地形可视化系统关键技术研究与实现

研究了地形可视化领域的关键技术,并将其应用于地形可视化系统的开发。系统使用四叉树结构对地形数据进行组织和管理,基于LOD思想,生成了连续多分辨率地形网格模型。在此基础上,综合应用了裂缝消除改进算法和视景体裁剪技术,实现了视点相关的地形可视化系统,在保证较高视觉效果的同时,提高了渲染速度。     

通用加速计算在环幕失真校正中的应用研究

大规模场景的沉浸式投影系统大都以环幕作为显示设备,而由环幕造成的几何失真使系统真实感大大降低。从环幕产生失真的几何原理出发,通过建立投影平面和成像面之间的坐标映射关系,生成了一种几何失真校正的理论模型。同时,研究了一种适于通用加速计算的图形硬件架构CUDA,基于其多线程的硬件执行机制,通过将几何失真的校正矩阵组织成纹理进行多重纹理贴图映射,设计了预失真校正的硬件加速算法,该算法还利用基于权值的超采样技术对加速中的走样进行了设计。最后,对该方法的校正效率和效果进行了实验验证,证明该方法具有更高的场景交互速度和很好的校正效果。     

高速模拟数据系统中的关键技术问题

本文从设计和工艺两方面分析了高速数据系统中的技术问题，提出了解决这些技术问题的方法，并经作者本人系统研制开发的实践证明是行之有效的。作者对高速数据系统的主要环节调节器，信号采样和数字化部件，运算放大器，高速数据流生成和传输部件，高速数据记录器等进行了深入分析，从理论上的实践上解决了这些问题。     

月面人机联合探测概念研究

月面人机联合探测是载人月球探测任务的基础,是制定载人登月任务模式、设计登月飞行器系统方案的前提。以未来载人登月和月球基地任务为背景,对月面人机联合探测的需求进行了分析,梳理了不同阶段月面典型作业活动,并以此为基础,对月面人机联合探测系统方案进行了论证,设计了面向不同任务的系统组成,分析了月面人机联合探测关键技术,为后续开展有人参与的月球探测任务提供参考。     

XNA中的一种无限大地形生成方法

三维真实感地形是虚拟场景中的基础部分,其绘制的速度与质量是构建三维虚拟场景成败的关键。利用Visual Studio 2008和c#语言,以XNA为工具,用中点偏移算法（Midpoint Displace-ment）生成的值与高程数据之间建立相应的映射关系,建立标准的地形高程数据组快速生成了三维网格地形。在渲染过程中利用本方法可以模拟随海拔高度而各异的生态现象。实践证明,用该方法能在普通的PC机上生成有真实感的无限大地形,并能方便的应用到虚拟现实系统中。     

飞机操纵系统优化设计软件开发与运动仿真

飞机发动机操纵系统和舵面操纵系统通常采用连杆机构传递运动。本文介绍了飞机操纵系统的通用优化设计软件———ACSODS软件。本软件可根据传动系统的设计要求,对传动系统的各参数进行优化设计,同时生成系统运动的动态仿真图,因此,可以大大缩短传动系统的设计周期和设计费用。软件操作简便,界面友好,有较好的人机对话式的交互功能,并具有直观形象的设计特点,为设计者提供了一个高效、实用的设计平台。通过与实际系统的比较,设计结果完全能满足系统的要求。     

月面巡视机器人快速安全路径规划

为提高月面巡视机器人自主探测任务的效率及安全性,提出了一种基于月面数字高程地图的大范围自主探测快速安全路径规划算法。首先根据获取的月面数字高程地图设计了一种地形可通过性分析方法,并生成了欧几里得距离地图（EDM）为安全路径规划提供参考。然后针对A^*算法解决月面巡视探测问题时搜索速度慢、未考虑路径安全性的问题,提出了FSA^*算法,改进了A^*算法的搜索机制以适用于月面大范围路径的快速搜索,并结合EDM地图设计了一种安全启发式函数,可使生成路径尽量远离危险区域,提高了巡视机器人自主探测过程的安全性。最后选取月球艾特肯盆地区域作为仿真场景,验证了该算法的有效性。     

一种电动式操纵负荷系统建模与仿真研究

操纵负荷系统是飞行模拟器的重要组成部分,它是向飞行员提供操纵力的人感系统,同时还要完成操纵面偏角的实时计算。文章首先介绍电动式操纵负荷系统的系统结构,然后对系统各环节建立其数学模型,最后对系统控制器进行设计。     

考虑系统扰动的永磁同步电机复合控制策略

提出一种结合滑模速度控制和扩展滑模扰动观测器的永磁同步电机复合控制策略。滑模速度控制采用新型趋近律设计,扩展滑模扰动观测器对系统内部参数摄动以及外部负载干扰进行准确估计。所设计的复合控制器通过系统扰动估计环节对控制系统中的综合扰动项进行实时估计,用以对速度控制环节进行前馈补偿,实现控制系统自抗扰控制。试验结果验证了所提出控制策略的有效性和可行性。     

基于分形迭代的地形模拟算法研究

三维地形是虚拟自然环境中不可或缺的因素,文中对现有的基于分形迭代的地形生成算法模型进行了分析,对各种构网方式下的地形生成算法的视觉效果、计算效率、fBm特性等进行了分析比较,最后分析了分形地形模拟中产生“折痕”的原因,并通过对现有的地形生成算法进行改进有效地克服了“折痕”问题。     

