CN105786620A - 一体化可重构综合信息处理载荷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体化可重构综合信息处理载荷系统，该系统采用统一、标准的模块化体系结构，根据实际任务需求和资源使用情况，在保证可靠性的条件下对各个模块功能和参数进行在线重构，动态调整系统的冗余度，从而实现了飞行器的通信、导航、测控、目标探测以及识别、飞行控制和信息支持等综合任务处理。

Description

一体化可重构综合信息处理载荷系统

技术领域

本发明属于综合信息处理技术领域，更为具体地讲，涉及一体化可重构综合信息处理载荷系统。

背景技术

一体化可重构综合信息处理载荷系统作为飞行器控制与信息处理中枢，是空天信息网络的有机组成部分和重要节点。为了满足日益增长的飞行器载荷任务种类和性能需求，信息载荷必须同时提供包括通信、导航、测控、目标探测与识别、飞行控制和信息支持等综合任务处理能力。传统飞行器受信息载荷功能单一的限制，必须搭载多个不同功能的载荷设备来同时实现所需的综合任务。同时考虑到一体化可重构综合信息处理载荷系统的冗余性、可靠性，这就要求飞行器具有较强的有效载荷承载能力；另一方面，随着飞行器飞行速度、高度和机动性能等方面的不断提高，机体设计普遍采用一体化设计，造成包括装载空间、承载重量以及供电能力等方面在内的飞行器有效载荷承载能力严格受限。因此，一体化可重构综合信息载荷系统已发展为以统一、开放式架构为基础的模块化综合共享式系统，其综合方式由“功能综合”发展为“结构综合”，正在向一体化柔性可重构架构演进。

目前，一体化可重构综合综合信息处理载荷系统主要采用统一的标准模块化硬件平台，利用射频综合和光电综合等技术，实现综合信息处理载荷内各功能模块的硬综合复用。这种综合机制忽略了包括系统软件一体化、信号与功能的多任务一体化协同、多源信息交链融合等在内的系统软件层面的重构复用。这就造成现有的一体化可重构综合信息处理载荷系统设计软/硬件综合分离，无法从体制上融为一体，难以根据瞬变的应用场景灵活进行多任务协同工作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一体化可重构综合信息处理载荷系统，在保证可靠性的条件下对各个模块功能和参数进行在线重构，动态调整系统冗余度，实现通信、导航、测控、目标探测与识别、飞行控制和信息支持等综合任务处理。

为实现上述发明目的，本发明一体化可重构综合信息处理载荷系统，其特征在于，包括：一体化可重构射频/光电综合信息单元、综合核心信息处理单元、统一高速数据交换网络、大容量数据存储单元、飞行控制单元和拓展功能控制单元；

所述的一体化可重构射频/光电综合信息单元作为一体化可重构综合信息处理载荷系统的主要信息处理模块，其包括一天线及其T/R组件与伺服反馈模块、两矩阵开关、一柔性射频微波收发组件阵列、一多通道模数转换模块阵列、一数据切换模块、一软件可重构多功能数字信号处理模块阵列、一统一的高速数据交换网络接口、一综合控制模块、一红外信号接收及预处理模块阵列、一红外信号扫描及伺服反馈模块；

其中，综合控制模块与一体化可重构射频/光电综合信息单元内各个子模块相连接，用于控制各个子模块的功能实现与重组；在任务功能层和系统软件层的管理下，综合控制模块根据执行的综合任务及系统工作状态，实现底层硬件资源的动态调度管理，以及从任务功能配置数据库中选取对应任务功能配置数据，进行软硬件在线动态加载重构；

所述的综合核心处理单元是整个系统的控制管理单元，包括多个综合信息核心处理模块和一个统一高速数据交换网接口，且每个综合信息核心处理模块均与统一高速数据交换网接口连接，并通过该接口与统一高速数据交换网络连接，实现系统的运控管理以及制定并装载飞行任务，同时根据目标探测信息和空间电磁环境，对系统的工作环境态势评估预警；

所述的统一高速数据交换网络与系统中的所有单元连接，使各个单元之间通过统一高速数据交换网络实现数据交互；

所述的大容量数据存储单元包括多个物理磁盘模块和一个阵列管理单元接口，每个物理磁盘模块均与阵列管理单元接口连接，用于存储系统内各个单元的交互数据；

所述的飞行控制单元包括多个飞行控制管理模块、多个飞行传感器和一个数据切换模块，以及一个统一高速数据交换网接口；每个飞行控制管理模块通过数据切换模块后实现与飞行传感器一对一连接，同时每个飞行控制管理模块又与统一高速数据交换网接口连接，飞行控制单元根据综合核心处理单元制定并装载的飞行任务，进行飞行控制计算处理，控制飞行器的飞行；

