机载视觉和IMU融合的无人机自主着舰研究

针对无人机着舰过程中动-动平台视觉相对定位、定姿难的问题,搭建了一套可模拟不同海况下的无人机着舰物理仿真系统,并进行基于机载视觉和惯性测量仪(IMU)融合的无人机自主着舰研究。使用六自由度转台模拟不同级别下的海况,采用机载视觉检测和跟踪降落平台上的合作标志,计算出无人机相对于标志板的位姿,控制无人机在标志板上空悬停、自主降落到降落平台上。试验结果表明,该方法能为无人机在高海况条件下的自主着舰提供高精度的相对定位数据,并引导无人机实现安全地自主着舰。     

基于虚拟现实技术的无人机操作员训练应用

随着虚拟现实(VR)技术的高速发展,VR技术已在多领域得到广泛应用。针对无人机复杂程度高,功能繁多,操作模式多样化的特点,对空勤操作员的操作使用技能提出极高的要求,迫切需要探索新的训练手段,提升操作员操纵无人机的熟练度和遇到特情故障时,精准快速的决策能力。提出将VR技术应用到无人机操作员训练:首先,从知识、技能和心理素质3个维度对训练需求进行深入分析,面向需求构建基于VR技术训练器的系统架构;并对架构中各模块的功能和要素展开分析;最后,对训练器的关键技术进行提炼。提出的以计算机技术为核心的视、听、触觉一体化的虚拟训练器,能够为受训学员提供高逼真、直观的沉浸感,最大限度地实现训练任务重构,为无人机训练提供崭新的平台。将VR技术应用到无人机训练和以往传统的模拟训练相比,具有系统造价低、训练费用少、训练周期短的优势,使训练效率大大提高,降低训练危险程度,是无人机操作员训练未来重要的发展方向。     

航天员舱内虚拟训练体验质量评价试验研究

针对虚拟训练系统的体验质量问题,采用用户主观评价的方法,从多个维度设计指标,选取典型的虚拟训练任务,设计了用户体验试验,对航天员舱内导航与操作虚拟训练系统的体验质量展开了评价。结果表明,用户总体体验满意度较高,系统能够模拟逼真的环境,带给用户身临其境的感觉,且用户自觉虚拟训练有实效;但也存在诱发生理不适,交互设备使用不自然的问题,需要进一步完善。     

人工势场与虚拟结构相结合的无人机集群编队控制

采用人工势场法进行无人机集群编队控制时,无人机集群通常难以准确地到达期望位置,且容易陷入局部极点问题。针对上述问题,提出一种人工势场与虚拟结构相结合的无人机集群编队控制方法。在三维空间中设立虚拟结构质点,并将其分为编队参考点和目标参考点两部分,通过建立集群个体间以及个体与编队参考点之间的人工势场,使得无人机集群在该势场作用下以编队参考点为参考形成预设编队,再通过建立目标参考点和编队参考点之间的人工势场,使得无人机集群在该势场作用下跟随编队参考点轨迹到达期望位置。仿真结果表明,在随机的初始位置条件下,无人机集群可以跟随编队参考点快速形成预设编队,并准确地到达期望位置。     

无人机虚拟视景显示技术研究

基于无人机模拟飞行的虚拟视景显示技术是三维可视化显示研究的一个重点,虚拟视景实时同步显 示是三维可视化实现中必须解决的一个难题。本文分析了实现无人机模拟飞行三维虚拟视景系统的基本结构、 实现过程以及显示方式,提出了无人机模拟飞行三维虚拟视景可视化空间信息动态同步、多方位、多视角的显 示方式及显示的关键技术。     

模型实时驱动的航空发动机沉浸式虚拟运行系统

为实现多学科信息的融合与沉浸式表达,针对当前虚拟现实技术在航空发动机领域的应用存在多学科信息综合表达不 足、仿真实时性低等问题,开发了一种跨学科异构模型集成仿真的航空发动机沉浸式虚拟运行系统。在信息融合与实时交互方 面,研究航空发动机气动热力性能实时仿真、实时控制、参数化结构建模与仿真、数据实时共享与多学科联合仿真集成等技术,实 现了模型实时驱动的航空发动机虚拟运行功能;在数据可视化及3维渲染方面,研究结构数据轻量化处理技术、实时渲染优化技 术,对温度、压力等流场数据进行实时映射,实现了逼真、流畅的沉浸式实时渲染效果。基于上述研究工作,在中国首次开发了1 套由模型实时驱动、跨学科数据集成的航空发动机沉浸式虚拟运行系统,结果表明：该系统实现了发动机结构、系统和性能模型数 据的关联与交互。相关技术和成果可用于协同设计、沉浸式评审、虚拟培训等场景,为未来实现数字孪生、虚实融合的数字发动机 研发提供关键技术支撑和参考。     

