一种航天器星上时间获取方法

星上时间获取精确度直接影响了航天器各项自主功能的执行。准确获取星上时间的主要挑战来自时间获取动作与时间维护动作之间的数据竞争。在中断嵌套导致高优先级中断与秒中断间发生数据竞争时,需要根据秒中断被嵌套的状态决定在高优先级中断中获取星上时间时是否进行进秒修正。在现有适用于高优先级中断嵌套秒中断场景下的星上时间获取方法中,依赖处理器中断状态判定秒中断是否被嵌套,这导致该方法不能适应某些处理器。为解决这一问题,提出了一种不依赖中断状态的星上时间获取方法。相邻两次秒中断之间的时间被分为存在中断嵌套可能的时段和不存在中断嵌套可能的时段。若存在中断嵌套可能,通过时间维护标识判断是否需要对获取的星上时间进行修正。和现有方法相比,该方法不依赖处理器,计算复杂度相当,适用范围更广。该方法已在火星探测器的多台星载计算机上应用并取得了良好的效果,可为后续航天器软件设计提供参考。     

基于FPGA的高效机载视频采集及预处理方法

为提高机载视频编码系统的数据采集及预处理性能,以现场可编程门阵列(FPGA)为硬件平台,研究了多模式机载视频采集、颜色空间转换和视频数据传输的高效处理方法.针对机载应用需要实时采集不同模式视频的特点,设计了一种可靠的视频采集策略,通过引入错误自检机制,可以实时监测视频采集的正确性,避免视频数据的错误积累;针对机载视频颜色空间转换预处理中浮点乘法浪费计算资源和增加系统功耗的问题,设计了一种基于高低位分离的截断式查找表乘法器,减少了存储空间和计算位宽,结合流水线处理技术实现了一种高效视频颜色空间转换方法,在保证计算精度和性能的同时,处理功耗最大降低了27%;针对FPGA处理器与系统核心编码处理器(DSP)之间存在大量视频数据的频繁传输特点,结合SRIO(Serial Rapid I/O)链路的传输方式,设计了一种以FPGA为控制核心的数据交互机制,减轻了DSP的处理负担使其专注于视频编码运算,提高系统性能.      

面向宇航应用的高可靠SoC异常处理系统设计

实现了面向宇航应用的高可靠SoC异常处理系统软硬件设计.为提高可靠性，将处理器及异常处理系统寄存器进行冗余设计，对SoC片上SRAM及各外设存储模块引入EDAC检错/纠错(纠一检二)机制.采用中断控制器统一管理众多的外设中断请求，对数据/指令的EDAC校验一位错和二位错异常，引入不同的硬件处理机制.一位错可通过EDAC逻辑纠正，不影响处理器正常运行，通过中断控制器以异步异常方式处理；二位错不能被EDAC逻辑纠正，影响处理器指令执行，通过总线反馈信号以精确同步异常方式处理，保证了异常响应的效率和系统可靠性.仿真验证结果表明，该异常处理系统可正确处理SoC众多外设和处理器内部异常.本文中的设计方法对高可靠处理器异常处理系统设计具有一定的参考价值.     

基于SVC视频流的低复杂度多播组分解算法

多播是一种高效率利用带宽资源的技术，可以有效缓解多媒体传输过程中的带宽压力，但传统的多播技术会带来“瓶颈用户”问题，限制多播组内用户的数据速率。多播组分解技术将多播组划分为若干子组并以不同速率接收数据，可以有效解决瓶颈用户带来的速率限制。构建了面向用户端的视频多播传输方案，将可伸缩视频编码（SVC）的分层特点和组分解技术相结合，各多播子组根据实际接收能力解调得到不同质量的SVC视频数据，在保证用户基本视频数据传输的基础上，实现总系统速率最大化。提出了面向资源公平调配的低复杂度多播组分解算法，在改进低复杂度分组（LCS）算法过程中考虑SVC视频层限制，并引入常值向量抑制资源分配不公的情况。经过实验数据模拟和性能评估，所提算法在带宽资源和用户数量变化时，均可以稳定地保持较高的系统速率、频谱效率及系统公平性，且计算复杂度较低，能够实际应用于4G和5G网络架构下的视频传输。      

