基于可压缩格子Boltzmann方法的高可扩展并行算法研究

Lattice Boltzmann Methods(LBM)是近年来发展的求解流体问题的计算新方法,该方法具有编程相对简单,并行计算效率高的特点,但是现有的D2Q9 LBM模型只能计算速度在0.3马赫下的不可压缩流体,提出的新的LBM模型可以处理速度0.7马赫以下的流体问题,并且具有较好的数值稳定性,对计算程序并行性能深入研究的基础上,提出了基于cache的性能优化,经过程序性能测试证明该方法具有较好并行计算效率,并具有很好的可扩展性.     

微型飞行器研究用极低速风洞的特点

用于微型飞行器气动特性研究用的极低速风洞在国外公开发表的资料很少见到.因此在总体设计、气动计算与结构设计中均遇到许多新问题.在缺少资料以及实际设计与使用经验的情况下,经过多方案比较、详细的气动计算、调查研究和实机测试,按照设计技术要求研制成功了试验段直径为φ100mm,风速可以从1m/s无级调速到13m/s的微型飞行器研究用极低速开口自由射流风洞.其流场可用区域大,流速可调范围宽,而且可以无级调速.给出了总体方案的选择、部件气动计算的结果、风洞气动轮廓图以及流场测量数据.     

虚拟化技术在航空计算领域的应用

虚拟化技术在资源分配、应用移植和隔离等方面有着巨大优势,为了满足航空计算领域对综合化、智能化的需求,以及机载嵌入式系统对实时性、功耗和体积等方面的制约,开展虚拟化技术在航空计算领域的应用研究。首先介绍虚拟化技术的基本原理,对比虚拟机和容器的主要特点;其次分析虚拟化技术应用的三个例子,虚拟化操作系统在多核处理器上的应用、混合容器计算架构和DevOps软件持续交付过程;最后提出两种应用构想,机载软件DevOps综合开发环境和多核高性能计算单元,对虚拟化技术在航空计算领域的应用提出技术思路,并给出基础设计架构。结果表明：虚拟化技术应用于航空计算领域能够提高航空电子系统的模块化和综合化水平,基础设计架构能够充分利用机载计算资源、提高计算效率。     

磁云边界层与间断的观测研究

利用WIND飞船的磁场和等离子体观测数据,分析了1995年2月至2003年8月之间82个磁云中的边界层事件.我们认为(1)磁云边界层中方向间断DD(Directional Discontinuity)类型中RD(Rotational Discontinuity),TD(Tangential Discontinuity),ED(Either Discontinuity),ND(NeitherDiscontinuity)的分布为37:18:44:1(%),与背景太阳风中的分布51:12:35:2(%)不同;主要区别在于RD与TD的比例变化. (2)磁云边界层的内外边界切向间断的比例很高,占总数的20%,而且两侧的密度和温度平均相对变化分别为|△N/N|=0.24和|△T/T|=0.19,大于边界层内部的平均值,显示了更多的切向间断特征;此外,磁云边界层中方向间断的出现频次约为太阳风中的1.87倍. (3)磁云边界层中方向间断的法向分布在θ-φ平面中不是随机分布,而是以θ=-24.90°,φ=217.49°为几何中心,主要是指向远离太阳的方向,而不是简单的各向同性分布.初步结果表明,间断是磁云边界层中的重要结构,它有着不同于背景太阳风间断类型比,为诊断磁云边界层的形成机理提供了依据.     

行星际磁云边界层中的电子分布函数特征

基于WIND 飞船观测的1995---2006 年间的磁云事件, 研究了磁云边界层中电子的流动图样, 以及电子速度分布函数的特点与电子加热和加速的关系, 得出以下结果. ①磁云边界层中存在的电子流动图样, 包括各向同性、双向流动和单向流动等. ② 相比于背景太阳风和磁云本体, 通常情况下磁云边界层中电子分布函数的核心热电子成分 (E<60eV) 增多, 超热电子成分 (E>60eV) 在沿磁场垂直方向上增多, 而在沿磁场平行或反平行方向以单方向增加为主, 此外, 还在近1/10 的磁云边界层中观测到了高能电子的明显增多. ③对比研究了磁云边界层与磁云驱动的激波对电子速度分布函数的调制作用, 经过激波, 电子分布函数的超热电子成分在各方向上都有增加, 不同于磁云边界层中在沿磁场平行或反平行方向上超热电子成分以单方向增加为主, 表明二者有不同的形成机制. ④考察了磁云边界层中的波活动增强和电子分布函数及离子流量增加的对应关系. 上述观测和对比分析进一步表明了磁云边界层是一种重要的动力学结构, 磁重联是一种可能的形成机制.     

