【邀请论文】美国2021财年国防高科技预算提案解析

美国总统特朗普向国会提交的2021财年总统预算提案中，包含美国国防预算7054亿美元。2021财年美国国防预算聚焦未来高端作战需求，其中国防研发预算提案1066亿美元，主要用于关键新兴科技和先进能力赋能器的研究和发展，成为有史以来最大规模的研发预算。本文系统梳理了2021财年美国国防预算提案的总体情况，并对该提案中涉及科学技术部分的预算进行了分析，在此基础上，解析了人工智能、自主系统、高超声速、5G与量子通信、太空、生物技术与网络安全等重点领域的具体预算。综合美国对重点新兴科技领域大力投资的预算行为，可以看出美国正在进行重点先进技术的多样化融合，实现其军事技术能力的跳跃式提升。面对美国高强度的国防高科技预算提案，中国应做足准备做到“知己知彼”。     

基于DDS舰载火控系统通信

针对舰载火控系统通信需求，提出基于DDS的舰载火控体系结构，实现了系统松耦合，同时满足了实时性要求。通过发布订阅服务的设计，基于默认QoS策略，分别使用内置数据类型和自定义数据类型实现舰载火控系统的发布订阅功能。通过可靠性QoS策略的配置分析其对系统实时性和可靠性的影响。测试结果表明，DDS在舰载火控系统中有广阔的应用前景。     

GSVM:一种支持Gather/Scatter的向量存储器

宽单指令多数据流(Single Instruction Multiple Data, SIMD)架构数字信号处理器一般都能高效支持地址连续或等距跨步等规则应用的向量访存,但对于科学与工程计算中广泛存在的不规则应用的数据访存则带宽利用率往往较低,从而大幅降低了其整体运算能效。为了提高不规则应用的向量访存性能,基于某SIMD数字信号处理器的体系结构,设计了一种支持Gather/Scatter访存的向量存储器GSVM。通过设计与SIMD宽度相匹配的向量地址计算单元和合适深度的冲突缓冲器阵列,实现了Gather/Scatter指令向量地址计算、仲裁与缓存的全流水访存操作。实验结果表明,相比以前不支持Gather/Scatter访存的存储器,GSVM在增加22%的硬件代价基础上,基于稀疏矩阵向量乘的测试程序集获得了2～8的性能加速比。     

面向大规模集群的并行I/O用户层配置优化策略

影响应用I/O性能的关键因素主要有三个层次:包括应用的I/O接口实现、体系结构和文件系统组件的性能以及应用的I/O参数配置。从应用I/O配置优化的视角,分析了大规模集群并行I/O的配置调优空间,在此基础上,给出了一套大规模集群并行I/O性能特征测试分析方法。基于该方法,在某国产超级计算集群上开展了一系列I/O测试分析来刻画系统的I/O性能特征,进而指导并行应用程序的I/O配置优化。基于优化后的配置参数,在两类典型的并行I/O场景中,针对某类生产应用程序,8192进程下的重启动数据写操作时间下降了15%,4096核的程序作业加载时间从10 min缩短到了5 s。     

基于多指标相似性的T/R组件剩余寿命融合预测方法

为实现对T/R组件剩余寿命的准确预测，及时掌握装备当前健康状态和提高装备维修保障水平，分析T/R组件的故障特点，筛选出反映T/R组件状态退化过程的状态监测指标，通过计算每个指标对应的剩余寿命信息和权重，得到T/R组件的剩余寿命预测结果。通过算例分析与比较，验证了预测方法的实用性与有效性。研究结果可为电子装备剩余寿命预测提供理论指导，对合理计划维修资源和提高装备战斗力具有重要意义。     

微纳卫星姿态确定与控制半实物仿真系统设计

航天器姿态控制系统需要特殊的运行环境,在地面很难考核,这给系统可靠性带来一定的风险。针对微纳卫星的特点,设计并研制了一套面向微纳卫星的姿态确定与控制半实物仿真系统。该系统通过数字化模型模拟卫星姿态轨道运动、敏感器模型产生敏感器测量数据、执行器模型生成控制力矩、敏感器模拟器实现通信协议,最终实现姿态控制系统的全系统仿真。这套系统可以接入卫星控制系统回路,实现对姿控系统软件、硬件的考核,同时验证算法的性能。基于该系统,对天拓三号卫星姿控系统进行地面半实物仿真,并对比在轨试验数据,结果表明系统设计合理,仿真结果可信。     

信息/求解 Petri 网系统

绝大多数 Petri 网在变迁发生后前集库所会失去标记,不便于表达一个条件一旦具备将永远具备的情形.针对该问题,基于0-1标识与变迁发生后其前集不失去标记的思想,提出了信息/求解扩展 Petri 网系统(I/S系统).给出了I/S系统的相关定义、部分基本性质、矩阵表示、求解发生权向量的求法和状态方程.最后,给出了以I/S系统表示的几种常见滑模变结构控制策略的设计过程,该例显示了I/S系统的模型表达能力.     

低速冲击下玻璃钢/钢复合结构损伤特性实验研究

考虑基体材料的不同增韧特性,针对两种不同的玻纤织物增强复合材料/钢复合结构进行低速冲击实验,采用超声波探伤仪对玻璃钢损伤区域进行了探测.结果表明,采用增韧基体的玻璃钢/钢复合结构在低速冲击下玻璃钢层的抗冲击能力更强,相同能量冲击下的损伤面积更小;损伤面积近似呈正方形分布,正方形对角线与纤维方向一致.     

轴角编码器中的叠加三角波技术研究

针对基于DSP的轴角编码器,运用叠加三角波理论提高A/D转换的分辨率。介绍叠加三角波理论,并结合基于DSP的轴角编码器,对三角波信号的参数设置进行研究,从而有效的提高A/D转换的分辨率。利用叠加三角波法加适当的外围电路,与外接高分辨率的ADC芯片相比,具有更高的性价比,较好的满足轴角编码器对A/D转换的需求。     

捷联惯导+G/G接收机+星光组合导航应用研究

提出了适用于高空导弹的以捷联惯导为主,G/G接收机、星光导航为辅的组合导航方式,对组合方式进行了讨论,并给出了捷联惯导+G/G接收机+星光组合导航的原理图。