节点数量进行节点容错设计，可扩展性较差，同时由于对于智能计算的支持欠缺和有限的带宽限制，无法支持神经网络智能计算节点的大数据量计算和传输处理；在基于时间触发的飞行控制系统中，一方面缺少弹性可扩展性容错体系结构支持，另一方面缺少对于智能飞行控制的硬件体系结构支持，从而无法适应越来越成熟的神经网络飞行控制信息处理计算。

技术实现思路

[0003]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种可扩展分布式多余度无人机智能飞行控制计算机，分布式系统采用硬件相似多余度形式，由以XCZU7EV器件为载体的多余度飞行控制模块节点、以XCZU7EV器件为载体的多余度综合信息处理智能计算模块节点及一组双通道FlexRay冗余时间触发总线组成。采用基于任务划分的分时分区映射策略，将多任务进行高效映射，将与控制律和决策强相关的智能处理分配到飞行控制模块上，并将智能感知相关的智能处理分配到多余度综合信息处理智能计算模块上。提出并实现了一种开放式、综合化的信息处理综合化设计方法，实现了飞行控制与导航计算、大气数据计算的一体化综合信息处理，提出并应用基于双核自监控的容错设计方法预防拜占庭故障的发生。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：
[0005]一种可扩展分布式多余度无人机智能飞行控制计算机，包括两条双通道FlexRay总线、m个飞行控制模块、n个综合信息处理智能计算模块、可扩展余度节点配置模块和多余度电源模块；
[0006]所述每个飞行控制模块都分别与两条双通道FlexRay总线连接；每个飞行控制模块都与无人机传感模块连接，接收无人机传感器的数据；飞行控制模块实现飞行控制律计算、智能飞行控制信息计算、智能决策信息计算及飞行器平台管理功能，利用管理结果进行控制律和决策信息解算；
[0007]所述每个综合信息处理智能计算模块都分别与两条双通道FlexRay总线连接；每个综合信息处理智能计算模块都与无人机传感模块连接，接收无人机传感器的数据；每个综合信息处理智能计算模块都与无人机机载设备连接，接收无人机机载设备的状态数据并向无人机机载设备输出控制指令；每个综合信息处理智能计算模块都与无人机伺服系统连接，向无人机伺服系统输出控制指令；综合信息处理智能计算模块实现飞行控制计算机输入输出数据的余度管理、传感器信息解算及智能感知信息解算；
[0008]所述双通道FlexRay总线用作飞行控制计算机各功能节点间的数据交联，保证每
个飞行控制模块、每个信息处理智能计算模块互相之间的信息传输；
[0009]所述可扩展余度节点配置模块分别与两条双通道FlexRay总线连接，用于多余度飞行控制计算机余度节点配置及FlexRay总线参数配置；
[0010]所述度电源模块给飞行控制计算机各模块供电；
[0011]所述飞行控制模块以Xilinx公司的UltraScale+MPSoC系列的XCZU7EV器件为核心解算芯片；在飞行控制模块的外围设备及电路中，包括外接存储器和外部接口电路；所述外接存储器包括DDR、MRAM、NORFlash、SDRAM以及FlashROM；所述外部接口电路包括RS485总线、RS232总线、RS422总线、数据记录总线、LVDS交叉传输总线、FlexRay同步总线；
[0012]多个飞行控制模块之间通过FlexRay同步总线进行连接，当其中一个飞行控制模块发起同步信号时，其它飞行控制模块均会接收到该同步信号，从发送驱动器输入到接收驱动器输出的单边延迟不大于10us，通道间异步度不大于20μs；
[0013]所述综合信息处理智能计算模块以Xilinx公司的UltraScale+MPSoC系列的XCZU7EV器件为核心解算芯片；在综合信息处理智能计算模块的外围设备及电路中，包括外接存储器和外部接口电路；所述外接存储器包括DDR、MRAM、NORFlash、SDRAM以及FlashROM；所述外部接口电路包括RS485总线、RS232总线、RS422总线、数据记录总线、LVDS交叉传输总线、FlexRay同步总线；所述综合信息处理智能计算模块还包括离散量输出模块，用于输出离散控制信号；
[0014]多个综合信息处理智能计算模块之间通过FlexRay同步总线进行连接，当一个综合信息处理智能计算模块发起同步时，其余综合信息处理智能计算模块将会接收到此同步信号，同步信号均采用TTL差分电平，单边延迟不大于10us，通道间的异步度不大于20μs。
