一种基于计算资源度的星间路由协议

随着发射技术的提升和星载任务需求的扩大,低轨互联网星座逐渐成为航天产业的研究热点。在网络层进行算力资源感知有助于构建最短计算时延路径,有效利用边缘或路径上的节点资源进行任务调度。由于传统组网协议没有考虑邻居节点算力资源情况,难以做到资源感知、星间协同组网完成卸载任务。为解决上述问题,提出了将低轨卫星组网建模为移动自组织网络(MANET),并在主动式协议优化链路状态路由协议(OLSR)中引入节点计算资源度来感知周边组网节点、CPU、内存和负载等计算能力情况,并且根据该指标修改OLSR中的多点中继(multi point relay, MPR)选择算法与路由表更新算法。通过仿真验证了在星间协同计算中,文章提出的路由协议在任务计算时延上降低了15%～30%,并通过与地面云计算的比较验证了星间协同计算的优势。     

面向条件受限环境的动态可重构异构计算平台

在体积、功耗等条件和资源受限的场景下，承载异构计算资源的嵌入式计算设备之间如何实现异构资源的接入和自适应协同管理，进一步联合形成具有足够规模“算力”的智能空间“云”计算平台，是实现平台“算力”的跨越提升、实现更多功能、更优性能和更高智慧应用的关键.本文提出了一种任务驱动的嵌入式可重构异构计算平台，通过集群构建的方式，对多个分布式的、承载各种不同异构计算资源的嵌入式计算板卡统一调度管理；利用容器化技术，构建任务驱动的、可重构的任务执行的虚拟计算环境；开发了基于B/S模式的平台可视化用户界面，实现了用户对平台的随遇接入和全网资源可见.本文提出的嵌入式计算平台能够提供高可用的任务接入、任务下发与任务执行；实现了异构计算资源的自组织协同和统一化管理；基于容器化的任务执行方式细化了资源管理粒度，在不损失计算能力的前提下提高了资源利用率和任务并发度.本文提出的嵌入式动态可重构计算平台解决方案是对未来嵌入式“云”计算平台架构研究设计的有益探索.     

面向资源受限无人系统的深度神经网络轻量化软件设计与应用

地外探测无人系统具有存储、算力和能量等资源受限的特点.以深度学习为基础的感知、定位和决策算法可有效提升无人系统的智能化水平,而这类算法通常需要高算力,难以直接应用于地外探测无人系统.首先针对剪枝和量化的深度神经网络模型轻量化方法,在公开数据集上对多种算法进行定量分析.其次,提出基于剪枝、量化的轻量化计算方案,实现了基于模块化配置的轻量化计算软件StarLight,对深度神经网络进行快速轻量化和性能评估,解决了模型难以直接应用到计算资源受限系统的问题.最后,基于StarLight,对应用于火星车实验系统中的多种任务模型进行轻量化,在计算功耗≤15 W、计算处理主频≤1.2 GHz和计算存储容量≤1TB的受限资源条件下,实现了深度神经网络模型部署.实验表明,该软件能够满足计算资源受限系统的深度神经网络模型轻量化需求,为进一步提升地外探测无人系统的智能化水平奠定了基础.     

地基单站GNSS的电离层VTEC高精度解算方法

利用IGS提供的双频GNSS观测数据，分析了Kalman方法解算电离层垂直总电子含量（Vertical Total Electron Content，VTEC）存在的问题，提出了Kriging-Kalman改进解算方法，并对两种方法解算的电离层VTEC进行分析和比较.结果表明:在低纬地区，当观测卫星数量发生改变时，Kalman方法解算的VTEC存在跳变异常，Kriging-Kalman方法解算的VTEC变化较为平稳，不存在跳变现象.对比分析耀斑期间两种方法解算VTEC的变化，发现Kalman方法解算的VTEC变化明显小于耀斑引起VTEC的增量；Kriging-Kalman方法解算结果与实际变化相一致.表明Kriging-Kalman方法计算精度更高，能够更精确计算耀斑等剧烈异常空间天气活动期间的VTEC及其变化，有利于电离层VTEC日常精确监测、研究和工程应用.      

