空间碎片预警并行计算系统的设计与实现

发布时间：2017-08-02 05:07

  本文关键词：空间碎片预警并行计算系统的设计与实现

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【摘要】：随着人类对太空的不断探索,地球周边轨道上已囤积了大量的空间碎片。空间碎片以超高速绕地球飞行,对在轨航天器具有极大破坏力,特别对载人飞船更可能产生灾难性的后果。为保护航天器的安全,需对其进行空间碎片风险评估计算,预报未来即将会发生的危险轨道交会事件,使航天器能够提前采取措施。 在短时间内对海量的空间物体交会事件进行分析,产生的计算量是巨大,只有使用高性能计算设备,才能够满足航天器常规预警任务的需求。本文介绍了空间碎片预警工作的流程,分析了对大批量空间物体执行预警所需的计算能力,基于原有的空间碎片碰撞预警串行程序,设计了一套符合任务需求的并行化计算系统,根据航天器与空间碎片间的碰撞概率评估交会风险。通过软硬件的结合完成了系统的实现,建立了用于航天器预警的高性能计算系统。并使用本套系统开展了相关的预警实验,完成系统计算速度与精度的测试。 本文完成的主要工作如下： (1)根据执行空间碎片常规预警的任务要求,对并行系统所需具备的计算能力进行了分析； (2)通过研究空间碎片预警计算的运行模式,进行了系统结构、模块功能以及并行框架设计； (3)完成了系统软硬件集成与数据库实现,通过航天器预警算例进行了系统的实验测试。 系统建成后,对航天器执行空间碎片预警计算的能力有了极大提升。完成全部编目空间物体常规预警任务的时间大约为两至三小时,对我国航天器执行计算分析时间的仅需要数分钟。速度与精度都能够满足任务的需求,实现了系统的设计目标。
【关键词】：空间碎片 碰撞概率 并行计算 任务分配
【学位授予单位】：中国科学院大学（工程管理与信息技术学院）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP338.6;V528
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 研究背景与意义9-13
• 1.2 国内外研究现状13-22
• 1.2.1 国内外空间观测现状13-16
• 1.2.2 风险评估方法研究现状16-19
• 1.2.3 并行计算机发展现状19-22
• 1.3 论文主要研究内容22-23
• 第二章 空间碎片预警基本原理与方法23-35
• 2.1 空间碎片预警流程23-24
• 2.2 空间物体接近分析和目标筛选24-27
• 2.2.1 几何筛选法25-26
• 2.2.2 时间筛选法26
• 2.2.3 最接近点和接近区间26-27
• 2.3 空间物体轨道预报和误差计算27-31
• 2.3.1 两行轨道根数与预报模型27-28
• 2.3.2 全轨道周期误差生成方法28-31
• 2.4 基于碰撞概率的风险评估方法31-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 系统需求分析与设计35-47
• 3.1 计算能力需求分析35-38
• 3.2 系统结构设计38-40
• 3.3 系统模块设计40-42
• 3.4 并行框架设计42-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 系统实现与预警实验47-63
• 4.1 系统实现47-57
• 4.1.1 控制软件系统的实现47-51
• 4.1.2 集群计算系统的实现51-54
• 4.1.3 数据存储系统的实现54-57
• 4.2 预警计算实验57-62
• 4.2.1 计算速度测试58-60
• 4.2.2 计算精度测试60-62
• 4.3 本章小结62-63
• 第五章 结论与展望63-65
• 5.1 工作总结63
• 5.2 下一步工作计划63-65
• 参考文献65-67
• 致谢67-69
• 个人简历、在学期间发表的论文与研究成果69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 李少敏;牛威;马鑫;祝开建;;空间目标探测技术研究[J];国防科技;2009年03期

2 陈蓉;申麟;高朝辉;唐庆博;童科伟;;空间碎片减缓技术发展研究[J];国际太空;2014年03期

3 程陶;刘静;王荣兰;于有成;;空间碎片预警中的碰撞概率方法研究[J];空间科学学报;2006年06期

4 白显宗;陈磊;;基于空间压缩和无穷级数的空间碎片碰撞概率快速算法[J];应用数学学报;2009年02期

5 白显宗;陈磊;张翼;唐国金;;空间目标碰撞预警技术研究综述[J];宇航学报;2013年08期

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本文编号：607719