所述的拓展功能控制单元包括多个拓展功能控制管理模块和一个统一高速数据交换网接口，每个拓展功能控制管理模块均与统一高速数据交换网接口连接，为后续的其他任务功能实现提供硬件平台，便于后续的功能升级及完善；

天线及其T/R组件与伺服反馈模块中，天线接收雷达信号而T/R组件与伺服反馈完成天线的收发控制与转向控制，综合控制模块根据接收的雷达信号，同时结合当前所执行的综合任务及系统工作状态，将开关选择控制信号输入至第一矩阵开关，通过矩阵开关的选通或断开，将接收的雷达信号和可见光信号输至柔性射频微波收发组件阵列，柔性射频微波收发组件阵列通过内部的组件对接收信号中携带的数据进行预处理，得到预处理信号；

在综合控制模块的控制下，选通第二矩阵开关，将预处理信号输入到多通道模数转换模块阵列，并通过多通道模数转换模块阵列将预处理信号转化为数字信号，标记为数字切换模块的第一输入信号；

综合控制模块根据当前所执行的综合任务及系统工作状态，控制红外信号扫描及伺服反馈模块完成天线的全空间扫描转向控制以便接收红外信号，再将接收的红外信号传输至红外信号接收及预处理模块阵列，依次进行识别、分选、压缩处理，从而得到数字切换模块的第二输入信号；

数据切换模块在综合控制模块的控制下，动态切换第一输入信号和第二输入信号的传输通道，从而将第一输入信号和第二输入信号输入到软件可重构多功能数字信号处理模块阵列，实现一体化可重构综合信息处理载荷系统的动态冗余重构与备份。

其中，所述的软件可重构多功能数字信号处理模块阵列包括FPGA信号处理载板、DSP信号处理载板和主控交换板；

其中，FPGA信号处理载板可在主控交换板和Soc控制器的管理下实现控制命令动态加载和逻辑功能在线重构；

其具体实现过程为：当FPGA信号处理载板处于工作状态且需要重新加载控制命令或在线更新配置文件时，系统内主控交换板通过VPX控制平面中的千兆以太网将控制命令或配置文件发送至FPGA信号处理载板，FPGA信号处理载板物理层PHY芯片通过SGMII端口接收数据，并将数据转换为RGMII格式；Soc控制器PS端配置2个千兆以太网控制器作为千兆以太网MAC层接口，并通过MIO管脚与PHY芯片RGMII输出端相连；同时，Soc控制器接收到的数据被存入到与之相连的DDR3外部存储器中进行缓存，数据写入完毕后，再将数据从DDR3存储器中读出，并通过PL端的配置控制单元，在对应配置模式时序下，对FPGA信号处理载板实施控制命令加载或逻辑功能在线重构。

其中，DSP信号处理板卡采用“SoC+双DSP”的信号处理板卡整体架构；

FPGA芯片作为板级SoC管理器模块，对整个DSP信号处理板卡进行控制，完成整个板卡的电源功耗管理、时钟管理、板级逻辑控制、工作状态监测；

两片DSP芯片作为核心运算模块，分别配置一组DDR3芯片作为实时数据存取扩展功能，配置与FPGASoC控制器共用的FLASH芯片作为EMIF存储外设，提供数据存储交互功能；DSP芯片与FPGASoC控制器直接通过EMIF接口实现数据交互；主控交换板可以利用千兆以太网在线重新加载程序，灵活地实现DSP芯片在线重构计算；DSP芯片通过相应算法对接收数据进行信号处理，并利用VPX连接器通过SRIO、PCIE、GE高速串行总线与主控交换板和其他信号处理板卡实现数据交互，或者利用RJ45网口与外部设备实现数据交互。

