It is highly predicted that the roads and parking areas will be extremely congested with vehicles to the point that searching for a novel solution will not be an optional choice for conserving the sustainability rate of the overall humanity's development growth. Such issue could be overcome by developing modified generations of the Urban Air Mobility (UAM) vehicles that essentially depend on the Vertical and/or Short Take-Off and Landing (V/STOL) feature to increase the efficiency of landing capabilities on limited-space parking areas. The complexity of integrating an efficient and safe V/STOL feature in such UAM vehicles is notably difficult comparing with the conventional and normal techniques for landing and take-off. The efficient V/STOL feature should be carried out by a complete and collaborative Cyber-Physical System (CPS) processing architecture, such as the CPS-5C architecture. In this paper, we only proposed two CPS-5C physical layers of a V/STOL Autonomous Landing Guidance Assistant System (ALGAS2) processing unit to increase the reliability of the vertical landing mechanism. The proposed V/STOL-ALGAS2 system depends on Fuzzy Logic System (FLS) as the advanced control unit. Furthermore, the proposed ALGAS2 system depends on four symmetric and segregated processing ALGAS2 cores that processing the data in a fully parallel and independent manner to enhance many essential security and safety factors for the futuristic UAM vehicles. The proposed ALGAS2 digital circuits architecture has been designed using MATLAB and VHDL. Also, it has been further analyzed for the implementation and validation tests using the Intel Altera OpenVINO FPGA board. The proposed ALGAS processing unit attained a maximum computational processing performance of about 21.22 Giga Operations per Seconds (GOPS).


翻译:据高度预测,道路和停车区域将极为拥堵,以至于寻找创新解决方案对于维持人类整体发展增速的可持续性而言不再是可选项。此类问题可通过开发依赖垂直/短距起降(V/STOL)特性的新一代城市空中交通(UAM)飞行器来解决,该特性旨在提升有限空间停车区域着陆效率。相较于传统常规起降技术,在UAM飞行器中集成高效安全的V/STOL特性难度显著。高效的V/STOL特性需由完整的协作式信息物理系统(CPS)处理架构(如CPS-5C架构)实现。本文仅提出V/STOL自主着陆引导辅助系统(ALGAS2)处理单元的两个CPS-5C物理层,以提高垂直着陆机制的可靠性。所提出的V/STOL-ALGAS2系统采用模糊逻辑系统(FLS)作为高级控制单元。此外,该ALGAS2系统基于四个对称隔离的ALGAS2处理核心,以完全并行独立的方式处理数据,从而增强未来UAM飞行器的关键安全与保障因素。所提出的ALGAS2数字电路架构已通过MATLAB和VHDL完成设计,并进一步使用Intel Altera OpenVINO FPGA板卡进行了实现与验证测试分析。该ALGAS处理单元的最高计算性能可达约每秒212.1亿次操作(GOPS)。

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