新一代并行处理星载计算机技术研究

为提高卫星的整体性能，对并行处理技术在集中式控制体系结构卫星平台的关键部件——星载计算机中的应用进行了研究。所设计的星载计算机采用了总线仲裁和故障隔离技术，并具有图像处理等复杂功能。通过并行双CPU资源的冗余重构设计，可保证在某个CPU发生故障后实现星戴计算机的降级使用，提高了星载计算机的可靠性，并给出了监控软件的流程。最后，采用离散傅里叶变换(DFT)运算，对设计的计算机的并行处理能力进行了预估。     

星上计算机几种离散化算法的比较

本文陈述并比较了连续时间系统的各种时间-离散化方法,认为阶跃响应不变(或零阶保持器)法比较适于工程实际应用.对分子分母均为二阶连续系统,分母阻尼系数D_2大于1.0、小于1.0或等于1.0这三种情况分别给出了用阶跃响应不变的时间-离散化法得到的差分方程和状态空间方程各项系数的解析计算式.讨论了差分方程形式和状态空间方程形式的等价性问题.最后说明了一个带有液体晃动和太阳帆板挠性特性的三轴稳定卫星姿态控制器是相当复杂的,星上计算机的工作量也是相当大的,因此要防止计算机出现计算饱和问题并同时注意到截断误差问题.     

空间环境探测卫星用磁强计误差分析及在线标定

用于探测日地空间磁环境的磁强计多数安装在伸杆的末端,长期受太阳辐射等空间环境干扰力矩以及机动等影响,磁强计安装矩阵随时间发生较大的变化,从而导致卫星定姿精度下降。为此,在分析空间环境干扰力矩和磁强计定姿误差特性的基础上,建立了19维高精度的磁强计误差模型,结合卫星的运动学和姿态动力学特性,采用EKF滤波方法对安装矩阵进行实时估计与修正补偿,并利用该磁强计模型实现卫星的姿态确定,最后利用实验进行验证。实验结果表明,该方法能够在满足星载计算机的计算量要求的同时,在线估计安装矩阵误差,显著提高了磁强计的误差估计精度与定姿精度。     

星上系统时间算法研究

针对星上缺乏系统时间会出现钟差整体漂移的问题,本文提出两种新的钟速初值预报方法建立集中处理模式下星上系统时间算法：用每颗星第1天的前两历元的钟差预测钟速初值和用每颗星每天的前两历元钟差预测钟速初值。仿真结果表明,算法合理,两种方法得到的自主系统时间与国际全球导航卫星系统服务时间(IGST)相比,60天的偏移程度均在100 ns以内,用每颗星第1天的前两历元的钟差预测钟速初值建立的系统时间稳定性更好。     

A Parallel Adaptive 3D MHD Scheme for Modeling Coronal and Solar Wind Plasma Flows

A parallel adaptive mesh refinement (AMR) scheme is described for solving the governing equations of ideal magnetohydrodynamics (MHD) in three space dimensions. This solution algorithm makes use of modern finite-volume numerical methodology to provide a combination of high solution accuracy and computational robustness. Efficient and scalable implementations of the method have been developed for massively parallel computer architectures and high performance achieved. Numerical results are discussed for a simplified model of the initiation and evolution of coronal mass ejections (CMEs) in the inner heliosphere. The results demonstrate the potential of this numerical tool for enhancing our understanding of coronal and solar wind plasma processes. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

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。     

网格计算在工业过程控制中的应用前景

网格计算是一种新兴的解决大规模复杂问题的应用技术,充分利用现有资源提供高性能的计算能力。现在的生产过程越来越向大规模复杂化方向发展,过程控制需要新的控制模型和控制方法来解决这些问题。但现有的计算能力无疑又限制了控制技术的应用,将高性能的网格计算运用到过程控制当中可以提高控制模型和控制算法的计算速度,也将大大提高其控制品质和应用范围。     

利用存储过程实现简单分布式计算的方法

传统的高性能计算中间件几乎都是建立在操作系统层级之上为用户提供高性能计算和资源共享,普通用户一般很难掌握和使用。作者提出了一种建立在数据库管理系统层级之上使用存储过程完成简单分布式计算的方法,即各节点计算过程相对独立,无需频繁的消息传递,并以蒙特卡罗法计算圆周率为例说明了计算方法的设计和实现。实验结果表明该方法容易掌握、易于实现,计算效率较高,具有较高的使用和推广价值,是一种新的高性能计算方法。     

低马赫数流动数值模拟方法的研究

在文献[1，2]提出的一种低马赫数流动数值模拟新方法的基础上，本文作者进一步优化了算法，确定了该方法适用的马赫数范围，讨论了参数σ对计算的影响。大量的定常／非定常、低雷诺数流动的计算结果表明这种方法具有计算精度高、收敛速度快以及计算花销小的特点。     

A novel satellite image encryption algorithm based on hyperchaotic systems and Josephus problem

With the rapid growth of the number of Earth observation satellite (EOS) supporting critical applications, it is required to improve the security techniques to protect the sensitive data and images during the transmission between the satellites and the ground stations. This paper introduces a new satellite image encryption algorithm based on the Linear Feedback Shift Register (LFSR) generator, SHA 512 hash function, hyperchaotic systems, and Josephus problem. LFSR generates a matrix that is used to construct the 512-bits value of the hash function. These bits are used to set the initial values and parameters of the proposed encryption algorithm. Firstly, the six dimensions (6-D) hyperchaotic system is divided into three parts, where every two equations are considered as one part. Secondly, the 1-D hyperchaotic logistic-tent system is considered as the controller to select one part. The selected part is used to generate a matrix that is XORed with the original image. Thirdly, the scrambling operation by Josephus sequences is applied to the output of the previous step by scrambling the rows and the columns according to the selected part to produce the pre-encrypted image. Finally, if the number of iterations is less than the required number which is considered as a parameter of the secret key, the previous operations will be repeated in the pre-encrypted image; otherwise, the pre-encrypted image is considered as the final cipher image. Experimental and analyses results show that the proposed algorithm has good performance in terms of high level of security, large enough key-space, tolerance to Single Event Upsets (SEU) as well as low time complexity.