其中，DSP芯片采用软件重构方式，即利用所述的FPGASoC控制器和主控交换板协同工作，通过控制平面接口的千兆以太网总线完成代码的动态重构；

其在线重构的具体流程为：主控交换板卡通过中断控制向FPGASoC控制器下发重配置命令，FPGASoC控制器对DSP芯片进行上电复位操作，同时切换DSP芯片从启动模式到千兆以太网加载模式；FPGASoC控制器通过中断控制通知主控交换板准备对DSP芯片进行在线重构，主控交换板利用千兆以太网对DSP芯片加载新的目标代码，DSP芯片运行新的目标代码后完成在线重构。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明一体化可重构综合信息处理载荷系统，该系统采用统一、标准的模块化体系结构，根据实际任务需求和资源使用情况，在保证可靠性的条件下对各个模块功能和参数进行在线重构，动态调整系统的冗余度，从而实现了飞行器的通信、导航、测控、目标探测以及识别、飞行控制和信息支持等综合任务处理。

同时，本发明一体化可重构综合信息处理载荷系统还具有以下有益效果：

(1)、一体化可重构综合信息处理载荷系统硬件平台中，通过动态配置功能和参数，实现包括通信、导航、测控、雷达探测、飞行控制等功能信号处理，根据飞行器飞行器任务进行裁剪和动态配置。在一体化可重构综合信息处理载荷系统软件平台中，根据执行的综合任务及系统工作状态，动态调度管理底层硬件资源，从任务功能配置数据库中选取对应任务功能配置数据，进行软硬件在线动态加载重构。从而实现了软硬件一体化，对飞行器飞行器提供全面功能支持，满足复杂工作环境中对飞行器飞行器快速、灵活的需求。

(2)、基于认知无线电思想的载荷多任务功能的一体化协同机制，对信号认知结果合理选择多任务协同体制，对系统频谱和信道使用动态规划，并通过信号发射功率和波束控制，在信号层实现多维、多体制信号一体化协同。

(3)、一体化可重构综合信息处理载荷系统采用分时体制、分波束体制和同时体制三种方式研究实现多任务体制协同。采用耦合度低、扩展性灵活的中间件技术，实现统一体制的测控通信，实现软硬件资源的充分利用，确保飞行器飞行器在复杂环境下能够快速机动完成预定目标。

(4)、打破了传统的飞行器飞行器综合航电系统相同功能设备放置多台的系统复杂、系统资源利用率不高、难以实现有效载荷的灵活配置和功能更新的缺点，在系统运控管理下通过对系统硬件/软件在线重构复用，针对不同任务需求分别对系统内部各个功能模块在线动态配置其硬/软件和参数，实现包括雷达、测控设备、通信机、光电探测设备和导航等在内的不同任务功能，而其他没有配置的其他模块一方面作为系统各个功能单元的冗余备份。

(5)、根据系统资源使用情况和任务可靠性要求级别，动态调整各功能单元备份冗余度，进一步提高资源使用效率。系统对系统内部各个功能模块运行状态进行实时监测，当发现工作异常时迅速定位系统故障，在线重构并无缝切换至冗余备份功能模块，确保系统正常工作。

附图说明

图1是本发明一体化可重构综合信息处理载荷系统的具体实施方式架构图；

图2是图1所示的软件可重构多功能数字信号处理模块阵列的原理框图；

图3是综合控制模块的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明一体化可重构综合信息处理载荷系统的具体实施方式架构图。

在本实施例中，如图1所示，本发明一体化可重构综合信息处理载荷系统，包括：一体化可重构射频/光电综合信息单元1、统一高速数据交换网络2、综合核心信息处理单元3、大容量数据存储单元4、飞行控制单元5和拓展功能控制单元6；

其中，如图1所示，一体化可重构射频/光电综合信息单元1作为一体化可重构综合信息处理载荷系统的主要信息处理模块，其包括天线及其T/R组件及天线伺服模块101、第一矩阵开关102、柔性射频微波收发组件阵列103、第二矩阵开关104、多通道模数转换模块阵列105、综合控制模块106、红外信号扫描及伺服反馈模块107、红外信号接收及预处理模块阵列108、数据切换模块109、软件可重构多功能数字信号处理模块阵列110、统一的高速数据交换网络接口111、；

其中，综合控制模块106与一体化可重构射频/光电综合信息单元1内的其它各个子模块相连接，用于控制各个子模块的功能实现与重组；在任务功能层和系统软件层的管理下，综合控制模块106根据执行的综合任务及系统工作状态，实现底层硬件资源的动态调度管理，以及从任务功能配置数据库中选取对应任务功能配置数据，进行软硬件在线动态加载重构。

