计算机虚拟北航的建造与人机交互的实现

提出了虚拟北航校园场景数据库的层次结构,给出了基于碰撞检测的模型控制面场景调度控制方法,实现了冗余建模数据删减、纹理映射、多级层次细节模型三种场景复杂度消减策略,着重讨论了基于标准二维输入设备的实体选择算法并实现了对受限运动实体的操纵,最后简要介绍了一个通用的、与模型无关的漫游引擎框架结构的实现.     

基于动态逆的高超声速飞行器鲁棒自适应控制

针对高超声速飞行器运动学模型具有高度非线性、多变量耦合及参数不确定等特点,提出了一种基于非线性动态逆的控制系统鲁棒自适应控制器设计方法.该方法将飞行器的运动方程分成速度子系统和高度子系统,利用控制输入的功能分配,并结合虚拟控制指令设计与非线性动态逆技术,实现速度和高度的稳定跟踪.为消除系统中模型不确定性和外界干扰的影响,采用鲁棒自适应滑模控制策略进行补偿.仿真结果表明:所提出的控制器设计方法不仅满足飞行器速度与高度跟踪性能的要求,且对模型不确定性和外干扰具有一定的鲁棒性.      

发动机羽流作用下的实时月尘运动仿真

月尘运动是月球探测器软着陆过程中不可或缺的重要环节,针对发动机羽流作用下月尘运动真实感不强和月尘颗粒运动模型过于简单的问题,提出了一种逼真的实时月尘运动仿真方法.通过计算流体动力学(CFD, Computational Fluid Dynamics)和二次谢别德插值(Quadratic Shepard)方法,分析和计算单个月尘颗粒的运动学模型,得到一定初始条件下粒子运动的二维轨迹曲线;通过分析粒子的数量、初始位置、初始速度、生命周期等参数对粒子运动学的影响和变化规律,抽象出月尘系统的粒子集;建立基于月尘粒子集的月尘运动模型.实验结果显示:该运动模型逼真的模拟了发动机羽流作用下月尘腾起、飞溅、弥漫、消散等运动过程,视觉真实感和实时性能良好,对研究真空环境中的月尘运动及月球软着陆等相关领域具有一定的参考意义.目前该方法已应用于北航虚拟现实国家重点实验室月球软着陆仿真系统.     

卫星电缆柔性体参数化几何建模方法研究

针对卫星电缆属于柔性件的特点,提出以动态非均匀有理样条B曲线( Dynamic NURBS)建立基于物理特性的电缆几何模型和动力学模型.模型综合考虑了电缆刚度、质量分布、内部变形能等物理量,经仿真验证该模型能在虚拟环境中有效反映电缆的真实形态和运动状况并估算电缆长度,为卫星电缆的虚拟装配提供理论支持.     

一种高精度视频目标检测与分割新方法

根据动态视频场景与多目标检测的应用需求,提出了一种变分光流场与mean shift图像分割相结合的高精度运动目标检测与分割新方法.依据动态场景多运动目标检测的约束条件提出变分光流场优化计算模型,并给出其数值解法.在此基础上提出结合meanshift的高精度运动目标检测与分割算法,此方法对摄像机运动和静止情况都适合,能够进行同一场景中多个运动目标的高精度检测,并且不需要事先的学习和人工干预,具有通用性.     

基于动态RCS的无人机航迹实时规划

传统的无人机航迹规划主要采用仅考虑无人机与雷达距离的简化雷达威胁模型,未充分考虑无人机雷达散射截面RCS(Radar Cross-Section)随自身姿态角改变而产生的动态变化.据此,提出了无人机周向动态RCS模型,并建立了综合考虑无人机动态RCS与雷达距离的探测概率模型,利用遗传算法进行了基于动态RCS的航迹实时规划,计算结果与传统航迹规划结果进行了对比.仿真结果表明该模型的可行性和有效性,能充分利用无人机自身的优势规避威胁,满足无人机的航迹实时规划的要求.      

