飞行监控系统中基于GPU的地形渲染

利用实时遥测飞行信息生成三维虚拟地形场景,旨在飞机试飞时,增强地面指挥人员对飞机实时位置地面场景的感知能力,帮助飞行员在试飞时处理复杂多变的飞行状况。为了逼真且流畅地生成三维地形场景,首先使用固定网格映射(PGM)的方法生成地形采样网格,接着利用几何着色器为三角形面片分配连续的与视点相关的细节等级(LOD),对缓存在纹理数组中的各等级高程数据和卫星照片进行混合采样。由于细节等级是连续的,因此各级纹理和高程之间能够平滑的过渡,增加了场景的真实性。最后,考虑到显存的容量限制,引入了一种内存与显存之间的纹理调度方法。整个算法都是面向图形处理单元(GPU)实现的,能够较好地兼顾实时性和真实性,实现多分辨率大规模地形场景的实时虚拟显示。根据本文算法实现的实时监控系统在支线飞机的飞行试验中取得了较好的效果。     

机载合成孔径雷达几何校准技术探讨

几何校准是合成孔径雷达(SAR)成像的关键技术之一。对几种能将失真的图象进行重新采样，使其投影到某一新的投影图，成为高质量且易于判读图象的几何校正算法作了介绍，并对其应用前景进行了探讨。     

无人机自动着陆中的机器视觉辅助技术

设计了一套辅助无人机自动着陆的机器视觉系统。该系统由机载硬件设备和用户开发软件共同组成,用以完成数字图像处理任务和无人机运动参数估计任务。系统传感器包括一个单目摄像机和机载惯性陀螺;数字图像处理使用的主要算法有图像的轮廓提取、角点检测和模版匹配。基于角点处各个方向上灰度差变化较大的特征,依据最小核值相似(SUSAN)算法和角点几何结构分析,提出一种改进的角点特征提取算法;根据任务开发的位置参数估计算法依据摄像机透视投影理论,运用摄像机成像标定方法导出了一种高精度的位置测量模型。通过计算机仿真表明,所提出的计算机视觉位置参数估计算法可以达到无人机着陆过程的精度要求。     

景象匹配中的几何透视校正和归一化互相关模板匹配

几何失真是使景象匹配性能下降的一个很重要的因素,基于参考图与失真实时图中四对对应点,本文采用透视变换方法,对失真实时图进行校正。对校正后的实时图,本文采用归一化互相关方法,进行模板匹配。仿真实验表明,这两种方法简单易行,校正与匹配结果精确。     

大规模场景的百分比近邻软阴影绘制算法

针对传统软阴影绘制算法在面对大规模三维场景时绘制效率较低的问题,文章基于四叉树加速结构的阴影图构建,研究了邻域节点的搜索方法和遍历顺序的选择方法,提出了一种基于四叉树的百分比近邻软阴影算法。实验结果表明,与传统算法相比,该方法能够有效提高大规模三维场景的软阴影绘制效率,且性能稳定,可以渲染出高质量的软阴影效果。     

近地空间航天员训练视景真实感渲染技术研究

载人航天任务中,地面模拟训练是培养提升航天员操作技能的重要手段。视景系统是航天飞行训练模拟的重要组成部分,高逼真度的仿真场景对提升航天员训练效果有重要的意义。针对空间视景仿真场景调度和渲染的特殊性,提出并设计实现视景仿真软件的总体架构。对影响空间场景真实感的地球纹理数据库的生成和调度技术、大气散射仿真技术、场景光照实时渲染等关键技术进行研究,融合各种方法,在视景仿真系统中基于GPU实现。试验验证表明,实现算法准确,模型设计合理,已经应用于航天员的训练中。     

基于FSQP算法的涡扇发动机多变量最优加速控制

深入研究了新的非线性规划算法———FSQP算法。提出了一种基于FSQP算法的涡扇发动机多变量最优加速控制方法。该方法可以提高发动机的加速性能并满足加速过程中的各项约束条件。最后,通过仿真表明了该控制算法的可行性和良好的控制效果。     