综合核心处理单元2是整个系统的控制管理单元，包括多个综合信息核心处理模块和一个统一高速数据交换网接口，且每个综合信息核心处理模块均与统一高速数据交换网接口连接，并通过该接口与统一高速数据交换网络连接，实现整个系统的运控管理以及制定并装载飞行任务，同时根据目标探测信息和空间电磁环境，对系统的工作环境态势评估预警。

统一高速数据交换网络3与系统内的所有单元相连接，使各个单元之间通过统一高速数据交换网络3实现数据交互。

大容量数据存储单元4包括多个物理磁盘模块和一个阵列管理单元接口，每个物理磁盘模块均与阵列管理单元接口连接，用于存储系统内各个单元的交互数据；

飞行控制单元5包括多个飞行控制管理模块、多个飞行传感器和一个数据切换模块，以及一个统一高速数据交换网接口；每个飞行控制管理模块通过数据切换模块后实现与飞行传感器一对一连接，同时每个飞行控制管理模块又与统一高速数据交换网接口连接；飞行控制单元5根据综合核心处理单元2制定并装载的飞行任务，进行飞行控制计算处理，控制飞行器的飞行。

拓展功能控制单元6包括多个拓展功能控制管理模块和一个统一高速数据交换网接口，每个拓展功能控制管理模块均与统一高速数据交换网接口连接，主要是为后续的其他任务功能实现提供硬件平台，便于后续的功能升级及完善。

图2是图1所示的软件可重构多功能数字信号处理模块阵列的原理框图。

在本实施例中，如图2所示，软件可重构多功能数字信号处理模块阵列包括FPGA信号处理载板、DSP信号处理载板和主控交换板。

由于FPGA信号处理载板和DSP信号处理载板都是可动态编程的信号处理器，因此，系统可以根据任务需求，对其在线动态配置对应信号的处理算法程序和命令参数。

下面分别对FPGA信号处理载板和DSP信号处理载板的重构流程进行说明。

1)、FPGA信号处理载板可在主控交换板和Soc控制器的管理下实现控制命令动态加载和逻辑功能在线重构；

其具体实现过程为：当FPGA信号处理载板处于工作状态且需要重新加载控制命令或在线更新配置文件时，系统内主控交换板通过VPX控制平面中的千兆以太网将控制命令或配置文件发送至FPGA信号处理载板，FPGA信号处理载板物理层PHY芯片通过SGMII端口接收数据，并将数据转换为RGMII格式；Soc控制器PS端配置2个千兆以太网控制器作为千兆以太网MAC层接口，并通过MIO管脚与PHY芯片RGMII输出端相连；同时，Soc控制器接收到的数据被存入到与之相连的DDR3外部存储器中进行缓存，数据写入完毕后，再将数据从DDR3存储器中读出，并通过PL端的配置控制单元，在对应配置模式时序下，对FPGA信号处理载板实施控制命令加载或逻辑功能在线重构。

2)、DSP信号处理板卡采用“SoC+双DSP”的信号处理板卡整体架构；

FPGA芯片作为板级SoC管理器模块，对整个DSP信号处理板卡进行控制，完成整个板卡的电源功耗管理、时钟管理、板级逻辑控制、工作状态监测；

两片DSP芯片作为核心运算模块，分别配置一组DDR3芯片作为实时数据存取扩展功能，配置与FPGASoC控制器共用的FLASH芯片作为EMIF存储外设，提供数据存储交互功能；DSP芯片与FPGASoC控制器直接通过EMIF接口实现数据交互；可以利用千可以利用千兆以太网在线重新加载程序，灵活地实现DSP芯片在线重构计算；DSP芯片通过相应算法对接收数据进行信号处理，并利用VPX连接器通过SRIO、PCIE、GE高速串行总线与主控交换板和其他信号处理板卡实现数据交互，或者利用RJ45网口与外部设备实现数据交互。

其中，DSP芯片采用软件重构方式，即利用所述的FPGASoC控制器和主控交换板协同工作，通过控制平面接口的千兆以太网总线完成代码的动态重构；

其在线重构的具体流程为：主控交换板卡通过中断控制向FPGASoC控制器下发重配置命令，FPGASoC控制器对DSP芯片进行上电复位操作，同时切换DSP芯片从启动模式到千兆以太网加载模式；FPGASoC控制器通过中断控制通知主控交换板准备对DSP芯片进行在线重构，主控交换板利用千兆以太网对DSP芯片加载新的目标代码，DSP芯片运行新的目标代码后完成在线重构。

