基于日心坐标系的三维立体剖分模型及编码

随着空间数据的大量增长,对数据可视化和数据存取效率提出了更高要求,迫切需要对数据进行有效的组织和管理.对庞大的日地空间,采用SDOG-R方法将日地空间剖分为不同分辨率等级的格网,并针对该网格提出相应的编码方案.以太阳风模型数据为例,给出了具体的组织实例,经实验验证,该剖分模型不仅解决了球心处网格过密问题,还满足了径向分辨率大于经纬球面分辨率的需求.基于三维立体剖分的太阳风LOD空间数据模型,不但能提供多分辨率数据,而且显著提高了大规模数据检索和存取速度,有效地支持海量空间数据的组织管理.     

海量数据三角网格生成算法

对海量数据散乱密集难以自动得到邻近点间正确拓扑连接关系的问题,给出了一种用于海量数据的基于增量网格扩展的三角剖分方法.该方法以k阶最近邻域算法快速搜寻边界点的最近邻域,以增量算法的边界环为基础向外生成三角形,实现点云数据点之间合理的三角剖分网格建立.对最佳点的选择提出了3种需遵循的新准则,并根据最佳点的位置不同,详细给出了3种网格拓扑操作来构建新三角网格,可以准确的进行三角剖分.车身曲面测量点云的应用实例表明,该算法可以高效,稳定地直接构建出车身曲面三角网格.      

动态地球磁层的时空剖分编码

动态地球磁层时空剖分模型借鉴了广泛应用于地学大数据的地球格网模型思想，实现了面向地球磁层的动态、非规则化物理空间的多层级剖分，且剖分格网形变稳定，可以实现一定范围内地球磁层时空特性的形式化。在此基础上，对剖分得到的时空格网进行编码表达，以便于计算机存储和处理，这是构建地球磁层大规模观测数据统一管理基础时空框架的另一个关键问题。由于地球磁层特殊的时空特性，经典、单一思路的地学编码方案较难完整地反映格网间的时空关系，因此难以支持格网间的基础时空关系计算。本文融合了整数坐标编码与Morton曲线编码的基本思路，实现了对漂移壳剖分格网的高效编码方案设计，完成了动态地球磁层的时空框架构建，从而为地磁数据的高效组织和处理奠定了基础。实验证明，本文提出的编码方案编码效率较高，且可以支持高效的相邻关系计算，为动态地球磁层多源、多层级、异构的大规模观测数据的组织与计算提供了一种解决方案。      

逆向工程中散乱数据点三角剖分的波前算法

提出一种改进的波前算法,从点云任意一点开始构造初始波前,通过匹配点的加入和三角形的形成,不断修正波前并向外扩展,从而对散乱数据点进行三角剖分.对不同测量手段得到的数据点的剖分结果表明,该算法速度快、网格质量高.剖分结果以翼边数据结构存储,供模型重构时使用.      

二维非结构网格的生成及其Euler方程解

 采用推进阵面法生成三角形非结构网格,用多重网格技术求解泊桑方程以取得结构背景网格.提出了一种高效的边界剖分法,并用它来生成初始阵面.另外,还提出了一种新颖的数据结构——数组链接表,用它来存贮网格数据.用有限体积法在非结构网格中求解了二维可压缩Euler方程,给出了单段翼型和多段翼型的算例,并与实验结果进行了比较和分析.     

2D约束Delaunay剖分生成表面模型的表面网格

提出一种生成表面模型的表面非结构化网格的方法.该方法仅假定表面模型的每个面片在取定适当的投影平面时可看成是一个单值函数.对表面模型的每个面片,首先在其相应的投影面上进行二维约束Delaunay剖分,然后对网格顶点进行插值.由于采用联动剖分的策略使得单独生成的各个表面网格在共同边界处匹配.与通常的生成表面网格的网格前沿法相比,本方法无需预先对域的边界进行离散,边界的离散体现在约束Delaunay剖分中恢复限定线段的边界细分过程中,减少了用户干预.通过合理地指定2D约束Delaunay三角化时网格单元尺寸分布函数,可以有效控制表面网格对表面模型的逼近精度和实现自适应的表面网格.实验结果证明了本算法的有效性.     