一种宽带阵列幅相与互耦误差联合校正算法

宽带数字阵列雷达接收通道中存在随频率变化的幅相误差和互耦误差,会严重影响雷达性能。针对这一问题,提出了一种宽带数字阵列幅相与互耦误差联合校正算法。首先选取通带内多个离散频点,对于每个频点,将幅相误差和互耦误差作为一个整体,采用基于子空间原理的窄带校正算法估计其阵列失真参数,并计算校正矩阵;然后将其组合起来,构成频域离散校正矩阵;最后基于最小二乘准则,设计了宽带有限长脉冲响应(FIR)校正滤波器矩阵。利用该矩阵,可实现通带范围内任意带宽入射信号的校正。计算机仿真实验验证了该算法的有效性。对实测数据的处理结果表明该算法在宽带数字阵列雷达系统中具有实用价值。     

匀转速逆合成孔径雷达的越距离徙动补偿

针对ISAR系统中的匀转速目标,本文提出了一种有效的校正由目标均转速旋转引起的越距离徙动(MTRC)的方法,对方位向上越距离徙动进行校正。它采用基于PD算法的Radon变换在方位向上得到精确的二次相位系数估计值,然后直接在时域上对越距离徙动校正,获得了更高的分辨率。Outlier-delete算法是一种在时域校正方位向越距离徙动的算法,在高信噪比条件下可以实现很好的聚焦效果,而在低信噪比条件下,该算法会出现严重误估计,导致聚焦失败。本文提出的Radon-PD算法具有很好的抗噪性,通过仿真并与Outlier-delete算法进行性能比较,验证了算法的有效性和可行性。     

基于位图的三维地形景观生成

地形模型的三维实时显示技术是虚拟现实的一项关键技术。地形模型的建立是地形三维仿真研究的重点之一。在现存的各种地形模型的生成方法中,利用地形位图建立地形模型的方法一经提出,便因其算法简单,形象直观,易于实现等特点日益得到重视并且广泛的应用于游戏制作和虚拟场景的构建等领域。基于地形位图图像,成功的建立了较大规模的地形模型,进行了纹理映射,结果真实感较强,并实现了实时交互的场景漫游。     

Image Correlation with Geometric Distortion Part II: Effect on Local Accuracy

The effect of geometric distortion on the local accuracy of the image registration algorithms using cross correlation is presented. Using a probabilistic model describing images as homogeneous random patterns, expressions for the mean and covariance of the local error vector in terms of image and noise autocorrelation functions, geometric distortion, and reference image area are derived. The geometric distortions considered are those represented by an affine transformation of image coordinates. It is shown that for a fixed geometric distortion there is an image size (integration area) that minimizes the local error. The optimum area decreases with increasing geometric distortion.     

复杂地形下基于三视约束的景象匹配方法

 景象匹配通过将飞行器实拍图像与机载的基准图像比较而进行导航。当飞行高度较低时,由地面大起伏引起的实时图几何变形会严重影响匹配性能,造成匹配精度下降甚至出现误匹配,这一问题严重制约了现有景象匹配系统的应用范围,比如无法应用于建筑林立的城镇地区和梯田、丘陵地带。本文首先推导了小视场内无几何变形的高空竖直透视投影模型;在此基础上,依据三视约束关系,把相邻两幅下视实时图像的特征赋给该透视模型所成的像,得到消除几何变形的特征模板,再和基准图进行匹配。因此,所提方法不仅能处理由飞行器姿态引起的实时图几何变形问题,而且适用于城镇等地面存在较大起伏的地形。理论分析和仿真实验表明,该算法取得了较好的结果,具有良好的环境适应能力,实用性较强。     

进气总温畸变在压气机中的数值模拟

为了研究进气总温畸变在压气机中的传递特性,建立了压缩系统的几何模型,通过求解非稳态三维欧拉控制方程,计算了气流参数在压气机各截面的分布,获得了一种计算进气总温畸变的方法。以某三级压气机为例,对模型的有效性进行了验证。在进口存在周向总温畸变的情况下,计算得到了总压、静压、总温、静温和流量系数在各截面上的分布规律,得出了该三级压气机对总温畸变的响应。     

Image Correlation with Geometric Distortion Part 1: Acquisition Performance

The degradation in acquisition probability that occurs when cross correlation is used to determine the offset of two images of the same scene that differ by a relative geometric distortion is presented. The geometric distortions considered can be represented by a general affine transformation of image coordinates. The analysis shows that for a given geometric distortion there is an image size and shape that minimizes the probability of false acquisition. The results are derived for images modeled as random patterns with arbitrary auto-correlation functions. The results are illustrated for images with Gaussian autocorrelation functions.     