下面结合图1，对一体化可重构综合信息处理载荷系统接收信号的工作流程进行详细描述，具体如下：

在本实施例中，如图1所示，在天线及其T/R组件与伺服反馈模块101中，天线负责接收雷达信号，T/R组件与伺服反馈用于完成天线的收发控制与转向控制；综合控制模块106再根据接收的雷达信号，同时结合当前所执行的综合任务及系统工作状态，将开关选择控制信号输入至第一矩阵开关102，通过第一矩阵开关102的选通或断开，将接收的雷达信号输至柔性射频微波收发组件阵列103，柔性射频微波收发组件阵列103通过内部的组件对接收信号中携带的数据进行预处理，得到预处理信号；其中，采用柔性射频微波收发组件阵列103可以拓展有效载荷的任务能力，实现一体化无人飞行器信息系统满足任务的随机性和多样性以及互为备份的苛刻要求。

在综合控制模块106的控制下，选通第二矩阵开关104，将预处理信号输入到多通道模数转换模块阵列105，并通过多通道模数转换模块阵列105将预处理信号转化为数字信号，标记为数字切换模块109的第一输入信号；其中，多通道模数转换模块阵列105由多个模数转换模块级联，实现多通道并行处理，增大信号处理带宽，为宽带高速信号处理提供保障。

综合控制模块106根据当前所执行的综合任务及系统工作状态，控制红外信号扫描及伺服反馈模块107完成天线的全空间扫描转向控制以便接收红外信号，再将接收的红外信号传输至红外信号接收及预处理模块阵列108，依次进行识别、分选、压缩处理，减轻后续处理压力，从而得到数字切换模块109的第二输入信号；其中，红外信号接收及预处理模块阵列108同样由多个红外信号接收及预处理模块级联，实现多通道并行处理，增大信号处理带宽，为宽带高速信号处理提供保障。

数据切换模块109在综合控制模块106的控制下，动态切换第一输入信号和第二输入信号的传输通道，从而将第一输入信号和第二输入信号输入到软件可重构多功能数字信号处理模块阵列110，实现一体化可重构综合信息处理载荷系统的动态冗余重构与备份，最后将所有交互的数据存储在大容量数据存储单元4中。

此外，本发明所述的一体化可重构综合信息处理载荷系统是一个收、发双向运行的系统，对于信号的发送即为接收信号的逆过程，在此不再赘述。

图3是综合控制模块的原理框图。

在本实施例中，如图3所示，综合控制模块包括电源模块、复位模块、时钟模块PowerPC处理器、PCIE数据交换模块、交换板、PCIE-SATA转换模块、DDR3和以太网收发器；综合控制模块采用3U规格的VPX板卡，在VPX板卡定义了3个高速连接器，分别命名为P0、P1、P2。

其中，P0上面定义了电源接口、系统管理接口、差分时钟与复位接口以及JTAG调试接口等；P1上面定义了2路SRIOX4数据接口，2路PCIeX1数据辅助接口，2路1GEX1控制接口，1路X4板间互联接口；P2上面定义了另一路板间互联接口，以及若干用户自定义差分信号和单端信号。PowerPC处理器进行数据处理，同时包含一个交换板和一个PCIE数据交换模块实现数据转换。DDR3提供PowerPC处理器的随机存储能力。以太网收发器完成以太网传输物理层的功能，主要完成将数据连接到传输介质，包括对信号的编译码、收发处理、时钟提取等。PCIE-SATA转换模块实现PCIE以及SATA两种数据信号格式的相互转换，使得模块可以挂载大容量硬盘，提高系统的存储容量。电源模块提供12V、5V、3.3V电压。复位模块完成综合控制模块106复位功能，当出现异常情况时将板卡复位到初始值定状态。时钟模块为综合控制模块106中各个模块提供同步时钟信号。最终实现控制系统对系统的控制功能，使一体化可重构综合信息处理载荷系统平台实现快速数据交换，达到指挥系统快速的探测、识别、跟踪定位以及预警效果。

通过图1所示的一体化可重构综合信息处理载荷系统，还可以实现：信号一体化协同、多任务体制协同和多任务软件协同；

一体化可重构综合信息处理载荷系统的协同工作是由开放性的系统互连参考模型完成，采用三层分级架构从下至上分别为信号一体化协同层、多任务体制协同层和多任务软件协同层。在各层分别定义标准接口，使得相邻两层之间的逻辑结构能实现互操作。而各层之间相对独立，每一层相互关联相互支撑，对应不同的物理模块来完成相应功能，最终共同完成一体化可重构综合信息处理载荷系统的协同工作。

