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随着空间科学探测技术的发展，分离载荷探测技术可以满足新形势下空间科学探测的新需求。分离载荷由多颗结构上互不相连的主载荷与从载荷组成，分离的载荷保持特定的时空构型，在时间同步和位置测量的基础上，将各载荷的信息通过星间链路进行耦合，协同完成空间科学探测任务。 由于从载荷的的体积功耗限制而不具备GNC信息处理系统，主载荷需要具备多载荷GNC信息融合与高性能计算能力，主载荷GNC信息系统对计算资源的要求是传统星载计算机的数倍以上。采用传统星载信息处理方法难以完全满足分离载荷高计算性能与低成本、低功耗的实际需求，迫切需要一种新的信息处理方法，以满足分离载荷GNC信息处理的实际需求。 本文以分离载荷GNC信息处理为应用背景，以“可重构化、并行化、一体化、COTS化”为原则，从GNC信息处理、容错及可靠性建模三个方面进行了深入地研究。设计了一种高性能低功耗的分离载荷GNC信息处理系统，提出了可重构并行信息处理方法、基于自适应Lockstep容错架构的SOC动态双模冗余容错方法与一体化GNC信息处理系统可靠性建模方法，为分离载荷GNC信息处理系统的实现提供理论指导与技术支撑。本文的主要工作和创新点如下: 1、针对分离载荷GNC信息处理系统高计算性能与低功率消耗相矛盾的问题，提出了一种GNC可重构并行信息处理方法。该方法提出了一种紧耦合可重构并行信息处理架构，将GNC信息处理中需要多次迭代计算且不适合CPU处理的复杂算法，以动态部分重构硬件电路单元(DPR)的方式实现，通过多核CPU并行调用DPR单元，完成软件算法的加速与优化。该方法同时提出了基于互斥量的多核并行可重构资源调度算法，多核CPU使用该算法管理与调度共享的DPR单元，解决了共享DPR单元调用冲突的问题，实现了多核CPU对共享可重构计算资源的有序调度，实现了分离载荷GNC信息的高效实时快速处理。 2、针对分离载荷GNC信息处理高容错性能与低资源占用量之间相矛盾的问题，改进了基于自适应Lockstep容错架构的SOC动态双模冗余容错方法。该方法通过CPU故障的自主检测及错误定位，屏蔽发生故障的Lockstep架构中的CPU单元，解决了经典的Lockstep容错架构失步后会影响程序连续执行的问题。同时采用配置内存回读校验与刷新重构的方法，动态恢复CPU故障冗余单元，在保证SOC高可靠性的前提下，有效降低了GNC信息处理计算资源中容错加固资源的占用率。 3、针对分离载荷GNC信息处理系统需要进行科学有效的可靠性分析的需求，提出了一体化GNC信息处理系统可靠性建模方法。该方法基于可修复系统的Markov随机过程，建立了GNC信息处理双模冗余单元与三模冗余单元的Markov模型，进行了GNC信息处理双模冗余单元与三模冗余单元的可靠性分析，最终构建了一体化GNC信息处理系统的可靠性模型，实现了GNC信息处理系统可靠性的定量科学分析。 本文的研究解决了分离载荷GNC信息处理系统高计算性能、高容错性能与低体积、低功耗、低成本之间相矛盾的问题，为分离载荷GNC信息处理系统的实现提供了理论支撑与技术支持，对于促进我国分离载荷空间科学探测技术发展具有非常重要的意义。