基于体态识别的航天员虚拟训练仿真技术研究

以未来空间站任务建设虚拟现实训练器为需求,为了最大限度地降低虚拟现实设备穿戴给航天员带来的额外束缚,提出了一种新的基于体态识别的航天员虚拟训练仿真系统:采用平行双目视觉原理和偏振立体电视实现立体图像的生成与显示;采用人体三层模型实现虚拟航天员表达,采用骨骼动画实现人体典型动作自动演示、Kinect实现人机交互过程中人体跟踪和运动控制,适合于空间站任务航天员训练、工效验证、典型流程演示等人机交互应用。     

无人机系统模拟训练体系构想

为满足无人机飞行员/操作员对模拟训练的需求,达到飞行员/操作员不同阶段、不同训练层次的训练效果,充分发挥装备的作战效能,提出了无人机系统模拟训练体系的详细构想。从无人机地面站的岗位设置类型和特点、模拟训练功能和层次需求以及国内外现状等角度论证了基于高、中、低搭配的模拟训练体系构想。本体系构想主要包括单机虚拟训练系统、嵌入式模拟训练系统和战术模拟训练系统。     

变形无人机地面站一体化设计方法

针对具有半双工数据链变形无人机地面操控困难的问题,提出一种Windows平台下供外场使用的便携式变形无人机地面站一体化设计方法。采用虚拟技术、地理信息技术、消息与内存共享机制,实现了变形无人机数据链从物理半双工到虚拟全双工的转换,完成了便携式变形无人机地面站的工程化。经外场试飞验证,该地面站在虚拟全双工模式下数据指令最短发送周期能够达到20ms,其性能已经达到物理全双工系统的指标,为今后研制开发低成本、小型化的无人机一体化地面站提供了技术支撑。     

VxWorks下飞行模拟系统研究与设计

介绍了基于嵌入式实时操作系统VxWorks的无人机仿真系统。建立了无人机动力学及运动学数学模型,给出了气动系数的拉格朗日插值计算方法,采用一种全新的方法实现飞行模拟,即利用RTW接口下载飞机数学模型到VxWorks操作系统。最后给出了半物理仿真和全数字仿真的对比曲线,验证了仿真系统的正确性。该系统的研制成功,对于验证无人机飞控/导航控制律及加快无人机研制进度有重要意义。     

虚拟训练仿真中空间定向能力的影响因素分析

虚拟定向训练是空间站内定向训练的重要手段,制定合理有效的虚拟定向训练方案需要探究清楚影响虚拟环境下人定向能力的各类因素。结合空间站内虚拟训练的特点,从人的空间能力和虚拟训练系统的交互方式两个方面提出了影响虚拟训练仿真中定向能力的因素,并从理论上分析了这两大类因素在虚拟定向训练中的作用,形成了虚拟训练仿真中空间定向能力影响因素的综合分析结果。     

虚拟座舱显示系统关键技术研究

根据实际飞行仿真系统中的任务需求,以国内外先进战机座舱显示系统开发经验为基础,结合虚拟现实技术,应用专业的图形开发平台,设计完成了一套“一平三下”的座舱显示系统。文中介绍了该虚拟座舱显示系统的组成结构,深入研究了下视显示子系统中无人机控制台的设计和雷达图像动态显示以及平视显示子系统开发中目标定位和与视景叠加等关键技术问题和解决方法。开发完成的虚拟座舱显示系统具有逼真程度高,实时性好,信息显示标准化、告警分类化,系统模块化、扩展性好等优点,尤其是下视显示系统中无人机控制站和雷达图像显示的开发,增强了飞行员态势感知能力,使该系统在国内同类系统开发中处于领先地位,并在实际仿真系统中得到了应用。     