下面对三种协同进行详细说明：

1、信号一体化协同

基于认知无线电思想，在信号发射过程中，针对外界复杂的电磁环境，根据通信、导航、测控、雷达、飞控等各种任务对上述不同体制的信号进行融合处理，并根据任务需求对系统频谱和信道使用动态规划，而后完成多维复杂电磁信号的发生，根据外进环境完成发射信号的功率与波数控制。在信号接收过程中，利用一体化可重构天线模块进行多维信号实时多域感知与捕获，完成多体制复杂信号实时多域分析与识别，基于分析与识别的结果进一步分析空间复杂电磁场景，有效完成信道状态估计与模型预测。实现多维、多体制信号一体化协同。

2、多任务体制协同

当存在相互干扰的任务时，可对系统资源进行分时复用。当一体化可重构综合信息处理载荷系统需要完成雷达和通信两个不同体制的任务时。根据任务需求，需要通信时，选通开关选通通信调制解调器进行通信；通信结束后，选通开关选通雷达信号处理器，继续进行雷达探测的功能。

如需通过雷达、通信、导航、测控等信号同时工作，分时复用则存在一定的局限性。针对这种情况，分波束体制将天线阵面划分为不同的区域，通过收发信号的波束控制来实现多任务协同工作分波束体制。保证雷达探测、通信任务进行的同时，导航、测控等功能不受其它任务波束方向的影响，实现不同功能之间的集成。

需要雷达和通信的任务协同时，使用同一波形或者正交波形合成一个波形，通过保证任务信号的正交性，在通信的同时实现雷达探测，即同时体制。基于雷达和通信使用同一波形思想的同时体制一体化系统中雷达探测可以完全使用系统的能量。

3、多任务软件协同

一体化无人飞行器信息系统多任务软件协同采用耦合度低、扩展性灵活的中间件技术，采用分层架构，分为表示层、协同层、设备统一访问层、中间件层和设备层。使用不同的任务调度策略对设备资源、计算资源、存储资源等进行分配，实现多任务并行执行。

设备层互联了不同类型设备，用于完成雷达、通信、导航、测控等功能任务。

中间件层中，采用本体方式描述设备，脱离具体设备类型，可以实现多种不同类型设备的抽象。设备通信部分交由统一的通信组件完成，在此基础上集成设备通信的组件。通过统一的消息格式实现各设备的管理。

设备统一访问层，采用统一的通信协议，实现异构通信消息的统一描述，将设备通信的消息作为通信协议传输的内容，实现数据管理，并解决设备组件与上层应用的通信过程可靠性、实时性，实现组件级统一通信管理和统一状态管理。

协同层在设备统一访问层的基础上，根据不同的任务以及资源需求分配协同任务管理，在执行流程出现冲突、错误、循环等状态下，通过调整任务的执行时间、选择等价设备操作等实，对流程进行协同解释和执行。

展示层作为多任务软件协同的最上层，完成与用户的交互，实现设备监视、设备控制以及设备协同。在任务执行的过程中，对软件协同效果做出动态评估，修正之后的协同模式。

根据基于认知无线电的认知结果合理选择多任务体制协同，对系统的频谱和信道使用动态规划，并通过信号发射功率和波束控制，在信号层实现多维、多体制信号一体化协同；

系统使用不同的任务调度策略对设备资源、计算资源、存储资源等进行分配，实现多任务并行执行。在进行任务调度时，可根据目标的不同选择不同的调度策略，如以保证设备协同任务的时序关系和同步关系为首要，通过调整任务的执行时间、选择等价设备操作等实现冲突消解；或以实现负载均衡，将性能、花费等非功能指标作为调度依据，实现任务调度。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (5)

1.一体化可重构综合信息处理载荷系统，其特征在于，包括：一体化可重构射频/光电综合信息单元、综合核心信息处理单元、统一高速数据交换网络、大容量数据存储单元、飞行控制单元和拓展功能控制单元；

所述的一体化可重构射频/光电综合信息单元作为一体化可重构综合信息处理载荷系统的主要信息处理模块，其包括一天线及其T/R组件与伺服反馈模块、两矩阵开关、一柔性射频微波收发组件阵列、一多通道模数转换模块阵列、一数据切换模块、一软件可重构多功能数字信号处理模块阵列、一统一的高速数据交换网络接口、一综合控制模块、一红外信号接收及预处理模块阵列、一红外信号扫描及伺服反馈模块；

