无人机载MiniSAR实时成像处理GPU异步优化

合成孔径雷达(SAR)以其全天候、全天时的工作特性及其分辨率不随平台高度变化的成像特性，已成为航天遥感、目标检测领域重要的传感器之一。SAR算法复杂度往往与成像分辨率呈正相关，其中计算量问题成为雷达成像实时性的一大挑战。无人机载MiniSAR具有小型化、低功耗、灵活性强和隐蔽性强等优点，其小型化使设备计算能力受限，加剧了复杂度与分辨率之间的矛盾。图形处理单元(GPU)和多线程技术发展迅速，为无人机载MiniSAR实时成像提供了平台。本文根据实时处理机数据流和GPU异构系统的特点，提出了一种GPU异步优化方案，该方案可明显提高中央处理单元(CPU)与GPU之间的并行工作效率，节约大部分的数据存取开销。实验结果证明:GPU的成像效率是单CPU系统的12倍左右，在此基础上，使用GPU异步优化方案后效率可继续提升15%左右。本文提出的设计思路可显著缓解无人机载MiniSAR的实时成像计算压力。     

基于自适应KF动态虚拟陀螺数据融合算法的研究

微机电系统(MEMS)陀螺与光纤陀螺相比，传感器的精度较低。为了提高MEMS陀螺的精度，通过组合多个相同陀螺实现虚拟陀螺的功能，同时提高虚拟陀螺的静态和动态性能。通过分析陀螺的Allan方差，并考虑陀螺之间的相关性，建立陀螺的测量模型;使用自回归(AR)模型建立预测模型，对卡尔曼滤波(KF)算法进行优化;搭建多MEMS陀螺仪硬件平台，获取数据并实时计算，融合多陀螺数据输出最优估计值，使用高精度转台分别在静态和动态条件下测试滤波效果。实验结果表明:静态条件下虚拟陀螺误差的方差可降低为单个陀螺的1/94，动态条件下降低为单个陀螺的1/18。基于自适应KF的虚拟陀螺可以显著提高精度。     

SHAKING: Adjusted spherical harmonics adding KrigING method for near real-time ionospheric modeling with multi-GNSS observations

Precise positioning based on Global Navigation Satellite System (GNSS) technique requires high accuracy ionospheric total electron content (TEC) correction models to account for the ionospheric path delay errors. We present an adjusted Spherical Harmonics Adding KrigING method (SHAKING) approach for regional ionospheric vertical TEC (VTEC) modeling in real time. In the proposed SHAKING method, the VTEC information over the sparse observation data area is extrapolated by the Adjusted Spherical Harmonic (ASH) function, and the boundary distortion in regional VTEC modeling is corrected by the stochastic VTEC estimated using Kriging interpolation. Using real-time GPS, GLONASS and BDS-2/3 data streams of the Crust Movement Observation Network of China (CMONOC), the SHAKING-based regional ionospheric VTEC maps are re-constructed over China and its boundary regions. Compared to GNSS VTECs derived from the independent stations, the quality of SHAKING solution improves by 13–31% and 6–33% with respect to the ASH-only solution during high and low geomagnetic periods, respectively. Compared to the inverse distance weighting (IDW) generated result, significant quality improved of SHAKING-based VTEC maps is also observed, especially over the edge areas with an improvement of 60–80%. Overall, the proposed SHAKING method exhibits notable advantage over the existing regional VTEC modeling techniques, which can be used for regional TEC modeling and associated high-precision positioning applications.     

星载异构计算环境下的能耗优化任务调度

针对航空航天探测等要求高可靠性、强实时性、低功耗的尖端领域,基于新型的异构多核计算平台对全迁移策略的支持,提出了能耗优化的实时任务调度算法。算法主要分为2部分:负载分配和任务调度。负载分配确定每个任务在不同的处理器集群上工作量的分配比例,并对系统的能耗进行优化。任务调度在负载分配的基础上,采用时间片划分的思想对已分配的任务进行合理调度,保证每个任务都能满足系统约束条件。将此算法与现有的SA算法和Hetero-Split算法进行对比,实验结果显示:此算法比Hetero-Split算法在寻求可行性任务调度方案方面相当,但强于SA算法;在能耗比方面,此算法比Hetero-Split算法在系统总能耗方面有大幅度的降低,降低比率约为23%～24%。     

面向有效载荷的准实时在轨健康评估系统

卫星遥测数据通常有2种手段获得，一种是卫星经过地面测控站下传的实时遥测和延时遥测;另一种手段是通过数传分系统下传的全球遥测。全球遥测作为监视卫星载荷健康状态的主要手段，存在数据量大、文件数量较多、人工处理和判读工作量大等问题。针对该情况，提出准实时在轨健康监视系统的设计方案。该系统具备遥测源码定时获取、有效载荷遥测数据提取和解析、遥测数据存储、遥测数据自动判读和特征统计、超限报警、曲线显示和数据输出等功能，可对卫星有效载荷的健康状态进行准实时、自动化的监视和评估。