SpaceWire星载网络通信协议设计

SpaceWire是ESA和NASA推荐的新一代星载数据总线标准,其应用方向之一是构建统一总线星载网络。星载网络是典型的实时系统,它对网络信息的传输时延具有严格要求。然而,传统SpaceWire网络多源、异步、事件触发的特性使它难以提供确定的信息传输时延,这制约了它在统一总线星载网络中的应用。本文为克服SpaceWire的上述应用瓶颈,提出一种基于时间触发的SpaceWire星载网络通信协议,并提出相应的节点通信调度算法,通过合理的规划使节点在确定的时间窗口发送通信数据,从而避免了网络资源冲突,使信息传输时延的确定性得到保证。     

基于CAD二次开发的飞行器隐身性能计算方法

在飞行器同雷达对抗时的不同威胁情况下,分析了在雷达仰视照射下飞行器的隐身性能。通过绘制雷达仰角图,得到了目标飞行器在某典型雷达照射下的暴露与隐身区域,从而量化了目标飞行器的隐身性能。通过CATIA二次开发技术实现了CAD模型的便捷修改,为优化外形隐身特性提供支持。最后通过一个具体算例验证种方法的效果,并说明方法具有实用意义。     

面向集群环境的虚拟化GPU计算平台

针对集群系统的多节点多GPU环境,提出一种新型虚拟化GPU计算平台。该平台实现对集群系统所有节点上GPU资源的统一抽象与管理,构建公共GPU资源池。原有GPU应用程序可以不经任何修改而迁移到虚拟化GPU计算平台,并具备访问资源池内任何GPU的能力,编程人员无需显式针对多节点多GPU应用展开MPI编程。应用程序摆脱了单个节点上GPU资源的限制,并具备无差别地访问集群系统中任何可用GPU资源的能力,能有效提高系统总体资源利用率以及吞吐量。采用流水化通信技术,实现对虚拟化GPU计算平台的运行时开销以及节点间数据传输延迟的隐藏。实验表明:与非流水化通信相比,系统总体数据传输延迟降低了50%~70%,具备与节点机本地数据传输等同的通信性能。      

基于非结构网格有限差分法的扎染算法

应用有限差分法时遵循贴体坐标系下离散等价方程的离散准则,格式中仅用到当地网格点的坐标变换系数,据此可以构建新的非结构网格有限差分法,数值算例表明在空间二维情况下用连接离散点的3条网格线构造出来的一阶迎风格式可以稳定收敛。把这种非结构网格有限差分法推广到三维,在4条网格线基础上进行离散计算,然后提出一种局部区域多重网格、重复计算的新算法。首先在包含物体的整个区域采用直角坐标系下的均匀网格进行计算,然后消除物体内部点对物体外部流场区域的影响,最后在物面和直角网格之间很小的局部区域填补非结构网格进行计算,计算过程类似于中国传统的扎染工艺。处理流场内存在曲面物体边界问题时,相较于常规结构网格差分算法,扎染算法尽管在计算中包含需要特殊处理的无用网格点,也存在重复计算的局部区域,但是以这些计算能力的浪费为代价,换取了编程简便、内存量小、网格生成快捷、易于扩展网格规模等优势。定性分析表明,这种扎染算法非常适合研制大规模并行计算,建立的计算流体力学应用软件可以充分发挥数十万至百万处理器核心的超级计算机的效能。     

月面复杂地形表层采样可采点确定方法

表层采样是获取地外天体特性的重要手段,是目前原位探测与采样返回样品获取的重要方式。实施月球表层采样过程中,月面复杂地形将对大尺度采样器工作带来约束。结合一类大尺度表层采样器,分析了月面复杂地形的影响,提出了表层采样的可采样充分条件,构建了以可视区分区、分区延伸、局部平均法向量稀疏、基点包覆检测相结合的并行可采点确定方法。仿真结果表明,该方法可准确确定复杂地形下表层采样可采点,分区并行计算可有效提升可采点的确定效率。     

面向任务协同的云端融合计算架构研究

以有人机/无人机自组云为场景,研究了基于云数据中心、有人机和无人机任务协同的云端融合任务协同处理架构,在该架构中,有人机作为边缘计算处理节点,无人机作为端节点。通过分层设计,将基于无人机自组云的云端融合架构自顶往下划分为用户应用层、组件服务层、资源抽象层、操作系统层、物理资源层五个层级,并对各层级进行功能划分设计。最后通过典型实例仿真试验做了架构性验证。     

一种基于非面向对象语言的星载软件构件技术

为了进一步提高星载软件复用程度和解决航天器软件开发效率低下的问题,对星载软件特性和软件构件技术进行了分析和研究;对星载软件构件进行了定义,提出了一种基于非面向对象语言的、适用于星载软件开发和应用环境的星载软件构件模型。基于该模型开发的星载软件构件,具备独立性、完整性、可组装性和功能性。除此之外,对基于这种模型的星载软件构件设计、开发和使用方法进行了介绍,可以为采用非面向对象语言进行星载软件构件开发提供参考。在多个型号中对该技术展开实践,实践结果表明：提出的星载软件构件设计方法能够将星载软件开发效率提高2～5倍。     

基于GRECO的复杂目标多次散射RCS计算

复杂目标多次散射问题对于目标雷达散射截面(RCS,Radar Cross Section)的精确预估具有重要影响.以图形电磁计算(GRECO,Graphic Electromagnetic Lomputing)软件为平台,充分利用其可视化计算的特点,采用像素为基本计算单元,开发了一种多次散射计算方法.通过获取像素几何信息,搜索符合多次散射条件的像素对,并将高频计算方法中的几何光学和物理光学相结合,实现了对发生多次散射的复杂目标RCS可视化计算.应用AUTOCAD软件建立了角反射器和导弹模型,将最终计算结果与参考文献中计算结果进行对比,取得了较为理想的结果,证明了该方法具有很好的工程应用价值.     

基于动态负载平衡的sort-first绘制集群

对图形绘制集群中节点间负载不均衡问题提出了基于延期着色绘制的sort-first图形绘制集群.分析了延期着色中可见性检测、全局光照着色、局部光照着色3类算法的计算原理,用于预测不同阶段的绘制负载;将负载预测算法转换为场景绘制中的片段着色算法;借助图形处理器的并行处理能力,通过集中式的预着色计算,获得了屏幕空间内逐像素的绘制负载分布;基于预测的绘制负载分布,分配图形绘制集群中各个节点的绘制任务.根据实验结果,该系统可以实时预测并剖分绘制负载,精确的负载预测使系统获得高速、稳定的图形绘制性能.     

基于分布／并行计算框架求解多学科设计优化问题

计算框架是多学科设计优化研究的重要问题之一。首先,针对一种基于代理模型的二级优化方法,提出三种不同的分布／并行策略,并对这三种策略的优缺点进行分析。然后,选择其中一种分布／并行策略,以构造代理模型的过程为例,阐述该策略的实现过程。最后,以一个飞翼布局飞行器多学科设计优化问题为算例,在iSIGHT-FD／FIPERACS平台上建立一个分布／并行的多学科设计优化计算框架。应用算例表明,建立的分布／并行计算框架可以明显缩短多学科设计优化问题的求解时间。