其中，综合控制模块与一体化可重构射频/光电综合信息单元内各个子模块相连接，用于控制各个子模块的功能实现与重组；在任务功能层和系统软件层的管理下，综合控制模块根据执行的综合任务及系统工作状态，实现底层硬件资源的动态调度管理，以及从任务功能配置数据库中选取对应任务功能配置数据，进行软硬件在线动态加载重构；

所述的综合核心处理单元是整个系统的控制管理单元，包括多个综合信息核心处理模块和一个统一高速数据交换网接口，且每个综合信息核心处理模块均与统一高速数据交换网接口连接，并通过该接口与统一高速数据交换网络连接，实现系统的运控管理以及制定并装载飞行任务，同时根据目标探测信息和空间电磁环境，对系统的工作环境态势评估预警；

所述的统一高速数据交换网络与系统中的所有单元连接，使各个单元之间通过统一高速数据交换网络实现数据交互；

所述的大容量数据存储单元包括多个物理磁盘模块和一个阵列管理单元接口，每个物理磁盘模块均与阵列管理单元接口连接，用于存储系统内各个单元的交互数据；

所述的飞行控制单元包括多多个飞行控制管理模块、多个飞行传感器和一个数据切换模块，以及一个统一高速数据交换网接口；每个飞行控制管理模块通过数据切换模块后实现与飞行传感器一对一连接，同时每个飞行控制管理模块又与统一高速数据交换网接口连接，飞行控制单元根据综合核心处理单元制定并装载的飞行任务，进行飞行控制计算处理，控制飞行器的飞行；

所述的拓展功能控制单元包括多个拓展功能控制管理模块和一个统一高速数据交换网接口，每个拓展功能控制管理模块均与统一高速数据交换网接口连接，为后续的其他任务功能实现提供硬件平台，便于后续的功能升级及完善；

在T/R组件与伺服反馈模块中，天线接收雷达信号，而T/R组件与伺服反馈完成天线的收发控制与转向控制，综合控制模块根据接收的雷达信号，同时结合当前所执行的综合任务及系统工作状态，将开关选择控制信号输入至第一矩阵开关，通过矩阵开关的选通或断开，将接收的雷达信号输至柔性射频微波收发组件阵列，柔性射频微波收发组件阵列通过内部的组件对接收信号中携带的数据进行预处理，得到预处理信号；

在综合控制模块的控制下，选通第二矩阵开关，将预处理信号输入到多通道模数转换模块阵列，并通过多通道模数转换模块阵列将预处理信号转化为数字信号，标记为数字切换模块的第一输入信号；

综合控制模块根据当前所执行的综合任务及系统工作状态，控制红外信号扫描及伺服反馈模块完成天线的全空间扫描转向控制以便接收红外信号，再将接收的信号传输至红外信号接收及预处理模块阵列，依次进行识别、分选、压缩处理，从而得到数字切换模块的第二输入信号；

数据切换模块在综合控制模块的控制下，动态切换第一输入信号和第二输入信号的传输通道，从而将第一输入信号和第二输入信号输入到软件可重构多功能数字信号处理模块阵列，实现一体化可重构综合信息处理载荷系统的动态冗余重构与备份。

2.根据权利要求1所述的一体化可重构综合信息处理载荷系统，其特征在于，所述的软件可重构多功能数字信号处理模块阵列包括FPGA信号处理载板、DSP信号处理载板和主控交换板；

其中，FPGA信号处理载板可在主控交换板和Soc控制器的管理下实现控制命令动态加载和逻辑功能在线重构；

其具体实现过程为：当FPGA信号处理载板处于工作状态且需要重新加载控制命令或在线更新配置文件时，系统内主控交换板通过VPX控制平面中的千兆以太网将控制命令或配置文件发送至FPGA信号处理载板，FPGA信号处理载板物理层PHY芯片通过SGMII端口接收数据，并将数据转换为RGMII格式；Soc控制器PS端配置2个千兆以太网控制器作为千兆以太网MAC层接口，并通过MIO管脚与PHY芯片RGMII输出端相连；同时，Soc控制器接收到的数据被存入到与之相连的DDR3外部存储器中进行缓存，数据写入完毕后，再将数据从DDR3存储器中读出，并通过PL端的配置控制单元，在对应配置模式时序下，对FPGA信号处理载板实施控制命令加载或逻辑功能在线重构。