永磁电动机网格自动剖分

有限元法是一种可以用来求复杂工程问题近似解的数值方法,而求解域的网格自动剖分技术有明显的实用价值。本文根据网格自动剖分的一般原则,阐述了稀土永磁直流电动机矩形槽三角形单元的自动剖分方法及相应的几个功能子程序,并利用Auto CAD绘图软件包方便的实现了网格数据检查和图形显示。     

地质构造的三维可视化

地质构造三维可视化可以将地质勘探数据用直观的图形方式显示,是正确认识地质构造的重要手段,从而为油藏描述提供科学的依据.通过根据已知地质数据的三角剖分和插值,建立了地层层面、断面三角网格模型.研究了地质层面、地质整体模型、地质立体剖切和动态模型等多种三维地质模型可视化流程.提出了建立地质立体模型的方法,即由缝合相邻地层层面、相邻断线分别形成的地质体边界面和断层三角形环状曲面,以及顶地层三角网格层面,共同围成三维地质立体模型.在这一过程中,实现了最近邻优先重构、地层层面三角网格模型的外边界闭合圈多边形追踪及平面与三角网格求交线等关键算法.实验结果提供了从整体到局部的多种地质构造显示手段,从而帮助人们准确快速掌握地质构造.      

任意曲面上射线的寻迹方法

为计算任意曲面上天线间的隔离度,提出一种射线寻迹的新算法——最小夹角法.首先对任意曲面表面进行三角形网格剖分,并按照文中要求的格式生成模型表面网格数据;用文中提出的“最小夹角法”对上述网格数据进行处理,从而达到快速准确地找出任意曲面上、任意两点间的短程线.求解了位于圆柱体、椭球体及任意组合体上任意两点间的短程线长度,验证了“最小夹角法”的准确性.     

空域空间网格标识原理及应用

在对空域空间有限元的相关研究中,构建空域空间的网格标识系统,是将信息技术应用于空域管理、推进空域数字化的重要基础。在美军全球区域参考系统和通用地理位置参考系统基础上,提出了一种同时具备标识平面和立体空间位置能力的参考系统。通过在地球表面以上特定高度之下的空间内,建立一种递归剖分策略方法,将空域空间划分为若干空间网格,不同尺度下的网格既是一种地理空间位置参考系统,也是一种组成空域的基本空域体,以此实现空间位置参考与空间位置标定的混合表达,为开展空域数字化管理提供底层模型。      

基于极点配置的空间站角动量管理

针对惯性系下引力梯度力矩及其他干扰力矩引起控制力矩陀螺（CMG）角动量积累的问题,采用引力梯度力矩来平衡姿态,设计了基于极点配置的空间站角动量管理控制器。首先在惯性系下建立了空间站线性化模型,并分析了俯仰轴方向在惯性系角动量管理的不可行性。由此,将俯仰轴与滚动/偏航轴解耦,不约束俯仰轴方向的CMG角动量,将常值、1倍和2倍于轨道频率的扰动纳入状态方程以抑制其对俯仰轴姿态的影响。在滚动/偏航轴方向将常值扰动纳入状态方程中以抑制其对CMG角动量的影响;将1倍、2倍于轨道频率的扰动纳入到状态方程中以抑制其对姿态的影响。然后采用带极点配置的线性二次型（LQR）算法求解出反馈增益矩阵,该算法可以避免选取权重矩阵,并且根据系统性能要求即能将闭环极点配置到复平面虚轴左侧指定的区域。最后仿真结果验证了该算法的可行性。      

产品数据管理系统中PPOR模型研究与实践

面对数量和体积急剧增长的产品设计信息,企业必须加强产品数据信息管理.尽管从不同的产品数据管理的观点看,有不同的产品数据管理系统,但仍然有一些基本特性是一致的,总结并提出了产品数据管理应当满足的几项原理.PDM(Product Data Management)内涵是集成并管理与产品有关的信息与过程,因此对产品数据管理中的数据管理模型的研究是实现产品数据管理系统的关键步骤.PPOR模型分别是指产品(Product)管理模型、过程(Process)数据管理模型、组织(Organization)管理模型和资源(Resource)管理模型,各模型之间相互关联,构成了产品信息管理的框架.这些模型都用EXPRESS-G语言描述,并且按此实现了基于STEP标准的原型系统.     

