(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210759741.2 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150000 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 骆吉洲　李兴冀　杨剑群　董尚利　 (74)专利代理 机构 北京隆源天恒知识产权代理 有限公司 1 1473 专利代理师 万娟 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 9/50(2006.01) G06F 111/08(2020.01) G06F 113/28(2020.01) (54)发明名称 基于多核并行的原子氧或紫外通量的蒙特 卡罗模拟方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于多核并行的原子氧 或紫外通量的蒙特卡罗模拟方法， 涉及航天器仿 真计算技术领域， 所述基于多核并行的原子氧 或 紫外通量的蒙特卡罗模拟方法包括： 获取航天器 仿真软件运行平台的核数， 根据所述核数确定并 行任务数； 根据计算项目类别， 为参与并行计算 的各个核分别建立子线程并分配计算任务， 并根 据所述计算项目类别为各个所述子线程分配统 计空间； 航天器仿真软件运行平台的主线程建立 共享变量， 且 所述主线程根据各个所述子线程对 所述计算任务的完成结果， 对所述共享变量加锁 或放锁； 所述主线程根据所有所述子线程对所述 计算任务的完成结果输出计算结果。 与现有技术 比较， 本发明能够提高CPU/内存利用率， 大幅削 减计算时间。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 115204010 A 2022.10.18 CN 115204010 A 1.一种基于多核并行的原子氧或紫外通量的蒙特卡罗 模拟方法， 其特征在于， 包括如 下步骤: 步骤S1,获取航天器仿真软件运行平台的核数， 根据所述核数确定并行任务数； 步骤S2,根据计算项目类别， 为参与并行计算的各个核分别建立子线程并分配计算任 务， 并根据所述计算项目类别为各个所述子线程分配统计空间； 步骤S3,航天器仿真软件运行平台的主线程建立共享变量， 且所述主线程根据各个所 述子线程对所述计算任务的完成结果， 对所述共享变量加锁或放锁； 步骤S4,所述主 线程根据所有所述子线程对所述计算任务的完成结果输出计算结果。 2.根据权利要求1所述的基于多核并行的原子氧或紫外通量的蒙特卡罗 模拟方法， 其 特征在于， 步骤S1中， 所述 根据所述核数确定并行任务数， 包括： 当所述核数小于或等于第一阈值时， 不启动多 核并行机制； 当所述核数 大于第一阈值且小于或等于第二阈值时， 所述并行任务数为核数 ‑1； 当所述核数 大于第二阈值时， 所述并行任务数为核数 ‑2。 3.根据权利要求1所述的基于多核并行的原子氧或紫外通量的蒙特卡罗 模拟方法， 其 特征在于， 步骤S2中,所述为各个所述子线程分配统计空间包括： 为各个所述子线程分配用 于计算结果和结果分布的统计空间。 4.根据权利要求3所述的基于多核并行的原子氧或紫外通量的蒙特卡罗 模拟方法， 其 特征在于， 步骤S2中， 所述项目类别包括原子氧通 量或紫外通 量。 5.根据权利要求4所述的基于多核并行的原子氧或紫外通量的蒙特卡罗 模拟方法， 其 特征在于， 步骤S2中， 当计算所述原子氧通量时， 为参与并行计算的各个核分别建立所述子 线程， 并将随机实验总数平均分配给 各个所述子线程。 6.根据权利要求5所述的基于多核并行的原子氧或紫外通量的蒙特卡罗 模拟方法， 其 特征在于， 步骤S2中， 当计算所述原子氧通量时， 为各个所述子线程分配独立内存空间用于 所述计算结果和结果分布的统计。 7.根据权利要求4所述的基于多核并行的原子氧或紫外通量的蒙特卡罗 模拟方法， 其 特征在于， 步骤S2中， 当计算所述紫外通量时， 为参与并行计算的各个核分别建立所述子线 程， 并将航天器表面剖分网格按总数平均分配给 各个所述子线程。 