[发明专利]一种基于SoC FPGA的简易弹道修正弹载计算机系统及解算方法

说明书

本发明公开了一种基于SoC FPGA的简易弹道修正弹载计算机系统及解算方法，包括电源系统、装定模块、储存模块、主控模块，所述主控模块采用SoC FPGA单块芯片集成设计，包括弹道程序串行逻辑控制子模块、通用接口和弹道微分硬件求解器，三者分别通过AXI总线相互连接，其中弹道程序串行逻辑控制子模块采用SoC FPGA内部PS设计，与装定模块和存储模块分别通过数据线连接，通用接口和弹道微分硬件求解器采用SoC FPGA内部PL设计，其中弹道微分硬件求解器在每次解算微分方程时可被弹道程序串行逻辑控制子模块调用，实现弹道计算的硬件并行加速。本发明采用单芯片主控架构，可降低系统功耗、体积与重量，采用通用型的SoC主控方便增减内部功能，提高通用性、降低开发难度。

技术领域

本发明属于简易弹道修正制导技术领域，特别是一种基于SoC FPGA(System onChip，片上系统)的弹载计算机系统及解算方法。

背景技术

简易弹道修正弹载计算机是制导弹药等制导武器飞行控制系统的核心部件，其主要功能是通过实施测量弹体定位和姿态等信息，根据预先装定的目标位置，进行弹道诸元解算，依据解算得出的弹丸落点和目标位置差，向执行机构状态输出修正控制指令，以达到多次飞行轨迹修正的目的，提高弹丸的命中效率。

目前，弹载计算机硬件系统一般包括通用接口模块、弹道解算模块、装定与存储模块等。在进行制导工作时，通用接口模块接收到弹载传感器和导航器件测得的弹丸位置和姿态数据，弹道解算模块利用弹道微分方程进行弹道诸元求解，判断弹丸落点和目标位置的差距，最后结合弹体自身状态生成修正控制指令，输出至弹上的飞行修正结构，完成一个周期的导航工作。

随着现代制导武器不断发展，对弹载计算机的性能要求也不断提升。因此弹载计算机系统需要拥有较强的数据处理能力、逻辑运算能力，同时其应用环境的特殊性也导致弹载计算机系统必须满足小型化、低功耗和简易性等要求。

文献一(ZhengShuai,Zhang Xi,Sun Changjun.Design of Integrative GNCComputer Based on DSP+FPGA,Computer MeasurementControl,2016.24(12):100-102,121)研究了基于DSP+FPGA的导航制导一体化计算机，设计了一种以DSP为处理核心、FPGA为外围输入输出接口的一体化计算机。该方案以FPGA作为数据处理模块，设计实现弹载计算机接口，主要完成对传感器的初始化配置、数据读写时序控制、数据采集与预处理等功能；以DSP作为主控模块，设计完成弹载程序，主要实现弹载计算机数据计算、逻辑判断、参数装定与制导控制等功能。该方案发挥了FPGA并行加速底层数据处理和DSP浮点运算能力较强等优势。但是该方案仍存在以下不足：一是仍然采用程序串行执行思路，利用DSP的高速串行计算能力来进行程序计算，没有改变程序串行运算本质，即该方案的加速过程仅依靠DSP处理主频的提高；二是处理器主频提高将会增加系统功耗与降低系统抗干扰性；三是DSP+FPGA多芯片结构还将给系统增加额外的静态与动态功耗，不利于弹载计算机系统小型化与低功耗设计。