增强容错空间计算：下一代多核处理器上的导航控制 (GNC) 与着陆视觉系统 (LVS) 实现
机器人学
2025-11-07 v1
摘要
未来的行星探测任务需要高性能、容错计算才能实现着陆期间的自主导航、控制与着陆视觉系统 (LVS) 运作。本文评估了在下一代多核处理器 (HPSC、Snapdragon VOXL2、AMD Xilinx Versal) 上部署 GNC 与 LVS 算法的效果，显示 LVS 图像处理速度提升最高可达 15 倍，而 GFOLD (Fuel-Optimal Large Div) 轨迹优化的导航速度提升可超过 250 倍。为确保计算可靠性，我们提出了 ARBITER (Asynchronous Redundant Behavior Inspection for Trusted Execution and Recovery)——一种多核投票 (MV) 机制，用于在冗余核之间进行实时故障检测与纠正。ARBITER 在静态优化任务 (GFOLD) 和动态闭环控制 (姿态控制系统) 中均得到验证。故障注入研究进一步指出，GFOLD 中的梯度计算阶段对位级错误最敏感，从而激发了选择性保护策略和基于向量的输出仲裁。这项工作为未来任务 (包括火星样本返回、欧冈表面探测器和谷神社样本返回) 建立了可扩展且高效能的架构，其中 onboard 自主性、低延迟和容错韧性至关重要。
关键词
引用
@article{arxiv.2511.04052,
title = {Enhancing Fault-Tolerant Space Computing: Guidance Navigation and Control (GNC) and Landing Vision System (LVS) Implementations on Next-Gen Multi-Core Processors},
author = {Kyongsik Yun and David Bayard and Gerik Kubiak and Austin Owens and Andrew Johnson and Ryan Johnson and Dan Scharf and Thomas Lu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.04052},
year = {2025}
}