基于天基边缘计算的在轨智能技术

针对低轨互联网星座的发展以及天基应用不断拓展对计算能力的需求,开展基于天基边缘计算的在轨智能技术研究,这对提升星地带宽利用率和实时决策效率具有重要意义。提出了以低轨卫星为核心的天基边缘计算架构,在此基础上,进一步提出了一种基于深度模仿学习的智能计算卸载模型,以及该模型的在轨分布式联邦学习训练方案。基于空天地海一体化网络,开展了面向移动应用的实时计算卸载决策,以及空间数据、模型的在轨学习及训练方法研究。该方案在保障空间数据隐私的基础上,可进一步降低程序运行时延和提升模型的决策准确率。结果表明:与传统方法相比,该技术最多降低了54.96%的程序运行时延。     

基于能力分析的天基资源虚拟化方法的设计与实现

随着小卫星技术以及卫星组网技术的飞速发展,天基资源的规模呈爆发式增长,依赖多种类卫星节点提供的卫星能力,完成多星协同的复杂空间任务,向普通大众用户提供可用的、即时的卫星信息服务,成为未来发展的趋势。针对多类异构卫星,提出一种面向用户的应用层天基资源能力虚拟化方法。分析了即时观测信息服务的用户需求及天基资源的属性特征,综合时间、空间、能源、存储等约束条件,将天基资源按照时空逻辑,分层抽象虚拟化成面向用户的服务能力,建立了适用于大规模异构卫星、统一标准的应用层天基资源虚拟化方法,并设计了计算模型。选取具有代表性的卫星平台、载荷等,针对在轨实时虚拟化的需求,设计并实现了在轨虚拟化算法。试验证明,算法时效性可以满足星上实时计算要求。     

6G时代卫星算力网络发展思考

卫星已被广泛认为是6G网络的重要组成部分，卫星算力网络结合实时网络和计算资源状况，进行卫星计算节点间的任务调度，能够满足多样性业务的时延要求，实现在轨通信、处理、存储等资源的高效利用。首先，阐述卫星算力网络的概念内涵，对卫星通信网络的发展现状和趋势进行了总结；其次，从总体架构、硬件组成和软件架构三方面给出了卫星算力网络的设计考虑；最后，对卫星算力网络所面临的技术挑战进行总结，对卫星算力的发展进行了展望。     

星地协同网络中的边缘计算技术综述

6G移动通信系统对延迟和网络响应能力提出了更高的要求,而边缘计算技术可降低延迟提高响应能力,并减少用户和集中式云计算资源之间的数据流量。星地协同是未来6G通信网络的发展趋势,在星地协同网络中应用边缘计算技术是重要研究方向之一。在梳理星地协同网络中的边缘计算技术研究现状的基础上,首先提出了融合移动边缘计算技术的星地协同网络的系统架构、对应用场景和逻辑功能架构等进行了总结,其次对计算卸载技术方案进行汇总和分类对比,最后归纳了未来研究将面对的技术挑战。     

导航卫星自主健康管理指标体系构建方法

针对北斗全球卫星导航系统提供高连续性和高稳定性服务的特点,提出了导航卫星健康管理指标体系构建方法,从卫星服务性能及在轨安全稳定运行方面分析影响任务成败的关键因素,转化为故障检测、隔离、预测与评估的需求,再根据需求构建健康管理指标体系,采用参数权衡法,对已构建的指标体系进行定量计算,给出具体的指标要求,作为卫星设计研制的依据。经过地面仿真计算及在轨性能评估验证,结果表明:导航卫星各分系统单机按照指标要求开展设计研制,能够满足空间信号连续性、可用性等系统指标要求,可为星载健康管理指标设计提供参考。     

基于算力路由的空间信息网络低时延在轨协同计算策略

针对当前空间信息网络（Spatial Information Network, SIN）地面数据处理模式中存在的高传输时延问题,提出了基于算力路由的低时延在轨协同计算策略。考虑到卫星网络的动态变化及卫星计算资源的异构性,提出了要素时空扩展图模型,以实现在屏蔽SIN动态性的同时对星上资源进行精确表征。在此基础上,构建基于算力路由的多星在轨协同计算数学模型,提出时延优化问题,并利用改进的异构最早完成时间（Heterogeneous Earliest Finish Time, HEFT）算法进行求解。仿真结果表明：卫星在轨协同计算可有效降低卫星数据的任务处理时延;同时,本文所提的改进HEFT算法以较小且可接受的收敛性能为代价,换取了业务处理时延的大幅度降低。     