基于散乱数据表面法矢的二次曲面拟合

 为了解决二次曲面拟合算法中因几何参数初值计算方法不精确而导致的求解效率低，甚至失败的问题，提出了基于表面法矢的二次曲面直接拟合算法。采用不同的模型对该方法与已有二次曲面拟合技术进行了性能对比测试与分析。在此基础上建立了二次曲面提取的方案,给出了散乱数据二次曲面提取的实例。实验与理论分析表明，文中方法可以精确求解二次曲面的几何参数的初值，从而提高了曲面拟合算法的性能，为逆向工程中的数据分割与特征提取提供了新的技术手段。     

航空发动机管路测量数据分割方法

 为了提高航空发动机管路测量数据的反求建模效率,提出了一种区域增长分割算法。该方法主要是利用管路表面在曲面索引系数映射、主曲率映射、高斯映射上的特性,并基于均值漂移算法和遗传算法提出了区域分割算法中种子区域的选择策略。然后利用区域增长分割方法实现了对管路测量数据的分割。经过仿真和实测数据验证,所提管路分割算法具有较好的分割质量和效率。     

双臂自适应夹具加工变形控制方法

在叶片加工过程中,由于叶片的薄壁和曲率多变特点,易受装夹、切削力和残余应力的影响而产生弯曲、扭转变形。针对该问题,本文提出了一种双臂自适应夹具加工变形控制方法,将加工过程中产生的变形逐层消除。首先,对叶片的变形成因进行分析;然后,通过对无应力装夹和加工应力释放原理进行研究,设计了一种可提供6个自由度的自适应装夹机构,并对该机构进行了工程设计和机构分析;最后,基于这种6自由度双臂自适应装夹机构,形成了本文提出的加工变形控制工艺,不需多次修复基准和更换机床,就可以逐层消除新产生的变形。实验结果表明,采用双臂夹具自适应加工变形控制方法,可以有效控制叶片加工过程中产生的变形,使叶片的轮廓误差降为原来的50%,提高了其加工精度。     

Optimum Windows for Image Registration

Two-dimensional cross-correlation techniques are applied to the problem of image registration under the assumption of small geometric distortion. Optimum window functions are derived for two performance measures of interest: peak-to-sidelobe ratio and mean-square registration error. The latter is examined in terms of the contribution caused by noise and the contribution caused by geometric distortion. A generalized Lagrange multiplier approach is used to derive approximate solutions assuming random images. The case of Gaussian autocorrelation functions is examined in detail. Results of applying the theoretically derived window functions to real data are presented, showing significant improvement in correlator performance.     

某型飞机/发动机模拟板设计与校准

为满足某型飞机/发动机相容性试验要求,提出了一种基于插板试验数据的半经验方法,用于模拟板的设计.在获得模拟板大致轮廓和阻力系数校验的基础上,通过模型的吹风校准试验和若干次环面基元畸变指数的调整,对比目标图谱的环面畸变强度和环面低压区大小,确定开孔的环面、孔的数量和孔的尺寸.结果表明,模拟的流场可满足某型飞机/发动机试验的要求.      

7085铝合金残余应力及加工变形的数值仿真与试验

毛坯残余应力的测量以及零件的加工变形分析是航空整体结构件数控加工工艺研究的难题。应用MSC.Marc软件对某型飞机主起支撑接头的7085铝合金锻件毛坯的淬火-压缩工艺进行了数值仿真,获得了毛坯残余应力分布趋势;应用X射线衍射法与钻孔法测量了毛坯表层残余应力分布,提出了基于系数修正法的毛坯残余应力分析方法,通过最小二乘法（LSM）拟合仿真值与试验值以获得应力修正系数,并对毛坯残余应力分布的仿真结果进行修正,获得了实际毛坯的残余应力分布;由此进行了主起支撑接头缩比零件加工变形仿真与验证试验。研究结果表明：7085铝合金块状毛坯残余应力数值仿真结果与测试结果的趋势吻合,为应力修正提供了物理基础;相对于未修正的应力分布,基于修正后的应力分布仿真获得的变形结果精度提高了50%;7085-T7452铝合金的毛坯残余应力是导致主起支撑接头加工变形的主要因素。