[发明专利]基于华为昇腾AI处理器的星载AI综合电子系统

说明书

本发明公开了基于华为昇腾AI处理器的星载AI综合电子系统，涉及卫星综合电子系统技术领域，具体包括AI算力模块、FPGA模块和星载模块，所述AI算力模块为实现图像智能处理提供基础功能支持包；所述FPGA模块集成可灵活配置组合的可编程资；所述星载模块通过高速以太网与FPGA模块进行通讯；本发明，以华为通用智能硬件作为天基AI算力平台，将传统卫星典型分系统和典型载荷的计算功能向AI算力平台转移，采用异构系统硬件架构，结合开源软件生态，提出了新一代卫星AI综合电子系统构架，具有算力优化分配、软件按需加载、载荷即插即用、功能快速重构的技术特点。

技术领域

本发明涉及卫星综合电子系统技术领域，具体涉及基于华为昇腾AI处理器的星载AI综合电子系统。

背景技术

航天技术的发展，特别商业巨型星座的发展，对卫星的智能化、模块化、快响应和低成本提出了新的要求；而传统卫星设计构架表现出诸多不足：首先，各个分系统由于传统继承性，类别繁杂，对整星功耗、带宽和重量等资源的争夺难以平衡；其次，卫星分系统和载荷都涉及大量不同类型计算，算力分散，难以全局优化；比如，星敏感器和光学相机都涉及大量图像处理计算，但各自算力既不足又分散，阻碍了各自性能的提升；再次，各单机功能越来越复杂，使得每个单机都需要构建独立的算力中心，但其原始信息并不共享，缺乏信息深度融合，算力未能充分发挥作用；还有，随着性能要求的提高，传统卫星分系统的设计构架使得整星成本飙升，技术更新换代缓慢。

可见，基于传统卫星按各个分系统的设计构架，制约了卫星向高算力、智能化、低成本等方向的发展。

发明内容

本发明的目的在于：针对目前传统卫星按各个分系统的设计构架，制约了卫星向高算力、智能化、低成本等方向的发展的问题，提供了基于华为昇腾AI处理器的星载AI综合电子系统，即以华为通用智能硬件作为天基AI算力平台，将传统卫星典型分系统（星务、姿控）和典型载荷（光学相机）的计算功能向AI算力平台转移，采用异构系统硬件架构，结合开源软件生态，提出了新一代卫星AI综合电子系统构架，具有算力优化分配、软件按需加载、载荷即插即用、功能快速重构的技术特点。

本发明的技术方案如下：

基于华为昇腾AI处理器的星载AI综合电子系统，包括：

AI算力模块：所述AI算力模块为实现图像智能处理提供基础功能支持包；所述AI算力模块是基于MindSpore深度学习的通用模型；所述AI算力模块是基于华为通用智能硬件（优选为华为ATLAS 500 智能硬件），将传统卫星典型分系统（星务、姿控）和典型载荷（光学相机）的计算功能向AI算力模块转移；采用异构系统硬件架构，结合开源软件生态，具有算力优化分配、软件按需加载、载荷即插即用、功能快速重构的技术特点；

FPGA模块：所述FPGA模块集成可灵活配置组合的可编程资源；FPGA模块可选用国产高性能FPGA，以JFM7系列为例，JFM7模块集成可灵活配置组合的可编程资源，用于实现输入输出接口、通用数字逻辑、存储器、数字信号处理、时钟管理等多种功能，还提供专用时钟和布线资源；

星载模块：所述星载模块通过高速以太网（优选为千兆以太网）实现与FPGA模块进行通讯；所述星载模块包括相机、星敏感器和数传系统，所述星载模块可通过高速总线实现与FPGA模块连接；优选地，所述高速总线可采用VPX高速背板，所述VPX高速背板还可以加设多个用户扩展板；所述VPX高速背板用于将各个模块的总线接口信号通过走线连接起来，是连接各模块电信号的重要单元，背板各插槽使用统一接插件，利于功能扩展。

进一步地，所述AI算力模块由昇腾310处理器和Hi3559C开发板搭建而成，其AI算力模块的算力高达11 TFLOPS FP16，使得大规模联合滤波、专家数据库故障诊断、复杂神经网络、精密轨道计算等复杂算法在卫星上得以实现；昇腾310处理器包括2个DaVinci AI核，8个A55 Arm Core（最大主频1.6GHz）。昇腾310处理器可通过40PIN扩展接口与外部通信。