基于SS-ROI分割和CNN的交互手势识别

针对月面机器人在执行空间任务期间与航天员之间交互时的手势识别问题,提出一种基于SS-ROI分割和CNN的手势语义解读算法。利用SS算法的多策略融合优势,将待测图像生成目标候选区域,提取的各区域PHOG特征送入SVM分类器中进行分类,定位手势区域。采用7层网络结构对16种手势样本进行训练,得到迭代模型。对手势区域输入的迭代模型进行类别判断,得到识别结果。实验结果表明,算法验证识别率达到97.63%。     

着陆工况对月球着陆器着陆缓冲性能影响分析

复杂的着陆工况对月球着陆器缓冲机构的工作可靠度影响很大。基于典型的四腿式月球着陆器建立月面着陆过程动力学仿真模型,构造了二阶响应面等效分析模型进行敏感度分析,分析了着陆工况各组成因子对着陆器缓冲机构缓冲性能的影响,发现对缓冲性能影响显著的工况因子有足垫与月面摩擦系数、竖直速度、沿z轴方向水平速度、等效月面坡度及绕y轴转角。通过蒙特卡洛模拟研究了工况因子取值对缓冲性能的影响,并通过贝叶斯公式计算了可控着陆工况因子不同取值时的缓冲可靠度。研究发现,采用光滑足垫及降低关闭发动机时着陆器距月面的高度可以提高着陆器的着陆缓冲可靠度。     

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。     

面向载人月球探测任务的月面机器人系统初探

未来有人参与的月面活动将更加复杂和多样化。针对载人月球探测任务对月面机器人系统的需求,介绍了空间机器人的发展现状,提出了我国月面活动按机器人先导探测、人机联合探测、远期科研站建设分步开展的设想,论证了月面活动不同发展阶段对机器人系统的任务及能力需求,按有限规模、多功能集成的原则提出了各阶段机器人配置设想,分析了月面机器人系统发展在移动、操作、感知、交互、环境适应性方面需解决的关键问题。     

基于新型终端滑模的航天器执行器故障容错姿态控制

针对受干扰的刚体航天器冗余执行器存在故障与控制受限的姿态跟踪控制问题,提出一类基于新型指数形式的非奇异快速滑模面（ENFTSM）与趋近律的姿态容错控制器设计方法。当部分推力器发生故障时,假设剩余推力器具有输出饱和特性且能提供足够推力保证航天器执行任务,相比一般终端滑模控制器,本文设计的控制器不仅能使系统状态以更快的速度到达平衡点,且不需要在线对执行器故障信息进行检测和分离。基于Lyapunov方法证明本文设计的控制器能保证闭环系统稳定,且能有效地抑制外部干扰、控制受限和执行器故障等约束。最后对提出的控制算法进行了数值仿真,其结果表明了该控制器的有效性。     

飞机操纵舵面偏角测量系统设计

针对传统舵面测量方法的弊端,提出了一种新型的舵面偏角自动化测量系统。通过分析测量系统各组成部分的工作原理及布局,对整体测量系统的设计及详细实现方案进行了论证,表明该新型舵面偏角测量系统能够节省人力、提高生产效率、缩短生产周期。     

飞机总能量控制系统的研究Ⅱ─—非线性控制律综合与仿真

在已设计出的飞机总能量控制系统核心环节的基础上,研究了各种高度和速度控制模态下系统的构成和工作原理;研究了各种非线性安全保护功能在系统中的设置与实现;分析了极限推力状态下,飞机质点能量运动的特点;研究了对轨迹和速度的控制优先级的设置与实现技术;最后对此非线性多变量控制系统进行了综合与仿真,得到了满意的设计与仿真结果。     

非线性气动弹性模型参考自适应控制

 首先将含有前/后缘双控制面二元机翼的动态方程以状态空间形式描述,然后考虑俯仰方向的迟滞非线性模型存在参数不确定性的情况下,利用Lyapunov稳定性理论进行了结构化模型参考自适应控制律设计。仿真结果显示：所设计的控制律能够使开环不稳定的气动弹性系统快速地达到稳定状态。由于最大控制面偏转的存在,来流速度较高时闭环系统仍会发生颤振;根据控制面最大偏转的不同取值,文中给出了闭环临界颤振速度的变化曲线。     

基于新型终端滑模的航天器执行器故障容错姿态控制简

 针对受干扰的刚体航天器冗余执行器存在故障与控制受限的姿态跟踪控制问题,提出一类基于新型指数形式的非奇异快速滑模面（ENFTSM）与趋近律的姿态容错控制器设计方法。当部分推力器发生故障时,假设剩余推力器具有输出饱和特性且能提供足够推力保证航天器执行任务,相比一般终端滑模控制器,本文设计的控制器不仅能使系统状态以更快的速度到达平衡点,且不需要在线对执行器故障信息进行检测和分离。基于Lyapunov方法证明本文设计的控制器能保证闭环系统稳定,且能有效地抑制外部干扰、控制受限和执行器故障等约束。最后对提出的控制算法进行了数值仿真,其结果表明了该控制器的有效性。     

一类地形回避系统的精度分析

本文对目前机载雷达中较为普遍采用的一类地形回避系统进行了精度分析。讨论了系统的误差源。对间隙面设置误差及计算误差进行了分析研究,给出了一些定量的结果。导出了系统的总误差公式。最后,指出了控制系统误差使系统偏于安全的一些关键问题。