AOS自适应帧长传输算法研究

以自适应帧长传输的高级在轨系统(AOS)为对象,从提高系统吞吐量出发,对包信道复用、虚拟信道(VC)复用及帧同步技术进行研究并提出相关的算法。包信道和VC复用算法可有效解决传统固定长度帧的生成与传输问题,降低复用时延,提高复用效率;帧同步算法则解决已有算法受帧长度标识误码影响较严重的问题,提升帧同步性能和数据处理可靠性。在分析、推导并仿真各算法性能公式和参数的基础上,对系统吞吐量性能进行仿真比较。结果表明,新算法能够很好地适应AOS自适应帧长系统,保证系统高吞吐量性能。     

面向流场计算的 PVM 并行程序设计研究

针对流场计算的特点,提出了分布共享变量思想和异-同步并行算法,采用SPMD的编程模式在并行虚拟机（PVM）上初步实现了流场并行计算。     

雷达散射截面并行计算中的MPI实现技术研究

基于MPI（Message Passing Interface）并行计算平台,开发了高效的并行多层快速多极子算法程序,可用于飞行器等目标RCS计算分析。为提高通信效率、增加程序的鲁棒性,提出了优化的通信措施,分析了点对点通信、阻塞通信、非阻塞通信的使用优缺点,针对RCS计算,组建了完整的通信方法,从而有效防止死锁的发生。算例证明,程序能胜任于电大尺寸的RCS散射计算,具有较高的精确度。     

VMIC实时网络在导弹半实物仿真中的应用

实时通信技术和同步算法是半实物仿真系统的关键技术。本文针对某型导弹半实物仿真系统强实时性的设计需求,选择VMIC反射内存卡来搭建仿真系统通信网络平台。采用基于VMIC虚拟共享内存软件中间件的设计方法,提出服务器、客户机和监听机3种工作模式,完成了整个实时网络通信程序的开发,解决了实时通信和时钟同步问题。平台仿真结果表明,该半实物仿真系统具有很好的实时性,仿真周期内没有出现数据错帧和丢帧现象,保证了系统数据通信的同步,对导弹武器系统研制具有重要的应用价值。     

流场计算程序并行化方法的研究

利用“流场分区”的方法把流场计算程序并行化,并成功地在Transputer并行计算机上运行,并行效率可达到80％。介绍了流场划分、并行编程以及提高并行效率的方法。     

一种基于L-DACS1系统上行链路帧同步方法

针对未来民航空地宽带通信系统,国际民航组织(ICAO)推荐了一种由德国宇航局研究中心起草的运作于L波段的航空数字通信系统1(L-DACS1)方案。但是,当前运行于该波段的无线电导航设备会对L-DACS1系统产生剧烈干扰,对同步系统的影响尤为显著。文章提出了一种新颖的针对该系统上行链路的帧同步方法,在测距仪强烈干扰的航空高速移动环境下能实现准确、快速、高效的帧同步。     

非结构网格上Euler方程的区域分裂算法及并行计算

改进了“波阵面”区域分裂算法,并应用于流场区域的划分;对于子区域边界的不光滑现象,为尽量减少通讯消耗,提出了一种边界并行优化策略。利用PVM并行环境,探讨了非结构网格上求解Euler方程的分区并行算法。根据改进的区域分裂算法及优化策略,运用Jameson有限体积法,对二维翼型流场进行了分区并行求解,多区计算的结果与单区计算的结果作了比较,表明了本文研究方法的有效性。     

宽带数据链路中的帧同步技术研究

文中对宽带数据链路中的帧同步技术进行了研究。采用QPSK调制解调时,数据帧中同步字采用两个重复的符号长度为16的恒幅零自相关(CAZAC)复序列,通过检测两个CAZAC同步字来确认系统处于失步或同步状态。分析结果表明,基于本文给出的同步字的数据帧格式在进行帧同步检测时,在引入帧同步校核系数(α=2)和帧同步保护系数(β=8)后,平均同步捕获时间很短;且一旦系统处于同步状态,其发生失步的概率极小。     

