光电并行数字计算中快速乘/除法运算的研究

运用MSD数字运算算法,建立了快速乘/除法运算的光电蝶互连结构,并对快速除法运算的收敛性问题做了进一步研究。     

光电并行加/减运算器

本文研究提出了一种适合于并行MSD算法的空间位置编码,进而建立起了无进位的全加/全减运算器的三级蝶互连结构模型,并得到了实验的验证,从而实现了并行算法与光学并行实现结构的有机结合。     

基于布尔偏振编码逻辑代数(BPLA)的MSD算术运算模块的设计

天然的并行特性以及单指令多数据流特性（SIMD），使得光学极易用于实现数字计算机所需要的逻辑与算术运算。但是在二进制数算术运算中，由于两数算术运算总存在进位（或借位）的传递，因此这种运算并没有充分利用光学的并行特性。为此光计算研究人员提出了超前进位法及其他数制系统来避开这一问题。MSD数的算术运算其进位仅仅与该位的左边两位数有关，因此MSD数的算术运算可在三步内实现。目前MSD数算术运算主要集中于SS替换，地址寻址存贮器逻辑（LAM）．这两种方法由于需要一系列的任符号替换算法，实现起来极其复杂。其他方法还有内容寻址存贮器（CAM），PROM器件法，二值输入逻辑门，三输入逻辑门。我们首次提出了完整的布尔偏振编码逻辑代数理论BPLA（BooleanPolarization－encodedLogicAlgebra），并以此理论为基础，设计了可编程可集成光电混合液晶编码32比特加法器，光学并行列逻辑门，光反馈反转矢量光学全加器。本文通过对MSD运算的T，W，T，W变换进行化简，首次将MSD运算用BPLA来表示，并给出了用液晶显示器实现各变换模块以及总体模块。     

三旋光结构一步无进位加法器的设计

针对现阶段光学计算机研究中涉及的光学加法器硬件制备困难,输入有限定性等问题,基于MSD(Modified Signed-Digit)加法原理及对称MSD编码技术,设计并实现了一种全新的光学加法器-三旋光结构一步式无进位加法器。阐述了该加法器的主光路结构设计过程和方案,给出了三旋光器抽象结构,分析和设计了控制光路的光路结构,并给出了易于硬件制备的电路实现具体方案。该加法器制备简单,对输入没有限制,并且可以一步并行完成数以千位的加法。针对上述光路和电路实现方案进行了实验验证,完成了13位以内的二进制数的无进位加法运算。实验结果表明:本文所设计的一步式无进位加法器原理正确、方案合理,并具有众多数据位数并行运算的潜力。     

互连光栅衍射模式的设计与研究:2.正弦型位相光栅

根据光栅互连在光计算及信息处理中应用的研究与发展,对正弦型位相光栅进行了结构设计,以便产生只含有0级和±1级,或只含有±1级的两种特殊的衍射模式,分别用于实现光学蝶互连或操纵器网络互连等。论文给出了详细的计算和实验结果。     

利用光纤Crossbar互连网络互连的二阵列光电混合多处理器系统的研究

研究了光电混合并行列阵多处理器系统的体系结构及其中的光纤互连网络。系统是松散耦合分布式“蚁阵”结构。光纤互连网络由Ｃｒｏｓｓｂａｒ开关网络与光纤互连收发器构成。网络拓扑可以在主机控制下进行动态编程重构，具有网络拓扑结构重构的多样性，充分利用了光互连高速度、大容量、大规模并行性的电子器件编程的灵活性。     

星载并行计算机的互连机制设计与实现

并行计算机各组成部分之间通过系统中的互连网络进行数据交换.针对微小卫星星载并行计算机的互连网络进行研究.首先通过分析指出现有星载并行计算机单-总线连接形式的不足,提出采用多通道动态互连网络的方案以提高系统的并行度和效率,并保障系统的高可靠性和实时性.接着针对采用双处理器和双CAN节点的星载计算机进行了互连网络的结构和功能设计.然后基于FPGA实现了该互连网络的控制器,并在此基础上制作了并行机实验板.实验表明,该互连网络达到了设计目标,提高了系统的并行度和效率,并具有高可靠性和实时性.     

