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紧耦合异构线程处理器

高技术通讯 2023年第2期33卷 113-123页

作者：李文青齐寒肖子原朱威浦王剑处理器芯片全国重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 北京100190 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100049

异构计算为系统达到更高的性能功耗比提供了新的思路和方向,但异构系统中中央处理器(CPU)和加速器协同执行任务的过程中大量的控制信号传输和数据搬运始终是系统性能的一个重要瓶颈。对此,本文提出了一种紧耦合异构线程处理器结构,包括... 详细信息

异构计算为系统达到更高的性能功耗比提供了新的思路和方向,但异构系统中中央处理器(CPU)和加速器协同执行任务的过程中大量的控制信号传输和数据搬运始终是系统性能的一个重要瓶颈。对此,本文提出了一种紧耦合异构线程处理器结构,包括一个硬件CPU线程和一个硬件加速器线程,二者采用流水线紧耦合的硬件线程间通信接口和共享存储的方式降低了通信代价,大幅提高了系统性能。为验证该结构的优势,本文在开源BOOM核的基础上设计了硬件线程间通信接口,实现了一个具有高级加密标淮(AES)加速器的紧耦合异构线程处理器,并在现场可编程门阵列(FPGA)上进行了评估。结果显示,在加密任务中,该处理器吞吐量约是Intel Comet Lake使用AES指令集(AES-NI)的5.7倍,是BOOM平台上仅使用通用指令的4000倍。实验进一步验证了通过CPU和加速器快速通信实现的细粒度并行可以取得更多的性能收益。由此得出结论:该结构能敏捷地将加速器整合到CPU周围,有效降低了通信时间,实现CPU线程和加速器线程的细粒度并行,有效地发挥出异构计算的优势,取得可观的性能收益。

关键词：异构计算异构接口紧耦合通信细粒度并行

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紧耦合宽带宽角扫描相控阵天线研究

紧耦合宽带宽角扫描相控阵天线研究

作者：曾馨电子科技大学

学位级别：硕士

相控阵天线由于其扫描速度快、指向性强、精度高等特点，广泛应用于通信、雷达等领域，近年来的研究热度不断攀升。随着对高性能、高可靠的天线系统需求的不断增加，相控阵天线朝着更宽的带宽、更广的扫描角趋势发展。天线设计如何满足... 详细信息

相控阵天线由于其扫描速度快、指向性强、精度高等特点，广泛应用于通信、雷达等领域，近年来的研究热度不断攀升。随着对高性能、高可靠的天线系统需求的不断增加，相控阵天线朝着更宽的带宽、更广的扫描角趋势发展。天线设计如何满足超宽带大角度扫描性能的同时，兼顾结构简单、低剖面、低成本等要求成为挑战。本论文从阵列间的耦合出发，对紧耦合超宽带宽角扫描相控阵天线的设计方法展开了研究，主要内容如下：　　1.结合自由空间中和带地板的紧耦合阵列天线的等效电路图，推导了两者的有源输入阻抗，并对比了全波仿真软件和电路仿真软件的结果，验证了其准确性与合理性。讨论了地板和关键性结构参数对其输入阻抗的影响，为之后的超宽带宽角扫描阵列天线设计提供参考。　　2.设计了一款基于偶极子形式的紧耦合超宽带宽角扫描相控阵天线。在该设计中，为了保证天线的超宽带特性，并完成非平衡到平衡的结构转换，馈电采用了双曲渐变阻抗变换器结构，并利用短路线将共模谐振移出高频工作带外。对比了介质层、矩形频率选择表面（frequencyselectivesurface，FSS）、回形超表面三种匹配层的性能，采用了宽角阻抗匹配（wide-angleimpedancematching，WAIM）层与阵列天线共用同一块介质板的设计，具有加工简单、易于安装等优势，使用全波仿真软件验证了8×8规模的阵列性能。最终，该阵列尺寸为0.8λL×0.8λL，总剖面为0.15λL（λL为最低工作频率对应的波长）。以有源驻波比小于2.9为标准，该天线能够实现4.26倍频的工作带宽和E、H面±60°的波束扫描范围。　　3.设计了一款基于连接槽形式的紧耦合超宽带宽角扫描相控阵天线。该阵列天线实现了2.06倍频的工作带宽，波束扫描范围能够覆盖E、H面±60°，天线总剖面为0.069λL。在该设计中，通过引入寄生双槽以降低紧耦合阵列天线的输入阻抗，故能够使用同轴接口直接馈电，避免了复杂的馈电网络设计。宽角匹配层集成在天线阵面上，实现了低剖面、轻质化，并且采用了多段金属条带的设计，提高了设计的自由度和可调节范围。建立了连接三槽阵列天线的等效电路模型，结合全波仿真结果，验证其合理性。仿真了一维无限大阵列性能，验证了设计的正确性。

