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面向天河新一代超算系统通用处理器的性能分析工具集

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计算机学报 2024年第2期47卷 423-440页

作者：冯文韬栾钟治杨海龙钱德沛北京航空航天大学计算机学院北京100191

天河新一代超算系统是继天河2号后天河系列的新一代超算系统.该系统拟采用通用处理器配合加速器的混合异构架构,其中通用处理器采用ARM架构.目前,面向ARM架构处理器的性能分析工具仍不够完善,而面向新一代超算的性能分析工具更是较为匮... 详细信息

天河新一代超算系统是继天河2号后天河系列的新一代超算系统.该系统拟采用通用处理器配合加速器的混合异构架构,其中通用处理器采用ARM架构.目前,面向ARM架构处理器的性能分析工具仍不够完善,而面向新一代超算的性能分析工具更是较为匮乏,实用性和效率还难以满足编程人员的需求.本文针对天河新一代超算系统的通用处理器,设计开发了一套性能分析工具集,包含缓存冲突检测、伪共享检测和内存缺陷检测三个子工具.工具集可以在天河新一代超算系统的普通用户权限下分析系统单节点内以及数据并行性较高的多节点程序的性能问题,并可以解决程序的内存问题.本文使用min-write、缓存行对齐填充、线程访问隔离等多种性能优化策略来提高工具性能,采用以上策略的工具的运行时间可至多减少至原先的1/20,同时使用新颖的红区检测法和红区隐藏与恢复机制来降低工具报告的假错误率.本文还开发了配套的可视化界面,使用户可以对程序的性能分析数据进行可视化的分析和处理,提高了工具的实用性和易用性.工具对程序执行带来的额外时间开销是40~100倍,额外内存开销是100~200倍,正确性和实用性得以保证,可以提高天河新一代超算系统的编程效率和程序性能.

关键词：性能分析工具天河新一代超算系统伪共享检测内存缺陷检测程序优化

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机场航班时刻资源管理研究进展

北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1065-1076页

作者：王艳军水笑雨王梦尹南京航空航天大学民航学院南京211106

繁忙机场都会面临严重的交通拥堵和航班延误问题。解决该问题的一个有效手段是对机场航班时刻资源进行优化管理。全面介绍了航班时刻资源管理相关的研究进展,系统回顾了机场公布容量设置、机场航班时刻配置的主要方法和手段。从公布容... 详细信息

繁忙机场都会面临严重的交通拥堵和航班延误问题。解决该问题的一个有效手段是对机场航班时刻资源进行优化管理。全面介绍了航班时刻资源管理相关的研究进展,系统回顾了机场公布容量设置、机场航班时刻配置的主要方法和手段。从公布容量确定、单机场、机场网络层面和机场群航班时刻配置及航班时刻配置技术复杂性等方面,得出机场航班时刻资源优化配置的关键技术问题。展望了机场航班时刻资源管理的主要方向,并对下一步研究提出建议。

关键词：机场容量时刻分配容量需求管理战略流量管理资源优化

纤维增强树脂基复合材料筋/拉索数值模拟研究综述

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复合材料学报 2024年第4期41卷 1653-1671页

作者：朱江涛赵杏南京航空航天大学民航学院南京210016

纤维增强树脂基复合材料(FRP)是由纤维和树脂基体组合而成的一种材料,在各种领域中拥有广泛的应用。利用数值模拟方法可以更加简单、精确地预测FRP筋/拉索性能,从而加快设计效率、减少试验工作量,因此大量学者针对FRP筋/拉索进行了数值... 详细信息

纤维增强树脂基复合材料(FRP)是由纤维和树脂基体组合而成的一种材料,在各种领域中拥有广泛的应用。利用数值模拟方法可以更加简单、精确地预测FRP筋/拉索性能,从而加快设计效率、减少试验工作量,因此大量学者针对FRP筋/拉索进行了数值模拟研究。本文主要介绍了单向纤维增强聚合物复合材料的模拟控制因素和需求,在微观、细观和宏观尺度下研究FRP的理论模型和分析方法,提出了在不同尺度下对FRP筋/拉索进行数值模拟的不足之处及数值模拟在微观、细观和宏观层面中的应用。重点论述了不同尺度数值模拟方法在FRP筋/拉索中的应用和最新多尺度数值研究进展及FRP筋/拉索在锚固区的数值模拟方法及现状,最后简要阐述了FRP筋/拉索数值模拟在未来可能的研究发展方向。为建立精细化FRP筋/拉索损伤和性能预测模型发展提供参考。

