飞行仿真中雷达地形数据库构建关键技术

雷达图像仿真是飞行仿真的重要组成部分,而雷达地形数据库为雷达图像仿真提供基本的数据支持。为构建满足仿真精度与实时性要求的雷达地形数据库,对相关关键技术进行了研究。在分析雷达图像仿真原理的基础上,研究了雷达地形数据库在分布式飞行仿真系统中的应用方式和组成形式。根据所用数据源的不同,对雷达地形建模技术进行了分类,并分析了不同建模方法的优缺点。比较了网格式与多边形式2种数据存储与调度技术的特点和适用性,指出多分辨率表示技术雷达地形建模中的重要性,给出了一种材质数据多分辨率映射的基于材质最大出现概率的子取样方法。对机载雷达实波束地形测绘成像进行了仿真。     

一种实用的地形回避/地形跟踪算法

给出了一套地形回避/地形跟踪算法,即动态规划法与线性规划算法,根据即时的飞行任务、地形数据、威胁区信息与天气情况等,可以实时在线地规划出有人驾驶或无人自主控制的飞行器的三维最优飞行轨迹。该算法与软件包在F-16战机的地形回避/地形跟踪系统的升级改造中得到了成功应用。     

直升机前视地形告警算法研究

为了更好地利用直升机地形感知与告警系统,减少可控飞行撞地事故的发生,提出了一种适用于直升机地形感知与告警系统的前视地形告警算法.首先介绍了直升机前视地形告警的基本原理,并给出了前视告警包线的设计流程;然后提出了前视告警包线下视边界、前视边界、上视边界和横侧边界的确定方法;最后构建仿真算例进行了仿真验证.仿真结果表明,提出的算法可以在直升机飞行撞地前提前预警.     

基于前视地形的极限告警曲线算法研究

针对作战飞机在低空中的可控飞行撞地问题，提出基于前视地形的极限告警曲线算法。该算法建立了飞机运动学模型、地形感知模型、飞行轨迹预测模型和极限告警曲线算法模型。首先，根据地形高程数据，以飞机拉起轨迹与地形的最小间距是否大于最小安全距离作为寻找极限告警点的判断条件，对上述模型进行仿真得到飞机的极限告警曲线。然后，综合考虑地形倾斜角和飞行员承受过载，对曲线进行优化，给出适宜飞行员拉起避障的最优告警曲线。最后，开展了仿真算例验证。研究结果表明，所提算法可依据飞机爬升性能和地形变化给出正确的极限告警曲线和最优告警曲线，当飞机前方有碰撞危险时可成功拉起避障。     

低空突防实时仿真中DED数字地图的地形提取技术研究

DED地形文件格式是MutiGen公司的专有数据格式,尚无关于其数据存储格式的详细说明,为在低空突防实时仿真系统中应用DED地形数据构建地形探测雷达模型、验证突防算法,通过实验分析得出DED地形文件信息存储格式,给出了地形数据提取与坐标转换的算法,有效地克服了低空突防实时仿真中缺乏大范围高精度地形数据的问题,解决了数学仿真和视景仿真地景完全匹配的难点问题。     

OpenGVS中三维云的快速模拟

三维云的模拟可以大大提高飞行模拟器视景的逼真度,粒子系统又是模拟三维云的有效方法.介绍了三维视景中模拟三维云的几种常用方法,分析了OpenGVS中仿真云的局限性以及粒子系统模拟三维云的优点,在分析粒子系统的基础上,提出了一种在OpenGVS中基于灰度图约束的模拟三维云的方法,利用该算法,通过恰当选择粒子数量和粒子模型可以在取得逼真效果的同时满足视景系统实时性的要求.最后给出了在OpenGVS中的实现方法.     

虚拟战场地形重构技术研究

在虚拟战场的大地形的建模中,因地形数据过大和计算机技术所限,一直没有很好的解决方案满足军事视景仿真系统的需要。文中根据战场环境地形建模的实际需求,提出了数据对称拟合的算法,可以有效地简化地形DEM数据,解决地形数据过大的问题,同时提出了基于双三次B-样条的地形重构算法,根据地形区域关注程度不同,而采用不同的地形分辨率,对地形进行细化重构,可有效地降低计算机的负荷。实践结果表明,满足了大规模虚拟战场环境三维地形视景仿真的需要。     

基于数字地图预处理的低空突防航迹规划

为保证飞行器能够实现所规划的航迹,研究了将地形及飞行器性能等信息融合构造虚拟地形表面的数字地图预处理方法,包括数据插值具体步骤和地形平滑处理方法。通过设计综合地形跟随、地形回避、威胁回避(TF/TA2)的目标函数,对最小威胁曲面进行转化,提高了实时航迹规划的速度,采用微分进化(DE)优化算法,实现了三维TF/TA2最优实时航迹规划。仿真结果表明,此地图预处理和实时航迹规划算法是有效可行的。     