8.根据权利要求7所述的基于多核并行的原子氧或紫外通量的蒙特卡罗 模拟方法， 其 特征在于， 步骤S2中， 当计算所述紫外通量时， 为各个所述子线程分配独立内存空间用于所 述结果分布的统计， 且各个所述子线程使用共享内存空间用于所述计算结果的统计。 9.根据权利要求1所述的基于多核并行的原子氧或紫外通量的蒙特卡罗 模拟方法， 其 特征在于， 步骤S 3中， 所述主线程根据各个所述子线程对 所述计算任务的完成结果， 对所述 共享变量加锁或放锁， 包括： 一个所述子线程计算结束后开始访问所述共享变量， 所述主线 程对所述共享变量加锁， 待所述子线程完成对所述共享变量的访问后， 所述主线程对所述 共享变量 放锁。 10.根据权利要求1所述的基于多核 并行的原子氧或紫外通量的蒙特卡罗模拟方法， 其 特征在于， 步骤S4中， 所述主线程根据所有所述子线程对所述计算任务的完成结果输出计 算结果， 包括： 当所有 所述子线程完成计算任务后， 所述主线程聚合各个所述子线程的计算 结果， 输出最终计算结果和结果分布数据。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115204010 A 2基于多核并行的原子氧或紫外通量的蒙特卡罗模拟方 法 技术领域 [0001]本发明涉及航天器仿真计算技术领域， 具体而言， 涉及一种基于多核并行的原子 氧或紫外通 量的蒙特卡罗模拟方法。 背景技术 [0002]航天器仿真软件在航天器设计的教学、 演示等方面的应用 场景中， 软件运行平台 一般是内存受限且未配置计算型GPU的普通台式机。 软件运行过程中需要展示航天器服役 期间附着于外表面的不同保护性涂层材料由于暴露于原子氧/紫外辐照环境而产生的剥 蚀/掏蚀效应的差异。 剥蚀 效应和掏蚀 效应的强弱取决于原子氧/紫外辐 照通量的大小和航 天器表面涂层材料 的选择。 原子氧/紫外辐照通量取决于航天器的飞行高度、 飞行朝向、 原 子氧密度、 紫外辐照强度等因素。 这就需要仿真软件根据航天器的飞行环境参数计算其表 面各处的原子氧或紫外通 量。 [0003]目前， 各种仿真软件大多采用蒙特卡罗模拟来计算航天器表面各单元的的原子 氧/紫外辐照通量。 该方法将航 天器表面划分为网格单元， 然后通过统计给定实验总数中碰 触各网格单元 的模拟粒子数来计算各个网格单元 的通量。 每次随机实验中， 在随机位置产 生原子氧粒子/模拟紫外辐照粒子并根据航 天器飞行速度和原子氧热力学运动速度合成其 最终速度， 计算模拟粒子运动过程中碰触的网格单元及其后经镜面反射或漫反射后碰触的 网格单元。 这种 方法的计算复杂度随航天器表面剖分网格总 数超线性增长， 随随机实验总 数线性增长。 并且， 这些仿真软件现行的计算方法使得CPU/内存利用率低、 任务响应时间 长、 用户体验差， 即使中等规模网格剖分和随机实验总数也需要长时间等待通量计算结果， 限制了其应用。 发明内容 [0004]本发明解决的问题是现有技术中仿真软件现行的计算方法造CPU/内存利用率低、 任务响应时间长、 用户体验差中的至少一个方面。 [0005]为解决上述问题， 本发明提供一种基于多核并行的原子氧或紫外通量的蒙特卡罗 模拟方法， 包括如下步骤: [0006]步骤S1,获取航天器仿真软件运行平台的核数， 根据所述核数确定并行任务数； [0007]步骤S2,根据计算项目类别， 为参与并行计算的各个核分别建立子线程并分配计 算任务， 并根据所述计算项目类别为各个所述子线程分配统计空间； [0008]步骤S3,航天器仿真软件运行平台的主线程建立共享变量， 且所述主线程根据各 个所述子线程对所述计算任务的完成结果， 对所述共享变量加锁或放锁； [0009]步骤S4,所述主线程根据所有所述子线程对所述计算任务的完成结果输出计算结 果。 [0010]较佳地， 步骤S1中， 所述 根据所述核数确定并行任务数， 包括： [0011]当所述核数小于或等于第一阈值时， 不启动多 核并行机制；说　明　书 1/5 页 3 CN 115204010 A 3