TSN 异构多核 SoC 的卫星编队协同控制

摘要

在航天任务不断推进的过程中,卫星集群的协同控制面临着一系列技术难题,主要体现在通信链路的可靠保障、计算资源的合理调度以及控制算法的稳定运行等方面。本研究提出了一种将时间敏感网络（TSN）与异构多核片上系统（SoC）架构相融合的解决方案。具体而言,在应对星间链路时延波动问题时,对TSN的时间感知整形器（TA S）机制进行了优化,并且开发了动态门控调度算法。该算法能够根据实际情况实时调整时隙的分配,从而有效抑制时延的抖动。在计算资源管理方面,基于SoC的异构计算单元构建了任务-算力匹配模型,通过这个模型可以实现计算资源的负载均衡,同时达到能耗优化的目的。在控制算法层,将自适应控制理论与分布式一致性协议进行整合，使其能够兼容并应对卫星的高阶动力学特性,同时也能应对外部空间环境的各种扰动。仿真实验结果表明,该解决方案具有显著的效果。通信同步精度能够达到50纳秒,端到端的延迟低于1微秒,卫星编队控制的误差小于0.1米。这一系列成果意味着该方案提升了通信的时序确定性、系统的实时性以及对不同环境的适应性等性能,为大规模卫星组网提供了关键的技术途径。