基于布尔偏振编码逻辑代数(BPLA)的高效冗余二进制数算术运算的光学实现

在数字式光计算机的研究中，已用各种数制表示法对算术运算进行了广泛的探讨。与改进的符号数字表示法（MSD）用集合｛1，0，1｝中三个符号替代相比，冗金二进制数（RB）表示法仅用两个符号来代表，并且仅需两步不带进位的加法便可实现任何长度的两操作数的加法运算。冗余二进制数表示法适用于光计算机，使用冗余二进制数表示可以获得用符号替代来实现的高效运算单元。根据给出的算术加法符号值表，可以在固定时间内完成一系列并行加法运算，即加法运算时间与两操作数的长度N无关。从而也大大减少了两操作数的乘法运算时间，可以在LOG（N）（N为操作数长度，且N为偶数）时间内完成N位XN位的乘法运算。本文在分析冗余二进制数数表示，运算等的基础上，就二进制数到冗余二进制数数的转换，运算等提出用布尔偏振编码逻辑代数BPLA（BooleanPolarizationencodedLogicAlgebra）来实现，由BPLA构成的系统仅需两步运算即可实现两冗余二进制数的加法和减法运算，并即允余二进制数运算结果到二进制数的转换提出了光学实现方法。     

互连光栅衍射模式的设计与研究:1.矩型位相光栅

根据近年来光互连对光栅衍时模式的要求,对矩型位相光栅进行了结构设计,以产生只含有0级和±1级,或只含有±1级的两种特殊的衍射模式,分别用于实现光学蝶形互连或操纵器网络互连等。论文给出了详细的计算和实验结果。     

互连光栅衍射模式的设计与研究：1．矩型位相光栅

根据近年来光互连对光栅衍时模式的要求，对矩型位相光栅进行了结构设计，以产生只含有０级和±１级，或只含有±１级的两种特殊的衍射模式，分别用于实现光学蝶形互连或操纵器网络互连等。论文给出了详细的计算和实验结果。     

一种实用机器人定位系统的研究、实现与改进

在机器人定位技术和光电编码器原理的基础上,研究并实现了仅由光电编码器组成的航位推算（Dead Reckoning,简称DR）定位系统,并通过一系列的实验对这种方案进行了验证。最后通过分析对方案进行了进一步的改进,实现了“基于数据融合技术的光电编码器和陀螺仪DR导航系统”,实测结果表明定位精度有较大改善。     

色质联用选择离子检测法在兴奋剂检测中的应用

色质联用(GC/MS)选择离子检测法(SIM)可以快速、准确完成国际奥委会规定的禁用药物及其代谢物的筛选,是一种测定尿中药物含量的理想方法。本文简要报道国外及我们所做的部分工作。     

A 3-prismatic-revolute-spherical compliant parallel platform for optoelectronic packaging

To align the optical channels of optoelectronic appliances, a 3-prismatic-revolute-spherical (3-PRS) compliant parallel platform (CPP) is proposed in this work. The platform has special large stroke compliant joints. Attention is paid to the establishment of the inverse kinematics model and the analysis of the parasitic motion (PM) of the platform. A prototype of the platform is also presented, and its accuracy is experimentally evaluated. Besides, the platform is employed as a 3 degree-of-freedom (DOF) platform for optoelectronic packaging. Furthermore, the closed-loop control strategy requires merely one optical power meter to avoid the use of complex multiple DOF detection devices. In this respect, the influence of the precision of inverse kinematics solution on the optoelectronic packaging is reduced. Moreover, a compensation rule is employed to minimize the effect of PM on the motion accuracy of the platform. The results show that the proposed 3-PRS CPP is highly efficient for optoelectronic packaging.

     

Experimental and numerical assessment of the improvement of the load-carrying capacities of butterfly-shaped coupling components in composite structures

This study was designed to analyze the load-carrying capacities of composite structures connected face-to-face by a butterfly coupling component experimentally and numerically without adhesive. The results of the experimental studies were supported with numerical analysis. In addition, the butterfly coupling component was developed geometrically with a view to the results of the numerical and experimental studies. The change in the load-carrying capacity of the improved butterfly coupling components was analyzed numerically and experimentally to obtain new results. Half-specimens and butterfly-shaped lock components were cut with a water jet machine. Experiments and analyses were conducted to analyze the effects of coupling geometry parameters, such as the ratio of the butterfly end width to the specimen width (w/b), the ratio of the butterfly middle width to the butterfly end width (x/w), and the ratio of the butterfly half height to the specimen width (y/b). It was intended to determine the damage in the butterfly before any damage to the composite structure and to increase the service-life span of the composite structure with the repair of the butterfly lock. As a result of this study, it was determined that the geometrical fixed ratios (w/b) and (x/w) were 0.4 and 0.2 at 0.4 of (y/b) according to the experimental and numerical studies with basic and modified models.     

老龄飞机多部位损伤结构的剩余强度研究

对老龄飞机的多部位损伤壁板进行剩余强度估算时,应同时考虑裂纹间的相互影响和裂纹的扩展问题。基于Dugdale型裂纹的Swift连通准则,结合扯裂断裂准则,论文提出了应用应力函数交互迭代方法来研究MSD壁板的剩余强度问题,并做了算例阐明。本文所提方法的分析结果与试验值相比平均相对误差和标准差分别为-1.46%和0.069,符合得较好。