基于powerpc和x86的混合余度无人机飞控计算机内核技术研究

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1、中图分类号：TP302论文编号：102870315-S201学科分类号：081105硕士学位论文基于PowerPC和x86的混合余度无人机飞控计算机内核技术研究研究生姓名杨蕊姣学科、专业导航、制导与控制研究方向嵌入式系统指导教师李志宇副研究员南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchofhybridRedundancyFlightControlComputerkernelofUAVBa

2、sedonx86andPowerPCAThesisinNavigation,GuidanceandControlbyYangRuijiaoAdvisedbyAssociateResearcherLiZhiyuSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机

3、构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：摘要近年来，随着航空和电子技术的发展，无人机在性能上取得突飞猛进的进步，随着无人机飞行任务的日益增多，飞控系统出现故障的频率随之提高。飞控计算机是无人机飞控系统的核心部件，其先进性及稳定性直接影响着飞控系统的性能，进而影响无人机的飞行安全及任务执行能力，目前对可靠性指标要求较高的机型通常采用余度技术进行设计。为了避免相似余度结构存在的共态故障问题以及非相似余度结构存在的随机故

4、障问题，本文提出了一种基于PowerPC和x86两种处理器的混合三余度飞控计算机内核结构。首先，对余度飞控计算机技术发展现状及应用进行了广泛了解，据此提出混合三余度飞控计算机内核原理性架构，综合考虑重量、体积、成本等多方面因素，给出了一套具体的设计方案。其次，结合无人机飞控计算机的常规功能需求，通过合理配置硬件结构资源，搭建了基于PC/104总线的余度飞控计算机硬件平台；根据余度管理的要求，设计专用的余度管理板，实现了三机同步、数据交叉传输及输出仲裁切换等功能；编制了飞控软件，实现了输入数据采集、控制周期刷新等功能。最后，为验证设计方案的合理性和正确性，利用马尔科夫模型进行了整体可靠性分

5、析，并且制订了专项测试方案，对逻辑功能进行了大量的测试。测试结果表明，该方案设计方法及思路正确，关键技术问题得到有效解决，混合三余度飞控计算机内核各项性能指标能够满足无人机的应用需求。关键词：无人机，混合余度，飞控计算机，嵌入式内核，马尔科夫模型IABSTRACTInrecentyears,withthedevelopmentofaviationandelectronictechnology,theUAVhasbeenrapiddevelopmentintheperformance,withtheflyingmissionincreasingofUAV,thefailurefrequen

6、cyofFCSincreasingtoo.Flightcontrolcomputer(FCC)isthecorepartoftheUAVflightcontrolsystem,itsstabilitydirectlyinfluencestheperformanceofflightcontrolsystem,therebyaffectingthesafetyandtaskexecutionabilityofUAV.Usually,theFCCofhigherreliabilityindexrequirementsmodelsusuallydesignedusingtheredundancy

7、technology.Inordertoavoidthesimilarfailureaccidentcausedbysimilarredundancystructureandtherandomfaultcausedbynonsimilarityredundancystructure,thispaperpresentsthestudyaboutdesigningFCCusinghybridredundanttechnologybase