一种非实时AI决策与实时控制的跨域同步系统及方法与流程

本发明涉及飞控系统，特别涉及一种非实时ai决策与实时控制的跨域同步系统及方法。

背景技术：

1、随着低空飞行器航电飞控系统对智能化水平要求的不断提高，异构多核的飞控系统已成为实现复杂飞行控制任务处理的主流架构。异构多核的飞控系统通常包含高性能应用处理器与高实时性控制器，高性能应用处理器用于运行通用操作系统，以承担复杂的ai感知与决策任务，高实时性控制器用于运行裸机或实时操作系统，以执行高频、高可靠的硬实时控制律计算。为了确保通用操作系统所输出的ai决策结果能够被实时控制逻辑以确定的时序进行获取、验证与执行，需要在两个系统之间建立高效的跨域通信机制。

2、然而在实际应用中，ai推理任务的计算耗时通常随输入数据的复杂程度呈现动态变化，难以维持固定的周期性输出，同时也由于通用操作系统存在的任务调度抖动、中断屏蔽及缺页异常等非确定性因素的影响，从输入决策条件到输出决策结果所需的时间存在显著波动。决策输出时间的不确定性使得实时操作系统在面临决策慢帧或数据延迟时，容易因为被动等待最新决策而引发控制律失稳或系统失控。

技术实现思路

1、本发明正是基于上述问题，提出了一种非实时ai决策与实时控制的跨域同步系统及方法，能够有效解决ai决策耗时波动所引起的控制律失稳或系统失控问题。

2、有鉴于此，本发明的第一方面提出了一种非实时ai决策与实时控制的跨域同步系统，包括：

3、由非实时处理器运行的通用操作系统构成的非实时决策域，用于处理高负载的感知任务与输出非周期性的ai决策数据；

4、由实时处理器运行的裸机或硬实时操作系统构成的硬实时控制域，用于计算高频的、固定周期的控制律与驱动执行器；

5、由可编程逻辑器件构成的跨域同步中间层，用于提供非实时域与实时域之间的高速异步数据交换通道；

6、所述跨域同步中间层的可编程逻辑器件包括用于维护主时钟计数器的时钟管理模块，用于生成并向两个处理器广播同步脉冲信号的时钟同步模块，用于传输所述非实时决策域输出的非实时的ai决策数据的物理传输模块。

7、本发明的第二方面提出了一种非实时ai决策与实时控制的跨域同步方法，包括：

8、在非实时决策域和硬实时控制域建立统一的全局时间戳基准；

9、非实时决策域根据本次决策任务的决策内容、场景动态性以及本次决策任务的决策时长，自适应估计本次决策的预测有效时长；

10、生成包含所述预测有效时长的决策四元组，所述决策四元组还包括推理开始时间戳、推理完成时间戳以及决策值；

11、将所述决策四元组写入可编程逻辑器件的物理传输模块；

12、硬实时控制域以固定周期从所述可编程逻辑器件的物理传输模块中读取最新的决策四元组；

13、从所述决策四元组提取推理完成时间戳，计算硬实时控制域的当前时间与所述推理完成时间戳的差值；

14、硬实时控制域根据当前时间与所述推理完成时间戳的差值执行对应的动态补偿策略。

15、可选的，非实时决策域根据本次决策任务的决策内容、场景动态性以及本次决策任务的决策时长，自适应估计本次决策的预测有效时长的步骤具体包括：

16、获取预先配置的基础有效时长；

17、获取本次决策任务的决策内容、场景动态性以及本次决策任务的决策时长的实时量化参数；

18、根据所述实时量化参数计算反映决策动作剧烈程度的内容因子，反映环境变化快慢的动态因子以及反映系统稳定性的性能因子；

19、计算所述预测有效时长：

20、。

21、可选的，根据所述实时量化参数计算反映决策动作剧烈程度的内容因子的步骤具体包括：

22、读取预先配置的决策值变化敏感度系数；

23、构建当前决策任务的决策向量和上一次决策任务的决策向量；

24、对当前决策任务的决策向量和上一次决策任务的决策向量执行差分运算：

25、；

26、计算所述内容因子：

27、。

28、可选的，根据所述实时量化参数计算反映环境变化快慢的动态因子的步骤具体包括：

29、读取预先配置的环境动态敏感度系数；

30、在周边环境中确定至少一个障碍物或参照物；

31、计算环境相对速率，其中所述环境相对速率为所述障碍物或参照物相对于飞行器的角速度或径向距离变化率；

32、计算所述动态因子：

33、。

34、可选的，根据所述实时量化参数计算反映系统稳定性的性能因子的步骤具体包括：

35、读取预先配置的性能保护下限和离散度参考阈值；

36、构建个控制周期内的决策时间偏差序列：

37、；

38、计算所述决策时间偏差序列的离散度；

39、计算所述性能因子：

40、。

41、可选的，构建个控制周期内的决策时间偏差序列的步骤具体包括：

42、读取预先配置的理想耗时；

43、以当前控制周期为基准往前推个控制周期，以计算包含当前控制周期在内的个决策任务的决策时长：

44、；

45、令第个控制周期的决策时间偏差为：

46、。

47、可选的，硬实时控制域根据当前时间与所述推理完成时间戳的差值执行对应的动态补偿策略的步骤具体包括：

48、将所述差值与所述预测有效时长进行比较；

49、当时，确定决策帧处于正常状态；

50、在决策帧处于正常状态下，对决策值进行线性内插或多项式外推，实时修正控制目标。

51、可选的，在非实时决策域和硬实时控制域建立统一的全局时间戳基准的步骤具体包括：

52、可编程逻辑器件向所述非实时处理器和所述实时处理器发送统一的同步脉冲信号；

53、非实时处理器通过中断捕获所述同步脉冲信号；

54、在通用操作系统计算并维护非实时决策域的本地时钟与所述同步脉冲信号的时钟偏移；

55、以所述时钟偏移为补偿值，将通用操作系统中ai决策任务的时间戳映射到全局时钟。

56、可选的，在可编程逻辑器件向所述非实时处理器和所述实时处理器发送统一的同步脉冲信号的步骤之后，还包括实时处理器将所述同步脉冲信号接入硬件定时器作为硬实时控制域的全局时钟。

57、本发明提出了一种非实时ai决策与实时控制的跨域同步系统及方法，通过在非实时决策域和硬实时控制域建立统一的全局时间戳基准；非实时决策域根据本次决策任务的决策内容、场景动态性以及本次决策任务的决策时长，自适应估计本次决策的预测有效时长；生成包含预测有效时长、推理开始时间戳、推理完成时间戳以及决策值的决策四元组写入可编程逻辑器件的物理传输模块；硬实时控制域以固定周期从所述可编程逻辑器件的物理传输模块中读取最新的决策四元组，计算硬实时控制域的当前时间与所述推理完成时间戳的差值，根据当前时间与所述推理完成时间戳的差值执行对应的动态补偿策略，能够有效解决ai决策耗时波动所引起的控制律失稳或系统失控问题。