Near lossless data compression onboard a hyperspectral satellite

To deal with the large volume of data produced by hyperspectral sensors, the Canadian Space Agency (CSA) has developed and patented two near lossless data compression algorithms for use onboard a hyperspectral satellite: successive approximation multi-stage vector quantization (SAMVQ) and hierarchical self-organizing cluster vector quantization (HSOCVQ). This paper describes the two compression algorithms and demonstrates their near lossless feature. The compression error introduced by the two compression algorithms was compared with the intrinsic noise of the original data that is caused by the instrument noise and other noise sources such as calibration and atmospheric correction errors. The experimental results showed that the compression error was not larger than the intrinsic noise of the original data when a test data set was compressed at a compression ratio of 20:1. The overall noise in the reconstructed data that contains both the intrinsic noise and the compression error is even smaller than the intrinsic noise when the data is compressed using SAMVQ. A multi-disciplinary user acceptability study has been carried out in order to evaluate the impact of the two compression algorithms on hyperspectral data applications. This paper briefly summarizes the evaluation results of the user acceptability study. A prototype hardware compressor that implements the two compression algorithms has been built using field programmable gate arrays (FPGAs) and benchmarked. The compression ratio and fidelity achieved by the hardware compressor are similar to those obtained by software simulation     

面向单目立体视觉的立方镜图像处理技术

面向单目视觉辅助光电准直仪对立方镜进行准直的需求,研究针对立方镜图像的数字图像处理技术。采用Canny边缘检测方法得到灰度图像中的边缘信息,借助Hough变换按照直线程度的强弱对边缘信息进行分类提取,得到图像中立方镜棱边对应的直线信息。按照偏角与截距对棱边直线信息进行分类排序,结合先验知识得到立方镜角点对应的配对相交直线,对配对直线求交点得到立方镜角点在图像中的位置,得到的立方镜棱边及角点信息为后续的立方镜位姿计算提供了基础数据。     

基于结构动网格的无人机地面效应研究

为了更好地分析地面效应对无人机气动特性的影响,采用一种新的结构动网格生成技术,运用CFD手段对某无人机的地面效应进行了研究。在一套静态网格CFD计算基础上,运用结构动网格生成技术,获得非定常的网格移动,得到一系列的不同攻角、地面效应高度的CFD网格及初始流场。在此基础上进行定常流场求解,计算得到地面效应的定常CFD结果。最后对某双尾撑布局无人机的地面效应进行了CFD计算研究,对相应的全机气动特性的影响进行了分析。计算结果表明：地面效应对平尾的影响大于对机翼的影响并使平尾的失速迎角提前;该方法是可行的,具有一定的工程应用价值。     

一种基于求解椭圆型方程的结构动网格生成方法

基于椭圆型网格生成法,实现了一种简单高效的贴体结构动网格生成方法,可用于具有移动边界问题的非定常流动数值模拟。该方法提出,在网格变形过程中,Poisson方程需要的控制网格间距和正交性的源项可以通过提取已知的静态网格源项直接得到,并在整个动网格生成过程中保持不变。因此,在椭圆型网格生成中需要通过外迭代确定源项的过程可以得到省略,而且该方法不需要人工指定参数。这使得方法具有高效和易于嵌入到已有程序中的特点。数值模拟结果证明,采用这种方法获得的网格能够较好地保持静态网格原有的正交性和光滑性,在相同迭代步数约束下,网格求解效率低于传统弹簧模拟法,但鲁棒性优于弹簧模拟法。     

跨音速喷管流场波系分布的数值仿真

应用分离系数矩阵方法对跨音速喷管流场进行数值仿真, 同时计算喷管内马赫波分布。采用5151个网格点的计算结果清晰反映出喷管内膨胀波和压缩波的生成和反射。数值仿真与实验结果在宽广马赫数范围内吻合一致, 并揭示了波系分区分布, 反映出波系影响下跨音速喷管流场参数分布的规律性。      

On-Board Image Compression for the RAE Lunar Mission

The requirements, design, implementation, and flight performance of an on-board image compression system for the lunar orbiting Radio Astronomy Explorer-2 (RAE-2) spacecraft are described. The image to be compressed is a panoramic camera view of the long radio astronomy antenna booms used for gravity-gradient stabilization of the spacecraft. A compression ratio of 32 to 1 is obtained by a combination of scan line skipping and adaptive run-length coding. The compressed imagery data are convolutionally encoded for error protection. This image compression system occupies about 1000 cm2 and consumes 0.4 W.     