帧差法和Mean shift算法融合的高速无人机目标跟踪

为实时跟踪高速飞行无人机,图像跟踪算法必须满足快速性和准确性要求。文章给出一个融合算法,将帧差法和 Mean shift算法的优势结合起来。2个算法平行运行,差帧法实现快速跟踪,Mean shift算法则用于对帧差法结果进行准确度修正。还利用 Kalman滤波技术对计算周期内的无人机运动位移进行补偿,进一步提高实时跟踪的准确性,并给出 Matlab仿真例子验证本文方法的有效性。     

非结构混合网格自适应并行技术

计算流体力学（CFD）模拟实际工程问题所采用的网格规模可达千万量级，并行技术是减少计算时间的有效方法。耦合流场信息的网格自适应技术能有效动态优化计算网格，被NASA视为一项亟待发展的CFD关键技术。混合网格自适应系统包含网格分布优化、表面网格投影和空间网格匹配等关键技术。针对以上3项关键技术分别建立了高效的并行算法。首先，提出了"先唯一后同一"的两步法策略实现了网格单元分布优化过程的并行相容性；其次，基于局部曲面拟合思想，实现了曲面重构和新增物理网格点投影的完全并行；再次，提出了空间网格匹配技术的半并行算法，快速解决了网格单元交错问题。为了提高后续流场计算的并行效率，发展了基于并行重分区-网格数据迁移方法的动态负载平衡技术，并采用圆柱激波流场自适应模拟对动态负载平衡技术进行初步验证。最后，采用三角翼自适应加密测试了自适应系统的并行效率。结果表明，建立的混合网格自适应系统并行效率较高，且相比流场求解耗费总时间的比例低于1%。     

跨、超音速流动的区域分解方法与并行算法

研究二维跨、超音速无粘性流动的 Euler方程区域分解方法、并行算法及其应用。通过内边界耦合条件实现相邻子区域解的光滑过渡,以得到总体流场的数值解。发展了一种多块区域之间守恒型的有效内边界耦合方法,对二维翼型跨音速流动和钝头体超音速流动等进行了分区数值求解,分区计算结果与其他单区计算结果作了比较,并讨论了多种区域分解数目的分区计算效率。并行计算采用纯结点并行编程方式和“先进先出”的同步控制等待机制,利用 PVM并行环境对二维绕翼型跨音速流动做了二区和四区分区并行计算。     

斜爆轰波并行数值模拟的化学加速算法性能研究

考虑基元反应条件下的爆轰波精细结构的数值模拟计算量巨大,发展高精度和高效率的计算方法十分必要。本文以Ma马赫数为7的H2/O2/N2预混气来流形成的斜爆轰波为数值模拟对象,研究了一种基于并行计算架构的用于加速化学反应计算的建表算法的计算性能,考察了不同建表策略和不同并行分区数量对算法性能的影响。研究结果显示,本文采用的建表算法能够很好地再现斜爆轰结构,其计算精度不受建表策略和并行计算分区数量的影响；而算法的计算效率则取决于不同分区对应的数据表之间操作的同步性,其中,数据表中节点数据的取回率和数据表设定的尺寸上限都会影响数据表操作的同步性。本文采用的TP和PLP两种建表策略的计算结果表明,TP策略数据表中节点取回率高于PLP策略,故计算效率更高；而计算分区数量越少,则分区对应的数据表尺寸上限越大,数据表的同步性就越好,计算效率也越高。上述研究为发展适于气相斜爆轰波数值模拟的高保真和高效率的计算方法提供了有益参考。     

基于图剖分的多块结构网格负载平衡方法

负载平衡是影响并行计算性能的重要因素。针对多块结构网格,给出了一种改进的多层次图剖分负载平衡方法。该方法设计了新的网格剖分算法,采用改进的子块分裂方法与图剖分算法的循环调用实现结构对接网格剖分,并通过建立不同物体重叠网格间的连接关系,实现了结构重叠网格的负载平衡。采用2个典型算例对方法进行了对比验证,数值结果表明,子块分裂方法对剖分结果具有重要影响,采用循环调用算法及改进的子块分裂方法能有效地实现计算负载均衡及通信量优化,同时显著减少了网格块数及因虚网格导致的内存需求,有利于提高并行效率。该负载平衡方法与网格拓扑无关,适用于多块结构对接网格及重叠网格,且整体型剖分方式对于多块结构重叠网格具有更好的剖分效果。     

Frame Synchronization in the Presence of Errors and Erasures

An approach to the problem of achieving frame synchronization in the presence of jamming or other large disturbances is presented. It is assumed that the disturbance can be detected at the receiver, which then erases the corresponding bits and passes this information to the synchronizer. A synchronization algorithm designed to operate in the presence of both erasures and background errors is described and evaluated for a representative set of system parameters. This algorithm is shown to have a significant advantage over an algorithm which does not use the location information inherent in the erasure model.     