轨道方程计算中Adams-Cowell方法的外推改进

在人造地球卫星精密定轨中,有摄星历的计算常采用A-C方法(即Adams-Cowell方法),针对这种经典的线性多步法,应用外推技术将计算过程进行了加速,从而提出了一种更高精度的WA-C方法(即Adams-Cowell方法的外推改进)。最后应用典型算例将A-C方法、KSG积分器、改进的A-C方法及文中的WA-C方法进行数值验证,并比较4种方法中卫星轨道沿迹误差的结果,结果表明采用WA-C方法的精度有明显提高。     

基于WAAS监测数据的精度和完好性参数解算

美国联邦航空管理局（FAA）建设的广域增强系统（WAAS）通过对全球定位系统（GPS）所需导航性能（RNP）的全面增强,目前已能在WAAS服务区的绝大部分空域支持从航路到具有垂直引导满足航向信标性能（LPV）-200进近的RNP.本文给出了WAAS报文的解码过程,结合WAAS广播报文阐述了精度和完好性参数的解算处理过程.选取美国阿拉斯加州和美国本土34个WAAS监测站的实测数据,按该处理流程解算出精度和完好性参数.结果表明,所选监测站位置的精度和完好性解算结果与美国国家卫星测试台（NSTB）公布的统计数据基本吻合,验证了报文解码以及参数提取算法和流程的正确性.WAAS精度和完好性参数解算处理流程可为中国北斗星基增强系统（BDSBAS）建设提供借鉴和参考.      

北斗GEO卫星CEI相时延解算方法研究

连线端站干涉测量(connected element interferometry，CEI)是高精度测角技术，在中高轨卫星、月球及深空航天器定轨定位中有良好的应用前景。基于CEI技术特点，提出了一种新的测量方法，即在相干测距模式下利用测距音和载波信号作为信号源进行连线端站干涉测量。构建了CEI试验系统对北斗GEO卫星进行观测，利用相干测距模式下的下行信号解算群时延、相时延。利用北斗GEO卫星精密星历计算的时延理论值，对北斗GEO卫星CEI群时延和相时延结果进行评估。结果表明，相干测距模式下CEI群时延和相时延残差均值分别为0.47ns、0.08ns，标准差(3σ)分别4.2ns、0.13ns。该项研究验证了相干测距模式下CEI相时延解算的可行性，可为共位地球同步卫星精密相对定位、月球探测器CEI测量提供技术参考。     

两步法快速解算编队卫星GPS模糊度

为克服卫星编队飞行实时相对定位中双频模糊度解算速度慢的缺点,结合扩展Kalman滤波(EKF,Extended Kalman Filter),首先采用少数个历元(如10个)相位平滑伪距相对定位结果与 L₆的平均值对滤波初始化,再根据两步法解算双频模糊度,即先解算并正确固定宽巷模糊度,获得较准确的基线分量估值,然后采用选权拟合方法,将基线分量作为约束条件解算并固定双频模糊度.仿真算例计算结果表明,当宽巷模糊度正确固定后,编队卫星间相对定位误差在5cm以内,两步法可以在较短时间(约3min)内固定双频模糊度,为精确解算编队卫星的相对状态提供保障.     

B样条应用于超限插值的网格生成方法

采用B样条曲线曲面生成技术与传统网格生成方法中超限插值技术,并将两者结合起,形成一种计算网格的生成方法.它发挥了两者的优点和长处:能充分反映复杂外形的完全信息,提高对外形的适应程度;可控制切矢的边界条件,提高生成网格的质量.算例表明了上述特点.      

毛细泵回路蒸发器的数值研究

文章针对毛细泵回路(CPL)蒸发器内的多孔芯结构, 建立了描述换热和流动的非稳态数值模型。该模型采用焓模型来处理多孔介质内工质的相变问题, 通过分区计算既避免了采用耗时复杂的自适应网格技术又能方便地跟踪汽液界面, 为处理多孔介质中的毛细力带来方便; 在处理流动问题时, 通过对源项的处理考虑了毛细抽力的作用, 体现了毛细抽力是CPL的动力源, 从给定的算例来分析, 该数值模型较好地反映了毛细芯的工作特性。     

Progress of 2014—2016 China's Earth Observation and Earth Science

The support given by Earth observation data and Earth system science play an increasingly important role in global change, regional sustainable development, extreme events, and the development of social and economic needs. This field is also moving towards systematization, platforms, and standardized development. In December 2015, nearly 200 parties of the United Nations Framework Convention on Climate Change agreed in Paris to make arrangements for global action in response to climate change by 2020. China jointly issued a climate change adaptation strategy for cities in 2016 and then elevated national action to respond to climate change. China's Earth Observation and Earth Science development is facing new challenges as it supports the national civil space infrastructure and high-resolution Earth observation system.      

移动IP中移动主机定位方法研究

当前的网络互联协议(如IP、IPX等)不支持移动主机与网络上其他主机之间进行互操作.移动IP协议为Internet上的主机提供移动性支持,并保证主机在子网间移动过程中不改变家乡地址及对IP层之上协议的透明性.移动Internet中移动主机定位策略是对移动IP协议的重要扩展.介绍了移动IP的基本构架和代理发现机制,在此机制基础上提出"地址滑动窗口"方法来进行主机定位,并且定义了蜂窝移动Internet.     