重叠网格洞面优化技术的改进与应用

针对传统割补法在壁面狭缝处网格重叠失败的问题,提出了以单元顶点状态进行洞面优化的vertex方法及以单元大小进行洞面优化的volume方法的两种改进方法。这两种方法将传统割补法中切割和填补两步搜索方法改为一步搜索方法进行重叠网格的洞面优化。通过数值试验证明:两种洞面优化方法都能很好地解决壁面狭缝网格重叠问题,网格重叠区域流场数值传递正确,计算结果与试验值吻合,优化效率高,收敛速度快。volume优化方法与vertex优化方法相比可以减少由网格大小不对等引起的数值误差,计算结果和计算精度均优于vertex优化方法。     

二维高超声速进气道优化设计方法研究

对二维高超声速进气道的优化设计方法进行了研究。采用拟Newton法作为优化方法,结合代数法生成的结构化网格以及流体计算软件Fluent,形成对二维高超声速进气道进行二维优化设计的设计软件系统。运用该系统,以总压恢复系数为目标,分别对3道激波外压、1道激波内压和3道激波外压、2道激波内压的二维高超声速进气道在设计点(飞行马赫数6.0,飞行高度25 km)进行了二维优化设计。设计算例表明,运用该系统对二维高超声速进气道进行优化设计是切实可行的。     

鲁棒的结构网格自动化重叠方法

网格技术是目前数值模拟中的关键技术之一。重叠网格是一种放宽拓扑要求、减小网格生成难度的网格技术。本文以结构重叠网格为基础,分别针对挖洞、寻点以及洞面优化方法进行了研究和改进,同时完成物面网格重叠,形成了一套鲁棒的、自动化的网格重叠系统。在挖洞方面,结合“最小洞映射”方法,提出“复合式挖洞”方法,节省内存开销;在寻点方面,通过构建格心虚网格,保证搜索空间的连续性,同时结合“有效搜索”思想,排除部分对寻点无贡献的网格点,进而减少ADT叉树节点;在洞面优化上,改变填补判别法则并引入两类受保护洞内点,确保两层插值边界建立,提高鲁棒性;在物面网格重叠上,利用物面投影法完成坐标修正,实现物面附近网格流动变量的准确传递。为验证本文方法,分别对定常翼身组合体DLR-F6绕流和非定常机翼挂载分离过程进行了数值模拟,计算结果与实验结果吻合良好,表明该结构重叠网格系统对多物体间定常、非定常扰流具有较好的数值模拟能力和较高的模拟精度,具有较高的工程应用价值。     

混合网格方法在栅格翼数值模拟中的应用研究

栅格翼是采用一种蜂房结构设计的升力面和控制面,和传统舵面相比具有铰链力矩小、能在较大攻角下保持升力等特点,并得到了越来越广泛的应用。由于栅格尾翼的特殊结构,网格生成具有很大的难度。本文采用了结构、非结构混合网格的办法,在弹体和栅格翼的物面附近区域,生成适合粘性计算的大长宽比的结构网格,弹体网格和栅格翼网格之间采用非结构网格进行填充,满足非结构网格和结构网格交接面的完全对接。本文基于结构/非结构网格体系采用有限体积方法求解NS方程,对不同舵偏角下的栅格翼构形进行了数值模拟,并通过实验结果对数值方法进行了验证。     

二维结构/非结构混合网格的生成及其流场模拟

采用分区求解方法在二维结构/非结构混合网格中对粘性绕流作了数值模拟。利用层面推进法生成绕物体的O形结构网格,利用推进阵面法在结构网格外生成非结构网格。在结构网格区内,采用B-L湍流模型,求解雷诺平均N-S方程。在非结构网格区内求解Euler方程。两区的解通过在交界面上满足通量守恒条件进行耦合。数值算例表明了方法的有效性和实用性。     

改进的弹簧比拟非结构化网格优化方法

提出了改进的弹簧比拟非结构化网格优化方法.分别从网格的稀密和单元质量两个方面对非结构化网格进行优化.首先采用非等刚度弹簧,实现了弹簧比拟方法对网格疏密的控制;其次,分别采用修正刚度系数的顶点弹簧模型和修正初始平衡长度的棱边弹簧模型,改善了原弹簧比拟光顺算法中存在的局部网格单元过渡不够平滑的问题.该方法保留了原弹簧比拟法易于实现、数据结构简单的优点,提高了原算法对网格优化能力,算例中最短边与最长边之比从0.24提高到了0.42(越接近1越好),且对于存在交错单元的初始网格也能优化.      

面向STL偏置模型的拓扑信息生成

为了更有效地生成和使用STL偏置模型,采用链表结构进行数据存储,并在去除顶点冗余的过程中,通过搜索各顶点在已定义的顶点链表中所记录的读入面片的顺序号,直接建立了点引用面的法向量的拓扑信息来完成偏置计算。算法应用实例表明,所使用的方法能够快速生成偏置所需的拓扑信息,合理使用了内存空间,并在此拓扑信息基础上快速地生成了有效的偏置模型。     

飞翼气动优化中参数化和网格变形技术

几何参数化和网格变形是飞行器气动外形数值优化迭代过程中的两个关键技术。基于非均匀有理B样条(NURBS)的自由型面变形(NFFD)技术对几何表示形式具有普适性,距离权函数(DWF)网格变形技术具有计算快速和网格拓扑无关性,两者广泛应用于曲面优化。基于NFFD技术改进了反求参数的Newton迭代算法,并通过提高物面附近网格刚度改进的距离权函数(IDWF)技术使其适用于更大程度的网格变形。还提出了改进后的参数化和网格变形两种技术并行计算的具体实现算法。结合离散伴随方法,使用参数化和网格变形技术,实现了由NACA0012初始翼型到飞翼标准翼型EH1590的反设计;针对某飞翼标模完成了单点全机升阻比优化,升阻比提高约18%。数值结果表明,建立的NFFD和IDWF动网格技术可满足飞翼气动外形优化参数化和快速网格变形的需求。     