关键词：相控阵天线宽带宽角扫描紧耦合宽角匹配层

基于紧耦合端射的低剖面超宽带相控阵天线设计

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电波科学学报 2023年第3期38卷 407-413页

作者：卫杰张运波林佳李良李博何国华孙全国杨善国陈斌中国电子科技集团公司第二十九研究所成都610036

超宽带、低剖面、宽角扫描、高增益和耐高功率是多功能相控阵天线的主要性能需求,通常难以兼顾.针对该问题,本文结合紧耦合和端射机理,在传统金属Vivaldi天线基础上,提出了一种多功能相控阵天线的设计方法.对704元天线阵进行了设计,并... 详细信息

超宽带、低剖面、宽角扫描、高增益和耐高功率是多功能相控阵天线的主要性能需求,通常难以兼顾.针对该问题,本文结合紧耦合和端射机理,在传统金属Vivaldi天线基础上,提出了一种多功能相控阵天线的设计方法.对704元天线阵进行了设计,并进行了仿真,结果表明:所设计的天线阵列在俯仰±60°、方位±45°扫描空域无栅瓣,大角度扫描有源电压驻波比在9倍频程下小于6.1、在高频3倍频程下小于3,同时高频段阵元增益大于5 dB的带宽高达3GHz.对实物进行了加工和测试,测试结果与仿真数据吻合良好.该天线阵具有超宽带、低剖面、宽角扫描、高增益、高可靠性、耐高功率和易于实现等特点,在相控阵天线中有重要的应用价值.

关键词：紧耦合端射超宽带低剖面相控阵天线

应用于城市环境的MEMS-INS/GPS紧耦合组合导航抗差滤波器

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中国惯性技术学报 2023年第2期31卷 179-188页

作者：和涛张慧君李孝辉江南王东宇中国科学院国家授时中心西安710600 中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室西安710600 中国科学院大学北京100049 中国船舶集团有限公司昆明船舶设备研究试验中心昆明650051

为了提高MEMS-INS/GPS紧耦合组合导航系统在城市区域中因为GPS信号短时中断或被干扰时的性能,提出了一种基于Kalman滤波的抗差滤波器模型-Kalman抗差滤波器。在Kalman抗差滤波流程中,构建了具有误差检测和分离功能的Kalman滤波器来应对... 详细信息

为了提高MEMS-INS/GPS紧耦合组合导航系统在城市区域中因为GPS信号短时中断或被干扰时的性能,提出了一种基于Kalman滤波的抗差滤波器模型-Kalman抗差滤波器。在Kalman抗差滤波流程中,构建了具有误差检测和分离功能的Kalman滤波器来应对包括伪距和伪距率等GPS测量的突发故障,通过自适应因子向量调整测量噪声获得高精度的导航解。在城市公路上开展了现场试验,对Kalman抗差滤波器的可用性进行了测试。相较于常规的Kalman滤波器,使用Kalman抗差滤波器的紧耦合组合导航系统水平位置误差下降超过30%,高程位置误差的降低大约50%,速度误差下降了17.5%。Kalman抗差滤波器能够有效的降低城市区域中MEMS-INS/GPS紧耦合组合导航系统的导航解误差。

关键词：抗差滤波器误差检测与分离自适应滤波紧耦合城市环境 GPS

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基于车辆模型紧耦合的封闭园区车辆定位方法

汽车工程 2021年第9期43卷 1328-1335页

作者：秦晓辉王哲文庞涛史维清孙宁胡满江汽车车身先进设计制造国家重点实验室湖南大学机械与运载工程学院长沙410082

自主定位是自动驾驶车辆的一项基本能力,全球导航卫星系统(GNSS)可在开阔环境提供定位解决方案,然而在封闭园区环境如港口或工业园区等,高密度的植被和建筑等环境因素会导致GNSS信号不稳定,从而影响定位精度,对自动驾驶系统的安全造成... 详细信息

自主定位是自动驾驶车辆的一项基本能力,全球导航卫星系统(GNSS)可在开阔环境提供定位解决方案,然而在封闭园区环境如港口或工业园区等,高密度的植被和建筑等环境因素会导致GNSS信号不稳定,从而影响定位精度,对自动驾驶系统的安全造成严重威胁。为解决这一问题,本文中提出融合激光雷达(LiDAR)和惯性测量单元(IMU)的自动驾驶定位方法,通过引入车辆运动学模型以约束车辆位姿优化方向,同时采用模块化设计思路构建系统残差并基于紧耦合方法联合优化获得车辆准确位姿。试验结果表明,所提出的方法能够提高弱GNSS信号环境中自动驾驶车辆的定位精度和鲁棒性。

关键词：自动驾驶自主定位紧耦合车辆运动学模型

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三端口宽带极化可重构紧耦合天线阵列

固体电子学研究与进展 2023年第3期43卷 247-252页

作者：朱岑鑫段铸南京信息工程大学应用电磁学研究中心南京210044

提出了一种三端口宽带极化可重构紧耦合天线阵列。该阵列单元由蝶形偶极子、阻抗变换器和巴伦组成,通过最大功率传输效率法(MMPTE)优化出天线三个端口的所需最优激励分布,从而实现天线在左旋圆极化(LHCP)和右旋圆极化(RHCP)以及在方位... 详细信息