其中，DSP信号处理板卡采用“SoC+双DSP”的信号处理板卡整体架构；

FPGA芯片作为板级SoC管理器模块，对整个DSP信号处理板卡进行控制，完成整个板卡的电源功耗管理、时钟管理、板级逻辑控制、工作状态监测；

两片DSP芯片作为核心运算模块，分别配置一组DDR3芯片作为实时数据存取扩展功能，配置与FPGASoC控制器共用的FLASH芯片作为EMIF存储外设，提供数据存储交互功能；DSP芯片与FPGASoC控制器直接通过EMIF接口实现数据交互；主控交换板可以利用千兆以太网在线重新加载程序，灵活地实现DSP芯片在线重构计算；DSP芯片通过相应算法对接收数据进行信号处理，并利用VPX连接器通过SRIO、PCIE、GE高速串行总线与主控交换板和其他信号处理板卡实现数据交互，或者利用RJ45网口与外部设备实现数据交互。

其中，DSP芯片采用软件重构方式，即利用所述的FPGASoC控制器和主控交换板协同工作，通过控制平面接口的千兆以太网总线完成代码的动态重构；

其在线重构的具体流程为：主控交换板卡通过中断控制向FPGASoC控制器下发重配置命令，FPGASoC控制器对DP芯片进行上电复位操作，同时切换DSP芯片从启动模式到千兆以太网加载模式；FPGASoC控制器通过中断控制通知主控交换板准备对DSP芯片进行在线重构，主控交换板利用千兆以太网对DSP芯片加载新的目标代码，DSP芯片运行新的目标代码后完成在线重构。

3.根据权利要求1所述的一体化可重构综合信息处理载荷系统，其特征在于，所述的多通道模数转换模块阵列和红外信号接收及预处理模块阵列中，分别采用多个多通道模数转换模块级联和多个红外信号接收及预处理模块级联，实现多通道并行处理，从而增大信号处理带宽。

4.根据权利要求1所述的一体化可重构综合信息处理载荷系统，其特征在于，所述的综合控制模块包括电源模块、复位模块、时钟模块PowerPC处理器、PCIE数据交换模块、交换板、PCIE-SATA转换模块、DDR3和以太网收发器；所述的综合控制模块还采用了3U规格的VPX板卡，在VPX板卡定义了3个高速连接器。

5.根据权利要求1所述的一体化可重构综合信息处理载荷系统，其特征在于，还可以实现：信号一体化协同、多任务体制协同和多任务软件协同；

其中，所述的信号一体化协同是根据基于认知无线电的认知结果，对不同体制的信号进行融合处理，再根据任务需求对系统的频谱和信道使用动态规划，并通过信号发射功率和波束控制，在信号层实现多维、多体制信号一体化协同；

所述的多任务体制协同包括：分时体制协同、分波束体制协同和同时体制协同；

其中，分时体制协同，即多个可能存在相互干扰的任务分时复用系统资源；

分波束体制协同是将天线及其T/R组件与伺服反馈模块中天线的阵面划分为不同的区域，再通过信号收发的波束控制来实现多任务协同工作；

同时体制协同是使用同一波形或者正交波形合成一个波形，从而保证多任务信号的正交性，进而实现多任务协同工作；

所述的多任务软件协同采用耦合度低、扩展性灵活的中间件技术，并使用分层架构方式和不同的任务调度策略对设备资源、计算资源、存储资源进行分配，实现多任务并处理；

其中，分层架构方式分为表示层、协同层、设备统一访问层、中间件层和设备层；

所述的表示层为多任务软件协同的最上层，用于完成与用户的交互，实现设备监视、设备控制、设备协同，以及在任务执行的过程中，对多任务软件协同的效果进行动态评估；

所述的协同层是基于设备统一访问层的基础上，根据不同的任务及资源需求分配协同任务管理，以及在执行流程出现冲突、错误、循环等状态时下，通过调整任务的执行时间和等价设备的重选，对流程进行协同解释和执行；

所述的设备统一访问层采用统一的通信协议，实现异构通信消息的统一描述，将设备通信的消息作为通信协议传输的内容，实现数据管理，并解决设备组件与上层应用的通信；

所述的中间件层采用本体方式描述设备，可以实现多种不同类型设备的抽象，以及对各设备的管理；

所述的设备层互联了不同类型设备，用于完成所有的功能任务。