有限平板绕流Monte—Carlo方法仿真

本文采用直接仿真Monte-Carlo方法求解有限长平板绕流等问题。本方法是通过计算机跟踪仿真分子的运动来实现数值模拟的。仿真分子间的碰撞计算由统计抽样确定。碰撞模型分别选用了硬球分子模型和负幂律分子模型。仿真分子与固壁作用采用由完全扩散反射和镜面反射按比例混合组成的模型。为了检验方法的可靠性,还计算了激波结构和Rayleigh问题等一维流动,二维计算采用同步并行程序。数值结果表明直接仿真Monte-Carlo方法能够较好地模拟稀薄气体力学中的一些问题。对于二维计算,所花费的机时和所需的内存均在国内机器所允许的范围内。     

跨流域高超声速绕流Boltzmann模型方程并行算法

通过对Boltzmann方程碰撞积分进行模型化处理,提出了统一描述各流域复杂高超声速流动输运现象的气体分子速度分布函数控制方程,使用离散速度坐标法对分布函数方程所依赖的速度空间离散降维,构造出直接求解分子速度分布函数的气体动理论耦合迭代数值格式,研制了复杂飞行器高超声速绕流气动热力学计算模型。基于对气体动理论数值计算方法内在并行性、变量依赖关系、数据通信与并行可扩展性的分析研究,使用区域分解并行化方法提出了新型的气体动理论数值算法并行方案;研究了数据的并行分布与并行执行特征,开展了大规模的并行化程序设计,构造了可稳定运行于成千上万CPU的高性能并行算法,用以模拟各流域复杂飞行器的高超声速绕流问题。以稀薄流到连续流环境下不同Knudsen数、不同马赫数的可重复使用类球锥卫星体及翼身组合复杂飞行器等气动力、热绕流问题为研究对象展开大规模并行计算,并进行算法验证,所得计算结果与理论分析、直接模拟蒙特卡罗方法(DSMC)的模拟值及有关实验数据吻合较好,揭示了飞行器跨流域高超声速下的复杂流动机理与变化规律,提供了一条能够可靠模拟高超声速飞行器跨流域气动力及热问题的统一的算法应用研究途径。     

跨流域三维复杂绕流问题的气体运动论并行计算

通过研究求解描述跨流域三维绕流问题的Boltzmann模型方程气体运动论耦合迭代数值格式,分析气体运动论数值计算方法的内在并行性;从变量依赖关系、数据通信与并行可扩展性三方面开展基于离散速度空间区域分解计算的研究,发展求解稀薄流到连续流跨流域三维复杂绕流问题的并行算法。通过对不同Knudsen数、不同马赫数、不同攻角三维球体及返回舱绕流的并行计算,计算结果与实验数据和理论分析吻合较好。研究表明,该并行算法负载平衡和并行可扩展性较好,对不同并行计算机系统具有很好适应性,显示直接求解分子速度分布函数的气体运动论计算方法有良好的并行计算特性。     

CFD软件自动化验证确认云平台设计与实现

针对大型计算流体力学(CFD)软件的验证与确认,为了减少人工成本,提高软件质量和开发效率,并适应于未来高性能计算发展的要求,基于云计算思想,提出了自动化测试云平台的解决方案。该方案采用模块化的浏览器/服务器(B/S)网络架构;利用LAMP(Linux+Apache+MySQL+PHP/Python)开发工具;建立了持续集成的专业数据库;构建了涵盖可靠集群监控、复杂作业调度及大规模并行计算功能的云端环境;实现了通过便捷的网络访问,自动加载测试算例、提交集群计算、监测实时进度、自动化后处理、输出分析结果,并提供丰富的实验对比图、误差分析报表和汇总报告等;完成了对大型CFD软件的自动化验证与确认。将该方案应用于某大规模并行计算的CFD软件,验证了该解决方案的可行性与实用性。