多媒体流处理器中缓冲器的体系结构设计

传统微处理器体系结构不能很好地匹配媒体处理应用的特点.针对处理器与存储器之间日益增长的性能间隙问题,分析了传统微处理器对媒体处理应用的通讯瓶颈;通过分析Cache存储器的特点,得出了传统的Cache结构并不适合现代媒体处理应用的结论,讨论了目前针对处理器通讯瓶颈的一些解决办法;提出了一种以大容量流寄存器堆替代Cache作为中间缓冲器,并能适合于媒体处理应用的金字塔存储层次体系结构设计.该体系结构具有三级并行数据带宽存储层次,即片外SDRAM、全局寄存器堆和局部寄存器堆.三级并行存储层次所能提供的带宽依次提高一个数量级,带宽之比为1∶16∶256,从而可以有效地支持卫星遥感图像预处理对数据带宽的需求.      

新型二维推力矢量喷管数值模拟

针对现有流体推力矢量控制方案的不足,提出利用喷流附壁效应的新型矢量喷管,借助于尾喷管射流对固壁延伸面的跟随作用控制尾喷流方向,实现推力转向.在此基础上采用限制流量的方法调节喷流的抽吸程度,产生不同的横向压力梯度,达到了矢量化控制推力转向的目的.运用这一概念设计了二维矢量喷管,用数值实验方式验证了喷管的推力转向效果,采用限制流量方法得到的最大矢量角度约13.3°,进一步结合射流控制可以使矢量偏角达到20°以上.通过对该喷管流场的数值计算研究,探讨了该矢量喷管内喷流转向形成的流动机理,从推力损失、转向效率上对喷管的性能特点进行了分析,为下一步开展实验研究奠定了基础.     

Java智能卡解析优化方法

 针对复杂的传统Java智能卡指令解析问题,结合Applet的部署特点,提出了指令预解析的概念;给出了转换后的Applet文件(CAP,Converted Applet file)中导入组件、常数池和导出组件的预解析优化存储结构及包注册表结构,使用定长存储结构替代原有的变长存储结构以加快查找过程,引入了导出组件辅助索引表以加快外包类的解析过程;设计了基于优化后组件的静态域、静态方法和类访问字节码指令的快速解析流程,将解析算法的时间复杂度降为常数阶;在Applet下载过程中通过预解析来生成优化后的组件存储结构,在执行过程中依据快速解析流程来完成静态域、静态方法和类对象的快速访问,从而缩短了Applet运行时的解析时间.测试结果表明,在不改变标准Applet下载、运行流程的情况下,该方法有效地减少了卡内存储器的访问次数,缩短了解析算法的执行时间,提高了Applet执行的整体性能.     

适用于混合网格的改进雅可比迭代法及其应用

LU-SGS因有较高的鲁棒性和小的内存需求而得到广泛应用,然而用于混合网格计算前需要进行网格排序和分组来实现算法并行;此外,LU-SGS格式收敛效率不高。针对这些缺点,本文提出了一种改进的适用于复杂混合网格的雅可比迭代方法,无需网格排序和分组就可实现算法的并行化,且有较快的收敛速度。该方法编程实现简单,易于采用OpenMP实现并行。算例研究表明,相比于LU-SGS格式,在各来流条件下,本文提出的方法收敛速度更快,鲁棒性好,并行和串行结果一致,且内存需求增加很少。      

基于查表的开环MPM预失真器

提出了一种基于查表的开环记忆多项式模型(MPM,Memory Polynomial Model)预失真器.从MPM预失真器系数估计和执行信号预失真处理两方面加以考虑.首先,利用预失真器和高功率放大器(HPA,High Power Amplifier)传输特性的互补性,由采集到的HPA输入、输出基带数据进行单次最小二乘估计得到MPM预失真器的系数,避免了以往递归结构的收敛性和计算量大等问题.然后,利用MPM预失真器的特点,建立了基于输入信号强度索引的一维向量表,通过查表实现MPM预失真器的幂次累加项,极大地减少了实现预失真器所需的计算量及硬件开销.仿真显示,采用提出的预失真器可以有效补偿HPA对信号的记忆非线性失真,有效带宽内获得了近20 dB的功率改善,也显著改善了系统误码性能.     