基于GPU的电磁计算与SAR回波仿真加速方法研究

电磁计算与SAR（Synthetic aperture Radar,合成孔径雷达）回波仿真算法在雷达系统设计、雷达算法验证与目标自动识别算法研究等方面起着重要的作用,针对传统的电磁计算与SAR回波仿真算法耗时过长的问题,本文提出了一种基于GPU（Graphic Processing Unit,图形处理器）的电磁计算与SAR回波仿真全流程加速方法。首先,将传统算法中的三个核心计算部分——射线跟踪、电磁计算与SAR回波仿真进行多线程划分,然后利用GPU通用计算平台,并行处理所有线程单元,加快仿真速度。最后,实验结果表明：该方法相对于单核CPU计算的加速比达到450左右,相对于10核心CPU计算的加速比达到50左右。该方法在保证生成数据与传统算法一致的前提下,实现了良好的加速效果。     

磁云边界层中的复合重联喷流观测分析

太阳风中的磁场重联通常与行星际日冕物质抛射有关.本文分析了1995年10月18日WIND飞船观测到的一例磁云前边界层中的复合重联喷流事件.该复合排空区由相邻两个不同方向的喷流构成,这两个喷流分别经过Walén关系的证认,符合行星际磁场重联排空区等离子体喷流的特征.结果表明,在磁云前端可能存在众多重联点,从而将磁云本体的磁场剥离,形成比单一重联喷流区更复杂的三维边界层结构.磁云边界层中可能发生多点多次重联,从而不表现出单点重联的排空区特征,这可能是行星际磁场重联排空区较少在ICME前端被观测到的原因之一.     

基于边缘计算和VPRS的火箭设备单机双层判读与实时诊断

为提高参数自动判读的效率，增强设备单机状态诊断的时效性和准确性，提出一种基于边缘计算和变精度粗糙集(VPRS)的运载火箭设备单机双层判读与实时诊断方法。首先构建了边缘层-判读服务器层的双层判读架构。然后，基于边缘计算技术设计了边缘层判读方法，对参数原始数据进行阈值判断与数据筛选。随后，在判读服务器层，定义AIPL(AutoIP Language)判据描述语言设计高阶判据并进行高阶判读；基于VPRS建立了实时诊断模型，对设备单机的历史数据进行约简，挖掘出了简化后的状态诊断规则。最后，以XX火箭设备单机遥测数据自动判读系统升级改造为例，验证了所提方法的可行性与有效性。     

Data processing center of RadioAstron space VLBI project

In this paper, questions on development, implementation, and operation of RadioAstron project Data Processing Center (DPC) are reviewed. The main components of the dedicated DPC are the computer complex with 1 TFlops/s performance, storage with memory capacity of approximately 10 PB, the network infrastructure, and the corresponding communication channels. Performance enhancement methods and resolution of information storage, archiving, and process problems of space VLBI high-speed digital data flows are analyzed. It is shown that successful operation of DPC is mainly provided by optimal organization of computer system structure, storage, and networking transmission. Some of the important key features of RadioAstron project DPC and its comparative differences from the standard VLBI procedures are considered.     

Using parallel computing for the display and simulation of the space debris environment

Parallelism is becoming the leading paradigm in today’s computer architectures. In order to take full advantage of this development, new algorithms have to be specifically designed for parallel execution while many old ones have to be upgraded accordingly. One field in which parallel computing has been firmly established for many years is computer graphics. Calculating and displaying three-dimensional computer generated imagery in real time requires complex numerical operations to be performed at high speed on a large number of objects. Since most of these objects can be processed independently, parallel computing is applicable in this field. Modern graphics processing units (GPUs) have become capable of performing millions of matrix and vector operations per second on multiple objects simultaneously.