基于Lattice Bohzmann方法的翼型绕流数值模拟

将通过物理平面的结构化C型贴体网格变换到计算平面的均匀正交网格,引入非均匀网格插值方法,采用基于Lattice-Boltzmann方程的D2Q9模型,对低雷诺数下的NACA0012翼型绕流进行了数值模拟,对五个不同位置的边界层速度型与基于有限体积法的CFL3D程序的结果进行了比较.结果表明,两种方法的计算结果一致.改进后的Lattice-Boltzmann方法适用于曲边边界,非均匀网格,同时对计算速度影响不大.Lattice-Boltzmann方法计算较简单,因而用LB方法来模拟翼型绕流是一种新的选择,并可应用于更复杂的低雷诺数流动中.     

MPEG4视频压缩算法在DSP平台中的运行

阐述了MPEG4算法在Philips Trimedia1301高速数字信号处理器(DSP)上的运行情况;给出了实验结果以及与其他视频流压缩效果的比较。实验结果表明,MPEG4算法在通信领域中具有的良好的应用前景。     

基于点云数据的发动机管路最小间距计算方案

为检测整机发动机管路是否满足最小间距的设计要求,提出了一种基于点云数据的发动机管路最小间距计算方案,方案包含5个步骤:①从点云数据中划分出不同管路的数据;②基于管路点云数据的空间分布构造等间隔栅格,计算栅格中心点作为管路的趋势线数据;③在管路各趋势线数据点位置上构造垂直平面,将管路点云数据投影到最近的垂直平面上,获得各个垂直平面上呈圆弧状分布的投影点数据;④对各垂直平面上的投影点数据进行最小二乘圆拟合,得到拟合圆圆心及其半径值,将拟合圆圆心作为管路中心线数据;⑤采用遍历法计算两条管路中心线数据的最小间距,中心线最小间距分别减去两条管路的半径值则得到两条管路的表面最小间距。通过12条管路验证了方案的准确度。实验结果表明:管路最小间距偏差在-0.35~0.46mm之间,管路半径偏差在-0.08~0.22mm之间。该方案的实施有助于管路间距数字化检测的实现,且方案的计算结果具有较好的鲁棒性。      

基于流场/声爆耦合伴随方程的超声速公务机声爆优化

基于自主研发的大规模并行结构化网格CFD求解器PMB3D以及并行化伴随方程求解器PADJ3D，开展了流场/声爆伴随方程的求解研究。首先采用标准算例，对内部CFD代码PMB3D软件和声爆预测代码进行了声爆计算可信度验证，以及声爆强度对近场声压梯度的校核。针对并行环境下多块对接网格的近场声压提取操作的复杂性，提出了"包围盒"的方法实现并行环境下近场声压装配单元编号、网格块编号以及对应的进程编号确定，基于声爆计算坐标将并行传递的数据进行一维排序，为声爆预测、伴随方程以及梯度求解提供输入条件。通过线性插值雅克比矩阵实现均匀坐标系梯度信息向非均匀坐标转换，并进一步根据结构化网格特征提出了插值原则，简化了近场声压转换雅克比矩阵的变分。通过装配单元记录，实现声爆强度对流场守恒变量的变分结果向各个进程装配，将装配结果作为流场伴随方程的右端项实现流场声爆耦合伴随方程的求解。此外，对小型超声速公务机开展了声爆优化，对比分析了设计前后的声压及其频谱特性。     

Parameters for evaluating the efficiency of inlet compression

The efficiency parameters are studied in this paper for evaluating the compression quality of the inlets with different compression degrees and assessing different design methods. Self-consistency is proposed for the efficiency parameters, based on two mathematically derived efficiency parameters, entropy rise coefficient and compression quality efficiency. Two efficiency parameters are then examined for equal intensity shocks system to show their capabilities in characterizing the quality of compression system with different compression degrees, and representing the average compression efficiency of the entire inlet. And the process efficiency and compression quality efficiency are compared in the Mollier diagram to afford a clear understanding of their difference in evaluating the overall and the local compression efficiency.     

几种超声速非常规压缩系统的研究

根据斜激波和膨胀波理论,数值计算得到给定非常规压缩型面所形成的弯曲激波型面和壁面静压分布,同Fluent计算结果进行比较。应用Fluent软件,计算了等压力梯度设计非常规曲面压缩二元进气道、常规等熵压缩二元进气道和三楔压缩二元进气道设计点性能。研究结果表明:数值计算得到的弯曲激波型面与Fluent计算结果吻合较好。等压力梯度设计的非常规压缩型面壁面静压均匀上升,有利于防止壁面附面层分离;其压缩面长度比等熵压缩面缩短21.6%,减轻了进气道的重量。