美军无人机系统训练综述

通过对美军各军种无人机和无人机系统训练相关研究文献和指导性文件的分析研究,本文对美军无人机系统训练发展情况进行了综述,主要内容涵盖2000年前后到目前的美军无人机系统操作军官训练需求、训练体制、训练设施规划思想、以及对未来无人机系统操作军官的训练思考等。最后,本文总结了发展无人机系统综合训练系统需要考虑的几方面问题。     

失重状态下旋转陀螺交互操作的仿真研究

针对在地面难以使用实物进行空间操作任务训练的问题,提出了一种基于人机交互和物理引擎技术的交互操作虚拟仿真方法,并实现了失重状态下旋转陀螺的虚拟操作训练。实现中首先建立航天员和陀螺的三维图形模型和用于碰撞检测的物理模型,并采用虚拟现实设备数据手套和位置跟踪仪实时跟踪获取受训人体的实时运动数据,用于交互控制虚拟航天员的运动,最终通过物理引擎及仿真算法计算失重状态下旋转陀螺的运动状态。结果显示,该方法较好地解决了旋转陀螺定轴特性仿真问题,能够满足虚拟训练的实时性和有效性要求。     

一种基于状态转换的适用于嵌入式舰船电力虚拟模拟训练的发电机组仿真方法

针对嵌入式舰船电力虚拟模拟训练系统的特点,提出一种适用于嵌入式舰船电力虚拟模拟训练的发电机仿真方法。设计构建了基于状态转换的发电机组仿真模块,提出了正常状态和故障状态两种模式下的发电机组仿真状态转换方法,简化了发电机组仿真模型,使发电机仿真既满足了发电机在模拟训练中训练场景逼真性的要求,又解决了发电机在模拟训练中训练过程实时性差的问题。     

无人机空战仿真中基于机动动作库的决策模型

根据无人机空战仿真需要和专家系统原理,建立了一套基于机动动作库的快速响应自主空战机动决策系统模型;根据第三代战斗机空战中典型的机动动作,建立了相应的专家数据库;通过对驾驶员经验的分析,建立了专家知识库,并将整套决策模型应用于空战仿真中.仿真结果表明,应用该模型建立的空战仿真系统,可以使无人机根据实时战场环境,实现快速自主决策空战模拟飞行.     

面向任务协同的云端融合计算架构研究

以有人机/无人机自组云为场景,研究了基于云数据中心、有人机和无人机任务协同的云端融合任务协同处理架构,在该架构中,有人机作为边缘计算处理节点,无人机作为端节点。通过分层设计,将基于无人机自组云的云端融合架构自顶往下划分为用户应用层、组件服务层、资源抽象层、操作系统层、物理资源层五个层级,并对各层级进行功能划分设计。最后通过典型实例仿真试验做了架构性验证。     

“新舟”60飞机虚拟维护训练器研究

结合国际先进飞机虚拟维修仿真设备的理念和应用,给出了虚拟维护训练设备的整体设计框架．从系统仿真到维修交互技术两个方面对其关键技术进行了说明,并结合“新舟”60飞机的维修特性,以典型维修过程为例进行了初步应用验证。     

基于滑模的多无人机系统协同编队控制

针对具有非完整约束的多无人机系统编队控制问题，提出了一种基于滑模的协同编队控制算法。控制目标是使多无人机系统能够收敛到期望编队，并且能够跟踪上期望的运动轨迹。在领导-跟随结构中，编队的期望运动轨迹由一个动态的虚拟领导者来表示，仅部分跟随者先验已知虚拟领导者信息，并且所有跟随者之间只能局部交互信息。首先，采用分布式状态观测器，使所有跟随者能够在有限时间内估计出虚拟领导者的状态。然后，利用该观测器的估计状态，提出了基于滑模的协同编队控制算法。最后，基于李雅普诺夫稳定性理论证明了多无人机系统的稳定性,并且通过5架无人机的仿真验证了所提算法的有效性。     

基于现代教育技术的虚拟实验系统构建模式的研究

虚拟实验系统是现代教育技术和实践教学理论相结合的产物。通过对网上虚拟实验系统构建技术的全面分析和总结 ,将适合于高职高专院校的虚拟实验教学系统的构建模式划分为模拟演示型、系统仿真型、虚拟操作训练型和真实测量型等四种类型 ,并给出了对于高职高专院校具有重要的意义的构建方案、实现思路、适用场合和应用案例