A high-speed wideband spectrometer system based on CUDA-GPU

针对射电信号观测的需求,设计并实现了一种基于统一计算设备架构(CUDA)和图形显示卡(GPU)的宽带高速频谱分析系统.该系统通过运用库利-图基(Cooley-Tukey)快速傅立叶变换算法与谱分析算法实现实时宽带高速频谱分析.系统的关键部分在于通过CUDA来完成运用线程合并算法对数据在CPU与GPU之间传递时的转换,并使用并行流水算法在总线中共享多核GPU来降低实时运算时间.该系统主要为500m口径射电望远镜工程的高分辨率微波巡视项目而设计,实测中满足目标需求,并可应用在射电信号观测或类似的高速密集数据运算中.     

基于二维流体场的烟雾模拟算法

通过Navier-Stokes方程建立烟雾流体场的物理模型，以保证视觉的真实感。为了保证运算的实时性，烟雾流体场以二维网格空间∽∽为基础，在每个网格单元的中心点，采用简化的流体方程求解算法计算烟雾的速度场分布和浓度场分布，然后通过双线性插值得到整幅图像中每个像素的浓度。将烟雾模拟技术用于图像的显示特技中，以产生图像消散成烟雾的视觉效果，得到了比较满意的模拟效果。     

基于车流量的红绿灯实时配时算法

针对城市交叉路口信号灯,以减少车辆平均等待时间为目标,在兼顾行人行车安全的前提下,提出红绿灯实时配时算法。根据视频实时检测的车辆数,对红绿灯配时实时调控。算法包括两级控制:一级控制基于模糊控制理论,根据通车率及车辆等待时间选取相应级别的初始配时;二级实时控制计算模拟通车数,对初始配时实时调控并控制相位转换。仿真结果表明,在相同交通条件下,相对于固时控制和模糊控制,红绿灯实时配时算法使车辆平均等待时间减少。同时,在各相位车辆密度差异较大时,避免了等待时间两极化。算法具有普适性,适用于任何能够确定相位的交叉路口。     

UKF和KF两级滤波的雷达与红外配准算法

针对雷达与红外传感器的时间和空间偏差配准问题,给出时空偏差配准模型,提出了一种时空偏差实时估计算法.该算法将目标的运动状态和传感器偏差组合在同一状态方程中,构建扩维状态的系统动态方程和量测方程,并通过对量测方程的非线性分析,采用UKF和KF两级滤波的方法进行目标状态和配准偏差的联合估计.仿真结果表明,与采用UKF滤波的方法相比,该算法具有更高的估计精度,而且减小了计算量.     

实时水面模拟方法研究

提出了一种基于GPU的水面实时模拟方法。该方法不依赖于噪声图,而实现了实时的水波生成、折射和反射效果的菲涅耳合成以及水面光照模型的计算。利用GPU在片段处理前的光栅化处理,该方法渲染负荷不会因水面大小和精度而增大。且依赖GPU的高速计算能力,方法可以达到实时。     

基于微型飞行器机载视觉的目标识别与状态估计方法

为了实时获得微型飞行器着陆时与着陆平台的相对位置关系,本文提出了一种基于微型飞行器机载视觉的目标识别与状态估计方法。该方法利用曲面拟合方法获得着陆平台图像边缘的梯度方向和亚像素坐标,并将其作为匹配信息进行相似度运算,匹配成功后再通过运动方程模拟移动平台的运动特性,利用卡尔曼滤波对移动平台下一时刻的位置进行预测。最后进行偏移量的计算,将实验所得的数据通过几何变换可以得出飞行器与着陆平台的相对位置参数。实验结果表明该算法能够实时准确计算出飞行器与视觉着陆标识之间的相对位置关系。     

基于多机器人自组织协作的多目标跟踪

提出了一种基于局部区域内的机器人和目标密度的多机器人分布式控制算法。运用这种算法,多机器人在跟踪多目标过程中,每个机器人能在每次调整速度和方向之前,根据最新的通讯信息和感知信息,计算通讯范围内相邻机器人和感知范围内移动目标的数量及位置坐标,然后按照所受人工势场(APF)力的合力决定下一次移动的新位置坐标,这个合力乘以一个基于机器人和目标密度的可变加权系数,以适应不同状态,然后按照动力学和运动学方程计算速度及方向。通过仿真实验对该算法进行了验证,实验结果表明,多机器人可以根据多目标的移动进行自主协作跟踪观测,算法的性能优于无可变加权系数的APF法和静态感知节点(SN)法。此方法对于实时监测和目标跟踪具有实际应用意义。     

GPU上的水彩画风格实时渲染及动画绘制

论文提出了一种基于GPU的对三维场景进行实时水彩画效果渲染的方法。该方法的大部分过程使用图像空间的技术实现。算法将画面分为细节层、环境层、笔触层分别渲染,再进行合成。在过程中使用环境遮挡、shadow mapping等技术进行快速的阴影计算,并使用图像滤镜的方法模拟水彩的多种主要特征。由于该方法以图像空间的技术为主,因此可以利用GPU并行处理的特点对计算过程进行加速,进而达到实时的渲染速度。最后建立动画脚本分析系统,进行实时动画渲染,表明该方法在计算机动画、游戏等数字娱乐产业领域有较大的应用潜力。     

一种利用GPU实时生成体积雾的新方法

以GPU渲染管线流程为可编程基础,结合OpenGL雾化方程的雾效混合因子,分柝并建立体积雾的雾密度方程,进行了体积雾效果的模拟。采用顶点着色器对从主程序传递过来的顶点信息进行转化处理,然后根据体积雾的视线方程和雾密度方程计算出体积雾厚度和雾浓度值,最后和场景颜色进行混合计算,使仿真场景看起来更加真实。实验结果表明该方法在仿真系统下能够快速生成体积雾效果,并具有较好的实时性和真实感。     

一种海上浮式风电基础频域动力响应分析新技术

提出一种风、浪联合作用下的海上浮式风电基础频域动力响应分析新技术。该技术将浮式风电基础的动力方程从时域转换到Laplace域,推导并获得新的浮式风电基础传递函数,解决了现有技术其延迟函数在Laplace域中无法直接获得的技术不足。其优势在于新的传递函数能够与傅里叶变换技术相结合,实现了海上浮式风电基础的频域动力响应计算。相比于传统时域方法,该算法将延迟函数卷积项在Laplace域上转换为乘积项,计算效率得到提高;较传统频域算法,该方法提供了新的传递函数,为浮式风电基础频域动力响应计算提供一种新的技术手段。文中采用安装三台3MW风力发电机的三浮筒浮式风电模型进行研究,结果证实:所提出的频域动力响应算法可以准确得到浮式风电基础在风、浪联合作用下的频域动力响应,为海上浮式风电基础的动力响应计算提供一种更为高效的技术手段。