基于机场探鸟雷达数据的鸟击风险评估

提出一种实时鸟击风险评估方法.该方法利用机场探鸟雷达获取的实时鸟情信息,通过估计鸟击概率和严重程度实时评估鸟击风险.以飞鸟和跑道位置为自变量建立预估方程,计算鸟击概率.将德尔菲法和层次分析法（AHP,Analytic Hierarchy Process）相结合,建立鸟击严重程度估计模型;该模型充分利用了专家知识和定量计算的优点,称为DAHP模型.为减少该模型中同一层次上参数的个数,将影响评估结果的因素置于一个双层模型中,避免由于同一层次上参数过多造成比较矩阵不满足一致性的问题.本评估方法经过了三跑道的北京首都国际机场仿真数据和单跑道的北海福城机场实测数据的测试.     

运动副间隙对卫星天线双轴机构动态特性影响

卫星天线指向精度要求高,天线驱动机构中有运动副的存在就不可避免地含有间隙,研究间隙等非线性因素对卫星天线驱动机构动态特性影响尤为重要。以某型卫星天线双轴驱动机构为研究对象,基于虚拟样机技术,采用非线性弹簧阻尼模型建立了间隙处的接触碰撞模型,同时采用库伦摩擦模型考虑运动副间隙处的摩擦作用。通过对虚拟样机进行动力学仿真,分析研究了运动副间隙及其大小、不同驱动力矩等因素对双轴驱动机构动态特性的影响规律。结果表明:间隙及过大的驱动力矩将使天线定位精度降低、稳定性变差。综合考虑各因素影响,对卫星天线系统进行结构优化,是提高天线定位精度的有效途径。     

空间对接机构6自由度半物理仿真试验台运动特性分析

以对接机构6自由度半物理仿真试验台为对象,讨论试验台设计过程中应考虑的关键问题,建立其数学模型,进行运动仿真,给出仿真结果,并分析试验台运动性能的影响因素.     

新型直线振荡电机建模与动态特性实验

针对提出的直接驱动液压伺服泵新原理，设计了一种短行程永磁直流直线振荡电机，阐述了基于最小磁阻理论的电机工作原理，采用一种哈尔巴赫磁极阵列空心动子设计结构，用于提高电机动态响应能力，并利于谐振弹簧的安装.利用Matlab/Simulink建立了电机的集中参数数学模型并给出传递函数，通过正弦电压扫频激励，获取了电机空载下的电流频率特性以及恒定负载下的效率频率特性.基于电机模型设计了电流环与位置环双闭环控制结构，用于提高电流的频响与位置跟踪能力.最后对设计的电机进行了空载谐振与闭环动态实验研究，实验与分析仿真结果基本吻合，验证了电机模型与闭环控制结构的有效性.     

飞船舱段应急分离过程的动力学分析和计算

在上升段大气层外当出现紧急情况时航天飞船的逃逸及随后的舱段应急分离过程是复杂的多个舱段的相对运动过程。针对这个过程,建立了舱段的相对轨迹运动和相对姿态运动的数学模型,包括动力学方程、运动学方程和几何关系方程,定义了对象组合体,强调了主体和客体的关系;并且按工程实际情况划分了飞行阶段。在数学模型以及对象定义和阶段划分的基础上建立了一个大规模的软件来进行全面的分析和仿真,并给出了典型工况下的结果示例。     

基于雷诺数的大气阻力模型在飞行器再入预报中的应用

随着对空间技术服务需求的增加和空间碎片主动移除技术的实现,未来空间碎片将以数量多、质量大、难分解等特点频繁再入大气层,给地面人员和财产安全造成更多威胁.因此,亟需对火箭体等大型航天器的大气再入进行预警,然而因缺乏合适的大气阻力系数模型难以实现高精度的大气再入预报.为此,在简化航天器模型的基础上引入基于雷诺数的大气动力模...     

空间运动体上梁的三维动力学建模和仿真

对附着在空间运动体上梁的动力学问题进行了研究,运用Lagrange方法建立了中心刚体作任意三维运动时,梁作横向振动和纵向振动的动力学方程,考虑了柔性梁的横向弯曲变形所带来的纵向位移,这种耦合变形使所得到的振动方程包含了动力刚化效应,这是与传统的梁振动模型的不同之处,最后通过仿真算例验证了该方法.      