高轨移动通信卫星系统支持低轨航天器测控应用研究

<正>随着商业航天的不断发展,在轨航天器数量大幅增加,这对航天器测控提出了更高的要求,呈现出管理航天器数量多、实时性要求高、测控资源调度响应快等特点。如果采用地基测控方式,则需要建设遍布全球、数量众多的地面测控站,不仅建设投资高,同时支持目标数量有限,且测控资源调度使用不灵活,并不能解决海量低轨航天器在轨测控资源缺乏的难题。如果采用基于中继卫星系统的天基测控方式,其多址能力有限,以美国“跟踪与数据中继卫星系统”(TDRSS)为例,单星最多形成6个返向波束和2个前向波束,很难满足大量低轨航天器随机接入和并行服务的需求。     

太阳翼不同转角的卫星在轨模态频率计算方法

卫星挠性振动频率会随着太阳翼的转动发生变化,在卫星动力学频率规划设计时尤其需要考虑到,以避免发生耦合振动。文章针对具有太阳翼的卫星,研究了太阳翼转动时由于星体构型变化对卫星模态频率产生的影响。通过建立卫星动力学混合坐标方程,推演出卫星结构动力学特征方程,在太阳翼转到不同角度时对卫星系统模态进行解算,从而获得一种具有太阳翼的遥感卫星系统模态计算方法。以某遥感卫星为背景进行了在轨模态计算,并与该卫星陀螺姿态角速度遥测数据对比,误差小于10%,验证了在轨模态计算方法的准确性。     

卫星在轨任务管理技术研究

长期以来,国产卫星在轨任务管理工作一般由卫星方、运控方、测控方协同完成。随着卫星数量和种类的增多,卫星方在协同运控方、测控方进行有效载荷任务管理、卫星健康管理和异常处理等基础上,越来越需要在卫星的最大效能、新功能、新用途、多星协同等在轨应用上创新,扩展卫星方的在轨任务管理工作内涵。文章总结多颗卫星在轨多年来的管理经验,梳理了卫星方在轨管理主要任务场景,挖掘提升卫星在轨的应用价值,归纳提出了"再完善、再开发、再利用、再设计"的卫星在轨"四再"管理工作,提供了多星重构组网等真实应用实例,阐述了拓展新用途等提升卫星应用效能和卫星技术水平的策略,并提出了增加天基对月成像功能等几点建议,可为后续卫星在轨管理提供参考。     

资源三号卫星结构稳定性设计与实现

结构稳定性是影响卫星图像定位精度的重要环节。文章介绍了资源三号卫星在系统、相机、结构等方面为提高结构稳定性所采取的技术措施。资源三号卫星采用3台星敏感器与3台测绘相机一体化设计,并对星敏感器支架和相机支架等关键结构进行高稳定设计,提高星上姿态测量基准与成像基准的匹配精度;测绘相机采用低畸变光学系统设计,以提高相机内部稳定性;基于整星有限元模型对相机光轴在轨指向进行了仿真分析,并开展地面试验对设计和分析进行验证。卫星在轨数据表明:相机支架、星敏感器支架等结构在轨稳定性良好,卫星图像定位精度超过任务指标要求,相关设计、分析与试验技术可为后续高精度遥感卫星提供参考。     

基于UAV的空地协同任务卸载策略研究

随着各行业对大批量信息处理需求的增加,移动边缘计算（Mobile Edge Computing, MEC）技术应运而生。而在陆地障碍较多、MEC服务器搭载不便的情况下,研究了一种无人机（Unmanned Aerial Vehicle, UAV）中继辅助用户卸载任务到基站的场景。针对该场景,提出了一种基于博弈论的最优任务卸载方法,通过联合优化任务卸载比例和卸载策略使得系统时延最小化。由于这两个变量之间相互耦合,因此将原优化问题转化为两个子问题求解。首先,在确定策略的情况下,证明了系统时延最小值存在的条件,得到了用户的最优卸载比例闭合解。然后,将原优化问题转化为任务分配问题,并建立博弈论模型。在证明了该模型存在纳什均衡（Nash Equilibrium,NE）的前提下,经过多次迭代,求解得到基于时延最小的用户任务卸载策略集。仿真结果表明：上述方法有效降低了全局计算时延,在时效性上优于其他一些常见的卸载方法。     