提出了一种三端口宽带极化可重构紧耦合天线阵列。该阵列单元由蝶形偶极子、阻抗变换器和巴伦组成,通过最大功率传输效率法(MMPTE)优化出天线三个端口的所需最优激励分布,从而实现天线在左旋圆极化(LHCP)和右旋圆极化(RHCP)以及在方位角平面任意角度线极化(LP)多种辐射模式之间的切换。最终优化得到的阵列的尺寸为π×60^(2)mm~2×30 mm(π×0.7^(2)×0.35λ_(0)^(3)=0.549λ_(0)^(3),其中λ_(0)为中心频率处的自由空间波长)。测试结果表明,该阵列在左右旋圆极化和线极化状态下的相对阻抗带宽(|S_(11)|<-10 dB)都为50.7%,且3 dB增益带宽基本能覆盖阻抗带宽。左右旋圆极化轴比小于3 dB,并且轴比带宽(AR<3 dB)可以覆盖整个阻抗带宽。在3.5 GHz处,阵列在各种极化状态下的最大实际增益均大于8.8 dBi。

关键词：阵列天线宽带极化可重构紧耦合最大功率传输效率法

SINS辅助GPS选星的紧耦合导航算法研究

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SINS辅助GPS选星的紧耦合导航算法研究

作者：康浩楠河北科技大学

学位级别：硕士

捷联惯性导航系统(Strap-down Inertial Navigation System,SINS)和全球定位系统(Global Positioning System,GPS)进行紧耦合能够提高导航系统的定位精度。其中,选星的方法是决定紧耦合融合效率的关键因素。然而,目前的选星方法存在选... 详细信息

捷联惯性导航系统(Strap-down Inertial Navigation System,SINS)和全球定位系统(Global Positioning System,GPS)进行紧耦合能够提高导航系统的定位精度。其中,选星的方法是决定紧耦合融合效率的关键因素。然而,目前的选星方法存在选星效率低、运算量大的问题。因此,本文针对SINS/GPS紧耦合导航算法的选星问题开展研究,探索SINS辅助GPS快速选星的方法。在此基础上,本文设计了一种高效的SINS/GPS紧耦合导航算法,通过仿真实验验证了该算法的有效性。首先,介绍了SINS、GPS以及SINS/GPS组合导航系统和选星算法的研究现状,详细阐述了SINS与GPS的工作原理,推导了SINS导航算法,分析了SINS和GPS的系统误差,并对两种不同的SINS/GPS组合方式进行了对比。其次,分析了SINS辅助GPS快速选星的方法,提出了一种改进的SINS/GPS紧耦合选星算法。该算法检测可见卫星的伪距异常值并剔除,选取高度角最大的一颗卫星作为天顶星,并从剩余可见卫星中随机遍历组合,选取3颗与天顶星形成定位卫星组合。计算卫星组合的几何精度因子(Geometric Dilution of Precision,GDOP)值,选取GDOP值最小的卫星组合为最优卫星组合。通过MATLAB进行仿真,证明该算法可以有效提高选星的效率。再次,设计了SINS/GPS紧耦合导航算法。建立了SINS/GPS紧耦合导航算法数学模型,该模型采用卡尔曼滤波器实现SINS/GPS数据融合,采用闭环反馈的校正方式对SINS和GPS的误差进行校正。最后,采用MATLAB对SINS/GPS松耦合导航算法和SINS/GPS紧耦合导航算法进行仿真对比分析。结果表明,相较于SINS/GPS松耦合导航算法,SINS/GPS紧耦合导航算法在稳定性和导航精度方面有明显提升。

关键词：捷联惯性导航系统全球定位系统选星算法卡尔曼滤波紧耦合

紧耦合多直升机协调吊运系统逆运动学分析与求解

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应用力学学报 2017年第4期34卷 728-734页

作者：王砚麟赵志刚马延石广田兰州交通大学机电工程学院兰州730070

针对紧耦合多直升机协调吊运系统的逆运动学进行了分析,通过描述系统的结构模型,利用闭环矢量和牛顿-欧拉方程建立了系统的运动学模型和动力学模型;随后对系统的逆运动学进行了分析,将其分为定柔索长度和变柔索长度两种情况进行研究;最... 详细信息

针对紧耦合多直升机协调吊运系统的逆运动学进行了分析,通过描述系统的结构模型,利用闭环矢量和牛顿-欧拉方程建立了系统的运动学模型和动力学模型;随后对系统的逆运动学进行了分析,将其分为定柔索长度和变柔索长度两种情况进行研究;最后在给定被吊运物运动期望位姿的情况下,对两种情况分别进行了数值计算,并通过ADAMS和MATLAB软件搭建了实验平台,进行了实例仿真分析。结果表明,建立的系统逆运动学模型是合理的,可以实时地求得各直升机的运动以及各柔索的受力情况。本文为优化拉力分布和研究系统控制算法奠定了基础。

关键词：紧耦合多直升机系统协调吊运系统逆运动学

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紧耦合超宽带相控阵天线

紧耦合超宽带相控阵天线