空間任務中的重組計算和軟件無線電(編輯修改稿)
2025-06-12 07:11 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 置件用來重組和控制硬件器件的硬件配置可按需變化配置的速度隨器件變化，F(xiàn)PGA達到1ms至幾十ms的可重配置變換運行時間的應用。重用與共享使尺寸、重量、能耗降低。適合于流數(shù)據(jù)處理和高速并行同步流水線計算模式。 根據(jù)空間任務的需求和目前芯片技術的可能，重組計算技術和軟件無線電技術無論是在空間任務的空基設備或是地面設備中都已經(jīng)得到相當大的發(fā)展?；谥亟M計算上的高性能的衛(wèi)星計算使衛(wèi)星設計更簡便，衛(wèi)星性能更好，成本降低和更靈活。重組計算主要可用于：自主航天器，高性能計算的有效載荷和航天地面系統(tǒng)。適合計算強度高的航天器中的數(shù)字濾波器、像素讀出校正、超光譜影像數(shù)據(jù)變換和目標檢測與跟蹤。重組計算已經(jīng)在一些國際空間項目中得到印象深刻的應用。 ⑴澳大利亞的低軌道科學微衛(wèi)星任務FedSat1的自適應儀器模塊有效載荷，它是一個試驗高性能計算的有效載荷HPC1，也是世界上第一個在空間使用重組計算技術的有效載荷。HPC1是一個提供高計算容量和靈活性的硬件，它能運行不同的功能和應用。硬件的重配置過程是通過從地面加載不同的配置文件的軟件來完成的。HPC1的EDAC系統(tǒng)不斷檢測并校正高輻射空間環(huán)境引起的錯誤。這個高復雜度的計算機對于智能型衛(wèi)星的實時或近實時星載處理是一個有效的和有效率的平臺。HPC1有效載荷具有如下特點：用在軌升級硬件設計來改進系統(tǒng)性能。冗余容錯，降低能耗，靈活的計算平臺可以適應任務變化需求的不同應用。有效載荷HPC1證明了重組計算的空間應用經(jīng)受了空間嚴峻和敵對環(huán)境的考驗，試驗表明重組計算這種設計觀念的有效性。 ⑵國際空間站和約翰遜航天中心（JSFC）在空間操作技術上采用了QuickFlex公司給出的供艙外活動（EVA）救援用的輔助設備（SAFER）的關鍵部分，稱為QuickFlex技術方案。該方案提供了一種先進的重組計算工程服務和動態(tài)邏輯運行時間資源管理器（DLRM）軟件作為FPGA的系統(tǒng)標準管理。由XILINX、ALTERA等公司提供的高性能的FPGA器件使硬件加速和軟件靈活并日益能滿足市場需求而取代專用芯片。QuickFlex的功能強大的動態(tài)邏輯運行資源管理軟件協(xié)助NASA的JSFC擺脫了龐大的仿真訓練系統(tǒng)。該軟件使NASA 能系統(tǒng)級地多次按需求實時動態(tài)改變應用配置，而不必重啟系統(tǒng)?；赟RAM FPGA的硬件方案的QuickFlex標準化、多次再加載硬件目標和多中斷的配置分配等允許NASA在標準平臺和取消額外規(guī)劃的計算機方面進行平衡研發(fā)。QuickFlex方案還提供正在進行的通過上行鏈路的多硬件升級并能減少附加系統(tǒng)和文件的費用、可安裝的升級實施費用以及降低現(xiàn)場工程實施、服務、支持與后勤等大量的開銷。 ⑶NASA在空基應用的多衛(wèi)星虛擬專網(wǎng)中為衛(wèi)星網(wǎng)絡采用了可重配置協(xié)議芯片。在衛(wèi)星編隊的自適應科學操作中采用分布式實時重組計算。 ⑷基于自適應目標識別中的動態(tài)重組計算的圖像處理系統(tǒng)。NASA GSFC地面高速率（150MHb/s）的圖像恢復處理中計算機體系結(jié)構(gòu)的最佳配置。研究表明，采用重組計算約有11倍的性能改善。在系統(tǒng)軟件版本升級中也有較高的可靠性。 ⑹軟件無線電在空間的典型應用是現(xiàn)代移動通信衛(wèi)星的有效載荷。寬帶多媒體衛(wèi)星有效載荷采用的星上解調(diào)處理方案，用軟件無線電實現(xiàn)了再生轉(zhuǎn)發(fā)有效載荷的結(jié)構(gòu)和功能，因而軟件無線電可以實現(xiàn)星載的再生有效載荷。例如：MFTDMA可以在二中頻后數(shù)字化以后，接收部分的分路，解調(diào)，解碼等主要功能以及基帶處理部分和發(fā)射部分的包交換和編碼等功能均可用軟件無線電技術實現(xiàn)?？芍嘏涞男l(wèi)星有效載荷的重配過程需要一個管理控制器，通過它和衛(wèi)星平臺測控交換信息。 從以上空間應用可以看出：重組計算技術不僅要求盡可能地能動態(tài)地改進性能或故障重組，而且要
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