关键词： FRP结构数值模拟多尺度分析有限元法耐久性

基于改进DRSN的航空发动机故障风险预警模型

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航空动力学报 2024年第2期39卷 133-143页

作者：毛浩英孙有朝李龙彪晏传奇南京航空航天大学民航学院南京211106

航空发动机属于多发性故障机械,运用先进的计算训练方法可有效地实现准确的风险预警分析,为发动机的运维指导提供参考。在发动机故障风险预警征兆数据集中提取多变量时间序列样本,将样本矩阵化,转换为灰度图样本。预处理并增强图像数据... 详细信息

航空发动机属于多发性故障机械,运用先进的计算训练方法可有效地实现准确的风险预警分析,为发动机的运维指导提供参考。在发动机故障风险预警征兆数据集中提取多变量时间序列样本,将样本矩阵化,转换为灰度图样本。预处理并增强图像数据样本,热编码化序列样本标签。深度残差收缩网络(deep residual shrinkage network,DRSN)中融入深度注意力机制与带有阈值的残差收缩块,获取高判别性特征,实现软阈值化。结合长短时记忆神经网络层与多个隐层,改进DRSN模型,使用主成分分析重构特征与主元提取,累积可解释方差贡献率为93.7%。对潜在20种故障征兆识别、分类并预警,训练精确度为96.1%。提出了改进DRSN航空发动机故障风险预警模型,与其他算法相比有较强的鲁棒性,预警正确率至少提高4.4%。

关键词：故障风险预警深度残差收缩网络深度注意力机制软阈值化深度学习

多目标跟踪中基于次模优化的轨迹片段生成方法

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电子与信息学报 2024年第3期46卷 995-1004页

作者：孙瑾杜官明南京航空航天大学民航学院南京211106

作为智能视觉任务的基础工作,多目标跟踪(MOT)一直是计算机视觉领域具有挑战性的课题之一。遮挡是影响跟踪准确性的主要因素,为此该文采用基于检测跟踪的思想,以轨迹片段为基础进行关联获取目标的完整轨迹;同时,为提高跟踪鲁棒性,该文... 详细信息

作为智能视觉任务的基础工作,多目标跟踪(MOT)一直是计算机视觉领域具有挑战性的课题之一。遮挡是影响跟踪准确性的主要因素,为此该文采用基于检测跟踪的思想,以轨迹片段为基础进行关联获取目标的完整轨迹;同时,为提高跟踪鲁棒性,该文将轨迹片段的生成问题转化为运筹学中的设施选址问题,并进而提出基于次模优化的轨迹片段生成方法。该方法融合梯度(HOG)和颜色(CN)两个互补特征进行目标表征,并根据运动信息设计权重系数提高目标匹配准确度,最后提出具有约束的次模最大化算法实现全局范围内的数据关联生成轨迹片段。通过在多个基准数据集上的对比实验,表明该文算法在保证性能的同时能有效处理遮挡问题。

关键词：多目标跟踪轨迹片段数据关联次模优化

基于伪距残差和新息的GNSS/IMU抗差自适应定位算法

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北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1316-1324页

作者：刘正午孙蕊蒋磊南京航空航天大学民航学院南京211106

在全球导航卫星系统(GNSS)和惯性测量元件(IMU)组合导航系统中,抗差滤波和自适应滤波常被用于提高组合导航的定位精度。但是抗差滤波和自适应滤波所适用的条件不同,使用不当反而可能会降低组合导航的定位精度,针对此问题,提出基于伪距... 详细信息

在全球导航卫星系统(GNSS)和惯性测量元件(IMU)组合导航系统中,抗差滤波和自适应滤波常被用于提高组合导航的定位精度。但是抗差滤波和自适应滤波所适用的条件不同,使用不当反而可能会降低组合导航的定位精度,针对此问题,提出基于伪距残差和新息的GNSS/IMU抗差自适应定位算法。所提算法基于伪距残差评估GNSS的定位质量,选择合适的滤波算法进行GNSS/IMU组合导航解算。在长时间GNSS定位质量较差时,基于新息和伪距残差判断是否IMU运动学推算误差大于GNSS观测值误差,从而根据判断的结果选择是否采用抗差因子。结果表明:所提算法相对于扩展卡尔曼滤波算法在东、北和天方向上分别提高36.05%、22.71%和56.22%的定位精度。

关键词：伪距残差新息抗差滤波自适应滤波 GNSS/IMU组合导航

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基于强化学习的多无人车协同围捕方法

工程科学学报 2024年第7期46卷 1237-1250页

作者：苏牧青王寅濮锐敏余萌南京航空航天大学航天学院南京211106 南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016