Pro／Engineer中的圆角特征处理

本文从设计原理的角度结合作者的使用经验，分析了Pro／E中圆角特征的作用、构造方法及注意事项，以利于该特征在众多菜单中理清思路并正确构造圆角特征。     

凹腔前后缘圆弧对流场干扰的数值研究

基于两方程k-ωSST模型,对不同半径前后缘圆弧凹腔构型的超声速流场进行了二维仿真,获得了相应的流场特征参数。结果表明,与直角前后缘相比,采用圆弧构型时凹腔后壁的激波得到增强;随着圆弧半径的增加,凹腔内部的速度有所增大,而温度、涡量则呈递减趋势,从稳焰、助燃的角度看,后壁上端压力增大可以促进质量交换,同时降低回流区温度。综合考虑凹腔的稳焰和助燃作用,提出了一个适当的圆弧半径范围。     

基于误差模型的权重二值神经网络近似加速

针对智能识别系统精确度和硬件复杂度之间的均衡设计问题,提出了一种基于误差统计模型的权重二值神经网络近似加速方法。在提出了一种获得高精度轻量神经网络的权重二值化处理算法基础上,引入近似加法器、消除乘法器以进一步提高能效。最终提出了一种系统级误差统计模型用于系统评估和优化设计,该设计能够分析和预测权重二值神经网络近似加速系统的最终精度。结果表明:该模型可以准确地预测系统精度,与仿真结果对比,相对误差在2.05%～3.07%。该模型预测用于指导相应软硬件的设计优化,可大幅提高设计的迭代速度。     

航天器着陆碰撞动力学CUDA并行计算技术

航天器着陆接触碰撞过程中的瞬态响应计算,涉及到几何非线性、接触非线性和材料非线性,计算过程复杂,计算量大。为此,文章将统一计算架构(CUDA)技术应用到接触碰撞问题的并行显式积分计算,研究了质量矩阵和刚度矩阵的并行生成方法,并将基于中心差分法的求解过程并行化实施。仿真算例表明:并行算法计算结果准确,较大地提高了计算仿真分析的效率,可为航天器着陆过程中冲击动力学计算的快速和高精度实现奠定基础。     

异构计算并行编程模型综述

异构计算架构是目前高性能计算研究的重要领域。在异构计算架构中,不同种类的计算器件协同工作需要解决如任务调度、数据通信、存储、同步优化等问题。这些问题会对异构计算架构系统的运行性能、功耗、可靠性等指标产生重要影响。为解决异构系统的应用开发与系统优化问题,近年出现许多面向异构计算架构的并行编程模型。本文介绍异构并行编程模型的研究进展,针对异构并行计算需要解决的关键问题进行讨论,最后对异构体系架构的发展方向做出总结。     

前缘钝度对高速翼型颤振边界的影响

高速飞行器控制面前缘不同的钝度对其气动特性具有影响,同时也影响了其气动弹性特性。采用了CFD/CSD耦合计算方法,研究3种不同钝度的前缘对2维翼型在Mach数为5时的颤振边界的影响。计算结果显示,随着翼型的钝度增加,颤振边界不断提高,即前缘钝度增加了气动弹性稳定性。     

基于虚拟现实的动态设计及系统实现

该文首先介绍了虚拟现实和动态设计的发展和应用，然后构造了系统的基本实现思想和框架，具体实现了虚拟环境与可视化模型、动态设计数据处理与存取以及驾驶式计算系统的跟踪与控制过程等。最后成功的将该系统应用于浸水圆柱壳结构优化设计并总结出在虚拟环境中进行动态设计的优点。     

基于脉冲包络前沿波形的雷达辐射源个体识别

提出了以脉冲包络前沿波形作为辐射源的“指纹”进行雷达辐射源个体识别的思路。首先将提取出的已知雷达脉冲包络前沿波形进行统计,求出一条能代表雷达辐射源的“标准”前沿波形曲线,然后将被测雷达脉冲包络前沿波形与求出的“标准”前沿波形曲线进行相像程度比较,识别出雷达辐射源个体。理论分析和实验结果表明利用雷达脉冲包络前沿波形可以较好地进行辐射源个体识别。