雷达威胁环境下的无人机三维航迹规划

提出了一种雷达威胁环境下应用A*算法进行低空突防三维航迹规划的方法。首先对地形高程数据进行综合平滑处理,建立满足无人机机动性能要求的安全飞行曲面,并结合雷达威胁量化模型,计算出地形遮蔽雷达盲区的范围,最后在满足地形遮蔽雷达盲区的安全飞行曲面上运用A*算法规划出三维飞行航迹。仿真结果显示,该算法能简单、快速地获得三维最优航迹,易于工程实现。     

地形跟随适应角控制方法

(1)综述了国内外地形跟随技术的发展与应用概况;(2)详细介绍了地形跟随适应角控制方法的原理、技术改进及其控制指令算法;(3)将适应角法与另一经典控制方法——样板法进行了比较。通过一条零指令线,说明了两者本质上的一致性;(4)从航迹优化的角度,给出三次样条肮迹的基本模型,讨论了适应角法的参数优化设计问题,给出了一种可行的设计方法;(5)以适应角法为基础构成地形跟随控制系统,分析了系统的基本要求和系统基本组成,研究了其飞行控制系统的设计原则与方法;(6)以某型飞机作为研究对象,进行了地形跟随系统的数字仿真,给出了框图及仿真结果。最后通过分析比较,说明适应角法地形跟随系统的控制方案是可行的。     

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TERCOM-ICP联合算法的水下地形匹配方法研究

水下地形辅助导航一直是应用于AUV的热点和前沿问题,有助于修正惯导随时间积累的定位误差,以实现精确的导航定位。对经典地形匹配方法TERCOM算法进行了简单的介绍,引入点云配准领域的ICP算法,针对多波束测深系统可以获取地形剖面的特点,提出了一种TERCOM-ICP联合匹配算法。首先使用TERCOM算法粗匹配,将粗匹配后的大致位置作为指示输入ICP算法中进行精匹配,通过仿真实验对TERCOM算法的匹配结果和ICP算法的匹配时间作对比分析。仿真结果表明：TERCOM-ICP算法可以有效提高水下地形匹配精度,经过仿真实验测试,平均匹配误差可以达到20 m以内,所用时间在160 s以内,验证了该算法应用在水下地形匹配领域的可行性,更好地满足了水下辅助导航的要求。     

现代飞机自动地形跟随系统控制律的研究

自动地形跟随系统是现代飞机低空突防系统的一个重要组成部分,在利用地形遮蔽以提高飞机生存能力的军事领域具有重要的意义.本文以飞机纵向地形跟随控制系统为研究对象,应用适应角法设计了飞机纵向地形跟随控制律,并建立了相应的结构图和仿真验证模型.结果表明,设计的控制系统得到了良好的地形跟随效果.     

非线性PD控制在自动地形跟随系统中的应用

提出了一种非线性PD控制方法，并将其应用在自动地形跟随系统飞行控制律的设计中。对采用常规PI控制与非线性PD控制的飞行控制系统进行了鲁棒性仿真比较以及典型地形跟随误差仿真比较。结果表明，采用非线性PD控制方法设计的控制律具有良好的鲁棒性与跟随性能。     

低空突防实时航迹规划计算机方案设计研究

地形跟踪/地形回避、威胁回避(TF/TA2)实时航迹规划计算机是综合TF/TA2低空突防系统的控制核心.系统按照由它产生的最优航迹产生制导指令,并控制飞行器按此最优航迹完成突防任务.本文提出了一种实时航迹规划计算机的设计方案.该方案采用由共享存储器耦合的三个智能模块(即智能总线接口、航迹规划处理机和数据处理机)并行运行的结构,以提高系统的运行速度,满足低空突防对航迹规划计算机的实时性要求.其中,航迹规划处理机和数据处理机的双机互备份降级运行方式提高了系统的可靠性.此外,以闪存为存储介质的内存数据库使系统检索和读取机载数据的速度大大提高,且闪存的非易失性保证了机载数据的可靠性.     

三次样条最佳地形跟随系统的研究

 本文用线性规划法取代二次规划法以实现三次样条最佳航迹的计算,简化了约束条件,且能在原有飞行自动控制系统基础上设计航迹自动跟踪系统,从而大大地减少计算工作量,使得原来无法实现的Funk及Kelly等人的三次样条最佳地形跟随方案十分接近于实时实现条件。混合仿真结果表明。6370m长的最佳航迹可于14.6 s内算完,而飞机飞过这段航迹要用20 s,且这种算法可以保证飞过高度变化范围达1000 m的地形,地形跟随系统的实际高度与参考值的误差不超过10 m,最大法向过载在0～3 g之闻,满足了当前地形跟随系统的基本技术要求。     

地形跟随系统中最优飞行参考轨迹的线性规划算法

结合飞机地形跟随的实际,首先提出了在构造最优期望的地形跟随飞行轨迹时确定地形模型包线的方法。然后通过引入松驰变量,剩余变量和人工变量,构造辅助目标函数Z1,以及应用换基运算,对线性规划问题进行了必要的简化,使参考轨迹的计算更简便。航迹角修正法的采用,进一步修正了规划出的飞行轨迹,从而获得了理想的飞行参考轨迹。最后,以随机地形为例对规划出的最优飞行参考轨迹进行了数字仿真,其结果符合地形跟随时最优参考飞行轨迹的要求。