本文面向无人车协同围捕问题开展研究,提出了一种基于柔性执行者-评论家(SAC)算法框架的协同围捕算法.针对多无人车之间的协同性差的问题,在网络结构中加入长短期记忆(LSTM)构建记忆功能,帮助无人车利用历史观测序列进行更稳健的决策;... 详细信息

本文面向无人车协同围捕问题开展研究,提出了一种基于柔性执行者-评论家(SAC)算法框架的协同围捕算法.针对多无人车之间的协同性差的问题,在网络结构中加入长短期记忆(LSTM)构建记忆功能,帮助无人车利用历史观测序列进行更稳健的决策;针对网络结构中引入LSTM所导致的状态空间维度增大、效率低的问题,提出引入注意力机制,通过对状态空间进行注意力权重的计算和选择,将注意力集中在与任务相关的关键状态上,从而约束状态空间维度并保证网络的稳定性,实现多无人车之间稳定高效的合作并提高算法的训练效率.为解决协同围捕任务中奖励稀疏的问题,提出通过混合奖励函数将奖励函数分为个体奖励和协同奖励,通过引入个体奖励和协同奖励,无人车在围捕过程中可以获得更频繁的奖励信号.个体奖励通过引导无人车向目标靠近来激励其运动行为,而协同奖励则激励群体无人车共同完成围捕任务,从而进一步提高算法的收敛速度.最后,通过仿真和实验表明,该方法具有更快的收敛速度,相较于SAC算法,围捕时间缩短15.1%,成功率提升7.6%.

关键词：无人车协同围捕柔性执行者-评论家算法注意力机制奖励函数设计

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组合式仿枫树子飞行器与空中分体技术

航空学报 2024年第6期45卷 74-89页

作者：童晟翔史志伟耿玺王力爽孙志坤陈其昌南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

仿枫树子飞行器是一种模仿自然界枫树种子飞行原理的仿生飞行器。为提升仿枫树子飞行器的任务执行能力,设计了一种组合式仿枫树子飞行器,组合体可2、3或6个单体飞行器通过组合箱组合而成,具有地面快速拆装和空中受控分体的能力。基于叶... 详细信息

仿枫树子飞行器是一种模仿自然界枫树种子飞行原理的仿生飞行器。为提升仿枫树子飞行器的任务执行能力,设计了一种组合式仿枫树子飞行器,组合体可2、3或6个单体飞行器通过组合箱组合而成,具有地面快速拆装和空中受控分体的能力。基于叶素-动量理论完成了单体飞行器和组合体飞行器的气动建模,分析发现组合体飞行器的飞行效率相比单体飞行器提升了13.3%;完成了飞行器动力学建模和外环控制律设计,并通过六自由度飞行仿真对飞行器的典型飞行状态、空中分体过程进行了研究,结果表明飞行器具备可控飞行和空中稳定分体的能力;在实际飞行试验中,成功实现了三机组合体的空中分体。组合式设计与空中分体技术,使飞行器具备了高飞行效率和无人机集群的双重优势。

关键词：可分体飞行器气动构型飞行仿真气动建模飞行试验

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基于梯度搜索与进化机制的多目标混合算法

北京航空航天大学学报 2024年第6期50卷 1940-1951页

作者：诸才承唐智礼赵鑫曹凡南京航空航天大学航空学院南京210016

多目标进化算法(MOEA)因其良好的全局探索能力备受关注,但其在最优值附近的局部搜索能力却相对较弱,且对于具有大规模决策变量的优化问题,MOEA所需的种群数量与迭代次数都十分庞大,优化效率较低。基于梯度的优化算法能够很好地克服这些... 详细信息

多目标进化算法(MOEA)因其良好的全局探索能力备受关注,但其在最优值附近的局部搜索能力却相对较弱,且对于具有大规模决策变量的优化问题,MOEA所需的种群数量与迭代次数都十分庞大,优化效率较低。基于梯度的优化算法能够很好地克服这些问题,但梯度搜索算法很难应用于多目标问题(MOPs)。在加权平均梯度的基础上引入随机权函数,发展多目标梯度算子,将其与基于参考点的第三代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅲ)结合,发展了多目标梯度优化算法(MOGBA)和多目标混合进化算法(HMOEA)。HMOEA在保留NSGA-Ⅲ良好的全局探索能力的同时,极大地增强了局部搜索能力。数值实验表明:HMOEA对于各种Pareto阵面都具有优秀的捕获能力,与典型的多目标算法相比效率提升了5~10倍。进一步将HMOEA应用于RAE2822翼型的多目标气动优化问题中,得到了理想的Pareto前沿,表明HMOEA是一种高效的优化算法,在气动优化设计中具有潜在的应用价值。

关键词：多目标优化混合算法进化算法梯度方法气动优化