[0015]优选地，所述m＝3，n＝3。
[0016]优选地，所述无人机传感模块包括智能飞行控制信息传感器、智能决策信息传感器、多余度惯性传感器、多余度大气传感器、智能感知信息传感器、多余度相高传感器等。
[0017]优选地，所述无人机机载设备包括发动机控制设备、遥控遥测设备、电气设备。
[0018]优选地，所述无人机伺服系统包括k个伺服控制器。
[0019]本专利技术的有益效果如下：
[0020]1、本专利技术基于FlexRay时间触发总线和XCZU7EV器件构建了无人机分布式多余度飞行控制计算机系统，系统采用硬件相似多余度形式，进行了系统同步设计、余度管理设计、集飞行控制与导航计算/大气数据计算为一体的开放式/综合化的多余度无人机信息处理综合化节点设计，有效提升了系统的分布性和扩展性。
[0021]2、本专利技术采用基于任务划分的分时分区映射策略，将飞行任务管理、航线规划、余度管理、飞行控制律解算、信息交互、神经网络算法处理等无人机智能飞行控制计算机的多任务进行具体划分，针对多核异构处理器进行多任务高效映射，满足无人机系统多任务的复杂特点，同时利用存储控制单元、平台管理单元、配置安全单元等有效解决多核异构处理器核间信息交互及处理器平台管理问题，有效提升了系统的高效性和可靠性。
[0022]3、本专利技术将智能飞行控制信息传感器、智能决策信息传感器、及智能感知信息传感器信息智能处理的过程进行解耦，将与控制律和决策强相关的智能处理分配到多余度飞行控制模块板上，将与智能感知相关的智能处理分配到多余度综合信息处理智能计算模块板上，符合可扩展分布式无人机智能飞行控制计算机对于各类型智能计算任务的优先级需
求特点，有效提升了系统的智能性和自主性。
附图说明
[0023]图1为本专利技术可扩展分布式多余度无人机智能飞行控制计算机架构图。
[0024]图2为本专利技术可扩展分布式多余度无人机智能飞行控制计算机增加了外部模块的架构图。
[0025]图3为本专利技术飞行控制模块架构图。
[0026]图4为本专利技术XCZU7E本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可扩展分布式多余度无人机智能飞行控制计算机，其特征在于，包括两条双通道FlexRay总线、m个飞行控制模块、n个综合信息处理智能计算模块、可扩展余度节点配置模块和多余度电源模块；所述每个飞行控制模块都分别与两条双通道FlexRay总线连接；每个飞行控制模块都与无人机传感模块连接，接收无人机传感器的数据；飞行控制模块实现飞行控制律计算、智能飞行控制信息计算、智能决策信息计算及飞行器平台管理功能，利用管理结果进行控制律和决策信息解算；所述每个综合信息处理智能计算模块都分别与两条双通道FlexRay总线连接；每个综合信息处理智能计算模块都与无人机传感模块连接，接收无人机传感器的数据；每个综合信息处理智能计算模块都与无人机机载设备连接，接收无人机机载设备的状态数据并向无人机机载设备输出控制指令；每个综合信息处理智能计算模块都与无人机伺服系统连接，向无人机伺服系统输出控制指令；综合信息处理智能计算模块实现飞行控制计算机输入输出数据的余度管理、传感器信息解算及智能感知信息解算；所述双通道FlexRay总线用作飞行控制计算机各功能节点间的数据交联，保证每个飞行控制模块、每个信息处理智能计算模块互相之间的信息传输；所述可扩展余度节点配置模块分别与两条双通道FlexRay总线连接，用于多余度飞行控制计算机余度节点配置及FlexRay总线参数配置；所述度电源模块给飞行控制计算机各模块供电；所述飞行控制模块以Xilinx公司的UltraScale+MPSoC系列的XCZU7EV器件为核心解算芯片；在飞行控制模块的外围设备及电路中，包括外接存储器和外部接口电路；所述外接存储器包括DDR、MRAM、NORFlash、SDRAM以及FlashROM；所述外部接口电路包括RS485总线、RS232总线、RS422总线、数据记录总线、LVDS交叉传输总线、FlexRay同步...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓冬，张洵颖，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：