变桨距四旋翼无人飞行器航迹跟踪控制

针对传统定桨距四旋翼无人飞行器定桨距机构限制的问题,提出一种变桨距电机旋翼系统。在电机旋翼系统动力学模型的基础上,根据最小二次型最优控制方法设计了变桨距电机旋翼系统控制律,基于牛顿-欧拉方程和四元数运动学,建立了四旋翼飞行器动力学模型,推导了桨距角分配矩阵,设计了航迹跟踪控制律。仿真结果验证了变桨距技术相对定桨距技术在控制响应方面的优势,证明了提出的控制方法能够实现对变桨距四旋翼飞行器的高精度航迹跟踪控制。     

无人机保距跟踪中的视觉跟踪算法研究

针对固定翼无人机对地面目标进行保距跟踪过程中不能稳定获取目标图像的问题,设计了一种提高视觉目标跟踪稳定性的算法。该算法基于核相关滤波算法,提出了线性旋转子空间的概念,用于估计平面外旋转后的目标图像,在跟踪的过程中通过跟踪效果判断是否对线性旋转子空间进行校正。这种更新机制提高了在相对位置不断变化的情况下视觉跟踪的稳定性和准确性,有效地降低了跟踪漂移的程度。算法在无人机跟踪视角的视觉跟踪数据集中进行了测试,结果显示在跟踪的准确性和鲁棒性上明显好于当前主流跟踪算法。并使用固定翼无人机进行了实机飞行,验证了算法的可行性。     

大型复合母排多端口电路仿真模型研究

针对阻感负载模型不能精确反映出吸收电容等缓冲器件对复合母排特性影响的问题,提出了复合母排多端口参数矩阵的建模方法。利用该复合母排多端口电路仿真模型,对并联器件的电流不均度以及吸收电容容值对功率器件过电压性能的影响进行了分析,仿真结果可指导复合母排优化设计及吸收电容的选型。通过对逆变器系统的仿真和试验,对比了中点电流的频谱,验证了复合母排多端口电路仿真模型的有效性。     

流水的浮点倒数近似值运算部件的设计与实现

在部分低精度浮点运算应用中,需要流水的浮点倒数近似值运算。本文基于SRT-4算法设计并实现了一种流水的浮点倒数近似值运算部件。该部件采用6级流水线结构,运算结果精度至少为8位有效尾数。为了支持对非规格化浮点数的硬件处理,还设计并实现了改进版,有利于进一步提高浮点倒数近似值运算的性能。改进版采用8级流水线结构,新增了源操作数预规格化和结果后规格化功能模块,可以实现对非规格化浮点数的硬件处理。经过逻辑综合评估,改进版的硬件开销是面积在合理范围内增加19.23%,且对时序没有明显影响,可以满足预期的1.6 GHz频率设计目标。     

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。     

面向大规模集群并行I/O的用户层配置优化策略研究

近年来,大规模并行场景下的I/O性能越来越受到应用科学家的关注。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。本文从应用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分钟缩短到了5s。本文提出的I/O配置调优空间及优化方法,可以推广应用到其它同类系统平台,对于大规模集群上的用户层并行I/O配置调优具有借鉴意义。     

圆周合成孔径雷达的快速时域成像算法

为实现圆周合成孔径雷达(Circular Synthetic Aperture Radar,CSAR)快速成像,提出一种用于CSAR的快速时域成像算法。该算法通过将CSAR的圆孔径分成若干子孔径,分别对子孔径采用快速因式分解后向投影算法处理,再将各子图像相干插值叠加至同一坐标系下得到成像结果。详细分析算法实现中的坐标转换、误差控制和运算效率等关键问题,并用点目标仿真和实测数据处理结果验证算法的有效性。所研究方法具有成像范围大、计算量小等优点。     

基于实际飞行数据插值的INS/GNSS组合导航仿真轨迹发生器

针对INS/GNSS组合导航仿真中,捷联惯导系统陀螺、加速度计信号高精度模拟问题,提出了基于实际飞行数据插值的动态轨迹解析生成仿真算法。对转换到地心惯性坐标系中的载体姿态、位置和重力场数据进行关于时间的样条函数插值,得到载体坐标系下陀螺角速率、角增量以及加速度计比力积分增量的高精度分段解析表达式。使生成的陀螺、加速度计信号符合载体运动学和动力学特性,反映杆臂效应影响,同时与经事后处理的实测GNSS伪距、伪距率等数据特征保持一致。提出了四元数约束插值算法,可满足四元数解析插值时范数为1的约束限制条件。基于某实际无人机飞行数据,验证了所提出算法的有效性,完全满足组合导航动态仿真精度要求。该算法也适用于其他高精度高动态导航系统和刚体运动控制仿真中的角运动、线运动传感器信号模拟。