A Partially Orthogonal EnKF approach to atmospheric density estimation using orbital debris

A key requirement for accurate trajectory prediction and space situational awareness is knowledge of how non-conservative forces affect space object motion. These forces vary temporally and spatially, and are driven by the underlying behavior of space weather particularly in Low Earth Orbit (LEO). Existing trajectory prediction algorithms adjust space weather models based on calibration satellite observations. However, lack of sufficient data and mismodeling of non-conservative forces cause inaccuracies in space object motion prediction, especially for uncontrolled debris objects. The uncontrolled nature of debris objects makes them particularly sensitive to the variations in space weather. Our research takes advantage of this behavior by utilizing observations of debris objects to infer the space environment parameters influencing their motion.The hypothesis of this research is that it is possible to utilize debris objects as passive, indirect sensors of the space environment. We focus on estimating atmospheric density and its spatial variability to allow for more precise prediction of LEO object motion. The estimated density is parameterized as a grid of values, distributed by latitude and local sidereal time over a spherical shell encompassing Earth at a fixed altitude of 400 km. The position and velocity of each debris object are also estimated. A Partially Orthogonal Ensemble Kalman Filter (POEnKF) is used for assimilation of space object measurements to estimate density.For performance comparison, the scenario characteristics (number of objects, measurement cadence, etc.) are based on a sensor tasking campaign executed for the High Accuracy Satellite Drag Model project. The POEnKF analysis details spatial comparisons between the true and estimated density fields, and quantifies the improved accuracy in debris object motion predictions due to more accurate drag force models from density estimates. It is shown that there is an advantage to utilizing multiple debris objects instead of just one object. Although the work presented here explores the POEnKF performance when using information from only 16 debris objects, the research vision is to utilize information from all routinely observed debris objects. Overall, the filter demonstrates the ability to estimate density to within a threshold of accuracy dependent on measurement/sensor error. In the case of a geomagnetic storm, the filter is able to track the storm and provide more accurate density estimates than would be achieved using a simple exponential atmospheric density model or MSIS Atmospheric Model (when calm conditions are assumed).     

双体小行星系统平衡态与稳定性研究

由于双体小行星独特的运动形式可为行星的演化提供重要线索,因而成为小行星探测中的热点目标。基于双椭球体模型研究了双小行星系统的相对运动、平衡态及稳定性。首先基于双椭球的全二体模型建立了双星系统相对运动的动力学方程;其次利用拉格朗日方程,通过求解系统角动量和能量,建立了双星系统平衡态对应的状态约束;最后给出了通过零速度状态曲面判断双星系统平衡态稳定性的一般性方法,在此基础上分析了小行星物理参数变化对系统平衡态稳定性的影响。研究可为未来双体小行星系统探测任务中的轨道设计与控制提供重要的理论参考。     

复杂交通场景中多运动目标分割算法

针对室外复杂交通场景中多运动目标分割问题,提出了一种由变化检测和运动分割组成的算法,利用水平集算法对帧差图像进行变化检测得到运动窗口,在运动窗口范围内进行改进的k-均值聚类分割,利用运动相似性进行分割区域融合.算法避免了整个图像的分割,减少了运算量,完整的分割出运动目标.试验结果表明,算法不仅能从复杂交通场景图像序列中有效的检测和提取出运动目标并有很强的鲁棒性,而且能够解决运动目标的遮挡问题.      

限制性三体问题共线平动点轨道近似解析解

随着深空探测成为航天领域的研究热点,与其密切相关的三体问题基础研究也日益重要,尤其是在深空探测任务设计中处于基础地位的共线平动点附近运动的研究,更是具有重要的工程应用价值。在圆型限制性三体问题下,对共线平动点附近运动近似解析解的研究已经较为全面,但在更接近真实情况、更具一般性的椭圆型限制性三体问题下,相应的研究却相对较少。针对此背景,参考借鉴圆型限制性三体问题的研究方法,首先根据平动点的特性计算出平动点的位置,然后将非线性三体动力学模型在共线平动点处线性化,最后结合线性系统理论,获得了椭圆型限制性三体问题下共线平动点附近运动的近似解析解,并将其与经典的圆型限制性三体问题下的近似解析解进行对比分析,仿真结果证明了方法的有效性,同时也表明所推导的椭圆型限制性三体问题解析解相比圆型限制性三体问题解析解具有更高的精度。