基于人体热调节模型的民机座舱热舒适性分析

民机座舱热舒适性研究对我国研制的大型飞机市场竞争力具有重要意义.在舒适性研究中人体热模型的合理性是影响舒适性分析与评价的关键.在开展的有限空间人员热特性实验测试基础上,建立了一种具有热调节行为的人体热模型,将人体复杂传热过程抽象为高温核心区、血液灌注区和等效组织区三者间热传递,很好地克服了常规定壁温或定热流密度人体模型的局限性,计算结果与实验结果吻合较好.将该模型结合文中提出的无迭代PMV(Predicted Mean Vote)热舒适性方程,在保证计算速度的前提下,可实现高人员密度的民机座舱舒适性分析.仿真结果表明:该方法既能够满足复杂空间的计算速度要求,又能较准确地体现人体生理热调节过程,仿真结果可靠性高.     

三维计算流体力学流场的流线构造

流线的计算与显示是流场可视化中的一项基本技术.通过将CFD(Computational Fluid Dynam ics)的计算网格剖分为四面体单元并设置相邻四面体之间的拓扑关系,运用基于四面体侧面 法矢的"指南针"法进行快速点定位,采用自适应步长的数值积分方法直接在物理空间中进 行流线的追踪,避免了物理空间和计算空间之间的转换以及由此所带来的误差,提高了流线 追踪的精度和效率.      

High-resolution, coupled thermosphere–ionosphere models for space weather applications

Current first-principles global models of the coupled thermosphere–ionosphere (T–I) system use grids that are too coarse to simulate the mesoscale and small-scale structures that occur in this complex system. These small-scale and mesoscale structures have a great effect on global-scale neutral and plasma distributions and have important consequences for daily space weather. In this paper, we present a new first-principles, high-resolution, T–I nested grid (TING) polar cap model that incorporates multiple nesting levels and two-way interaction. The TING model simulation of the electron densities and temperatures demonstrates the importance of high spatial resolution. It is found that both the mid-latitude electron density trough and its associated dawn electron temperature peak are more pronounced and structured in the nested grid than in the coarse grid. Using the TING model to simulate ionospheric F₂ region electron density variations with geomagnetic activity and universal time (UT) is also discussed.     

基于目标特性的航天器太阳光压面积计算方法

太阳光压是影响深空探测航天器轨道确定与预报精度最主要的摄动力.针对实际任务需求,采用了一种基于目标特性的光压面积建模与计算方法,根据航天器形状、尺寸、表面材料以及材料光学特性等信息,实现了分析型光压模型的建立与求解,提高了计算效率和精度,可快速计算目标在光照方向上的光压面积、投影面积以及光压比例因子等参数.通过长方体光压面积理论值与仿真值的对比,验证了该方法的准确性和有效性.针对复杂结构探测器开展了光压面积计算,可为深空探测航天器精密定轨中的光压模型解算、定轨及预报提供参考.      

大型空间站航天员出舱条件及相对运动轨迹

应用航天器近距离相对运动动力学方程,在计及空间站尺寸的条件下,研究了大型空间站航天员出舱条件及相对运动轨迹。研究表明, 当航天员在空间站的上、下表面或前表面下方、后表面上方时, 如果没有约束, 将发生自由漂移,其相对运动的轨道平面内模态为中心漂移的椭圆; 如果航天员在相应的位置上有动力 （主动） 出舱, 其相对运动的轨道平面内模态可以为直线、定常椭圆和中心漂移的椭圆, 这与把空间站简化为质点时的结果有本质差别, 因此不能再将空间站视为质点。通过改变航天员的离舱点和离舱速度, 可以改变出舱相对运动轨迹,以满足一定的舱外活动要求