基于分布式平台的FDTD并行算法

基于分布式平台开展一种新的时域有限差分（FDTD）并行算法研究,该算法基于VC++、CUDA5.0平台开发,调用Intel MPI 4.1.0库进行测试,在上海交通大学高性能计算中心图形处理单元（GPU）集群、上海超级计算机中心的“魔方”商用超级计算机以及国家超级计算济南中心的“神威蓝光”国产超级计算机等平台开展软件调试。通过对纯CPU、GPU以及CPU和GPU的混合测试,线程调度水平、核心函数处理速度得到明显提升,同时减少了通信执行时间比例,提高了加速比和并行效率,最后以2×2微带阵列为验证模型进行拓扑优化测试,结果证明该算法准确、有效。      

Using parallel computing for the display and simulation of the space debris environment

Parallelism is becoming the leading paradigm in today’s computer architectures. In order to take full advantage of this development, new algorithms have to be specifically designed for parallel execution while many old ones have to be upgraded accordingly. One field in which parallel computing has been firmly established for many years is computer graphics. Calculating and displaying three-dimensional computer generated imagery in real time requires complex numerical operations to be performed at high speed on a large number of objects. Since most of these objects can be processed independently, parallel computing is applicable in this field. Modern graphics processing units (GPUs) have become capable of performing millions of matrix and vector operations per second on multiple objects simultaneously.     

基于HPI的神经网络图像匹配多处理机系统

针对嵌入式图像匹配计算特点,采用TMS320C6X系列处理器作为并行神经处理单元,设计了 一种基于TMS320C6X系列处理器HPI(Host-Port-Interface)互连的神经网络图像匹配多处理机系统,在这种并行计算系统中,包括一个主控计算单元和三个并行神经计算单元,主控计算单元通过HPI接口与各个神经匹配处理单元直接连接,通过HPI接口,主控计算单元可以直接访问各个神经元的片上和片外存储器,实现实时图像数据的直接转发和神经元中间运算结果的读取.理论分析表明,该设计可有效优化神经计算结构,提高图像匹配的实时性.      

曲面的平坦方向

从数控加工的实际出发提出了曲面微观、宏观平坦方向这一概念产生的必要性,给出了它们的定义及计算方法。作者编制了通用软件,计算了几张曲面的平坦方向,已将这套软件用于生产实际。     

一种复杂表面的平行光辐射传递系数计算方法

提出了复杂表面之间平行光辐射传递系数的一种新型计算方法,克服了蒙特卡洛法在计算平行光辐射系数时存在运算量较大、计算精度难以保证等缺点,并且从计算精度及耗时性两方面对新方法进行了比较分析,计算结果表明新方法在计算精度及耗时性上都要优于蒙特卡洛法。     

Technical evaluation of additive manufacturing technologies for in-situ fabrication with lunar regolith

In-Situ Fabrication and Repair can significantly reduce the construction cost of a permanent Moon base by using additive manufacturing (AM) and exploiting local resources instead of bringing all the required materials from Earth. In this article, we evaluate alternative additive manufacturing technologies for building a lunar base and maintaining it across its lifecycle. We compare alternative 3D-printing techniques, already tested for manufacturing with simulants of lunar regolith, using energy, Earth-deliverables consumption, and compressive strength of the produced samples as figures of merit. Based on our analysis, we conclude that Cement Contour Crafting and Stereo-lithography AM techniques are the most promising solutions for the construction of outdoor lunar infrastructure and small precise parts and instruments, respectively.     

嫦娥三号“玉兔号”巡视器行为规划方法

为支持"玉兔号"巡视器完成对月面较大空间范围的科学探测,对动态任务进行快速规划,提出了一种基于人工智能领域智能规划技术的自动化任务规划方法。提出了行为持续时间和行为效果动态确定的时态规划模型(TP~(DDDE)),设计了描述TP~(DDDE)问题的规划领域定义语言PDDL——PDDL~(DDDE),以及针对TP~(DDDE)问题的启发式规划算法,运用Landmark知识分析规划问题结构,从而设计了合理反映动作前提评估顺序的启发函数。在嫦娥三号任务中,本文方法支撑"玉兔号"巡视器圆满完成了预期的科学探测任务。     

航天计算机网络安全防护技术综述

综合分析和评述国内外网络信息安全的发展现状及其发展趋势，着重对航天计算机网络信息安全可能存在的各种威胁和脆弱性进行总体分析，综述保障航天计算机网络信息安全现有的各类主要技术与途径，提出采取诸如物理安全、备份与恢复、防病毒、身份认证、信息加密、入侵检测和审计等技术手段，以建成一个成功的航天计算机网络安全防护体系．