一种基于方差的自适应火星图像阈值选取算法

在基于光学成像的深空探测自主导航中,图像边缘处理直接影响视线矢量的提取,从而对自主导航的精度产生较大影响。传统的Otsu算法更侧重同区域灰度的均匀性,适用于图像中目标区域和背景区域面积相差不大的情况,因此在自主导航初始阶段,导航精度较低。根据深空探测巡航段拍摄到的火星图像的特点,基于已有火星探测任务的实拍图像,在Otsu算法的基础上,重新设计准则函数,提出了一种基于方差的火星图像阈值自适应选取算法。该算法将灰度值高于待定阈值的区域的方差表示为待定阈值的函数,以函数一阶微分的最大值对应的灰度值作为最优阈值。该方法具有计算量小、图像分割精确的优点。仿真结果表明,相较于传统的Otsu算法,通过该算法得到的图像阈值能够实现更高的视线矢量提取精度及自主导航精度。     

直线参数检测的快速哈夫变换

在直线参数检测的哈夫变换中,基于两点确定一条直线的几何原理,可以消除图像点与参数点对应关系中的不确定性,利用这个原理可缩小每个非零图像点对应的参数空间,减小每个非零图像点的计算量.同时将整幅图像分成小块表决,能大幅度减少哈夫变换的总计算量,而参数检测的精度保持不变.      

汞离子微波频标汞光谱灯设计

汞离子微波频标由于其体积小、指标高的优势，未来将在卫星导航、深空探测和守时中得到广泛应用。汞离子微波频标的优势在于利用汞灯进行抽运，可实现小型化。而汞灯的指标会限制汞离子微波频标的物理极限，因此汞灯的设计尤其重要，通过大量的实验完成了汞灯的设计。测试指标如下，功率稳定度大约2.5%，测试时间为3天；194nm与253nm谱线能量比约1/45，通过滤光泡可改善为1/3。     

谐波阻抗调配器校准技术研究

作为负载牵引测量系统中的重要器件,谐波阻抗调配器的应用越来越广泛,但是目前国内有关该类仪器的校准工作尚无报道。本文以谐波阻抗调配器的工作原理为基础,设计了校准方法,并重点分析了矢量重复性的三种定义,提出了最佳校准方法。通过与出厂测试数据对比,验证了校准方法的可行性。     

基于GPU加速的binLBT压缩解压算法

地形数据的压缩/解压是大规模地形实时绘制方法的关键步骤,与绘制效率密切相关.通过对压缩/解压方法核心重叠双正交变换的分析,采用重叠双正交变换的整数提升方法将变换中的浮点数操作转换为整数操作及移位操作.使用支持图形处理单元(GPU,Graphic Processing Unit)通用计算的CUDA(Compute Unified Device Architecture)对变换过程及编码过程进行加速.针对数据超出显存容量的情况,采取数据分块的方法将数据分别载入显存进行变换与编码以完成对整体数据的处理.实验结果表明,基于GPU加速的重叠双正交变换整数提升方法的压缩算法有效提高了地形数据处理的效率,并加快了大规模地形绘制速度.     

高超声速热流高精度数值模拟方法

通过高超声速下钝锥热流的计算,对影响热流计算精度的因素进行了综合研究.获得了壁面法向网格Re数对热流计算的影响规律.采用边界高阶插值,提高了热流计算精度.用Roe和AUSM(Advection Upstream Splitting Method)+格式搭配minmod和混合limiter两种限制器,探讨了空间离散方法及限制器的耗散性对热流结果的影响.应用五阶WENO(Weighted Essentially Non-Oscillatory)方法,对高阶格式计算热流的性能进行了细致研究,最终确立了网格依赖小,热流精度高的计算方法.研究认为:高阶格式不但可以放宽热流计算对网格Re数的限制,同时使得格式对本身计算方法的依赖性也变小.      

绕AOTV高超音速流场的数值计算

本文采用实质上为二阶精度的隐式无波动、无自由参数耗散(NND)差分格式结合Steger-Warming矢通量分裂方法求解N-S方程,对AOTV外型的高超音速绕流进行了模拟。在计算中,对脱体激波采用了捕获法。作为验证,首先计算了二维圆柱绕流,并同文献[1]的数据进行了比较,取得了满意的结果,算例的计算结果还表明,采用本文的方法对激波的模拟具有较高的分辨能力。