星体剩磁矩对姿控系统影响的仿真研究

低轨道长寿命三轴稳定卫星采用动量轮提供其姿态控制力矩，利用磁力矩器对动量轮进行饱和卸载，本文通过建立整星动力学、运动学、动量轮控制系统和近地空间磁场模型。进行仿真运行，研究整星剩磁矩与近地空间磁场相互作用及其对动量轮姿态控制系统的影响。     

基于AR技术的多人互动地球仪系统

为解决地球大数据因具有多源、高维、时变和海量等特征而难于理解和分析的问题，提出一个基于AR的多人互动地球仪系统。融合AR技术的系统架构，实现虚拟信息与实物地球仪无缝叠加的虚实结合效果；设计了数据可视化展示方案，实现对地球大数据在三维立体空间中的可视化展示；提出了一种轻量级的多人多终端协同机制，提高系统的实用性和趣味性。该系统不仅为探索地球奥秘提供了新手段，也为向公众进行科普教育、从多个角度认识地球、解读地球大数据提供了新方式。     

近地空域环境仿真模型的框架研究

分析了近地空域中的各种环境因素和参数、环境因素特征，构想了环境因素场的存在、分布规律和相互作用，粗略勾勒了建立环境模型的框架，提出了空中飞行器对环境的感知问题。     

基于激光扫描数据的三维可视化建模

利用地面三维激光扫描仪获取的空间数据,进行了三维空间地物可视化建模研究,提出了利用地面固定激光扫描数据建立建筑物三维可视化模型的框架。针对激光扫描数据的特点进行了地物分离和降噪处理,提取目标建筑物,去除测量噪声和遮挡物;应用平面分割和Hough变换对目标物识别并提取特征点、线、面,进行目标建筑物立面整体匹配纠正,在此基础上,对原始测量数据进行重新采样和多站点拼接配准,得到正确的、完整的目标建筑物立面信息;通过构建三角网建立三维表面模型,通过进行纹理映射实现三维模型可视化表达。试验结果表明,利用上述方法可以有效地处理三维激光扫描获取的空间点位数据,实现对建筑物快速三维可视化建模。     

基于地球3D场景的飞行器运动轨道仿真

分析了地球引力场中飞行器运动建模与仿真的发展对建立地球参考模型的需求,并建立了一个地球3D参考体——由地球椭球体模型和地心3D直角坐标系所组成的空间定位和定向系统。描述了飞行轨道数据矢量、不同空间参考坐标之间的变换关系,说明飞行轨道在地球模型上演示的可行性,以及可视化的重要性。在MATLAB环境下设计和实现了飞行器运动轨道基于地球3D场景的仿真软件系统,包括系统的体系结构、主要函数和用户界面。     

机载雷达三维空间湍流场产生与仿真分析

为有效分析机载雷达湍流场产生机理以及在有因次和无因次条件下的湍流变化规律,利用快速傅里叶变换三维对称特性产生出三维零均值高斯噪声,结合Von Karman模型建立了空间三维湍流场模型,并提出了一种机载雷达湍流信号的处理算法。在三维湍流场计算机仿真中引入了湍流尺度和湍流强度参数。仿真结果表明,产生的三维湍流场能较好地符合实际情形,可以满足机载雷达对湍流目标检测的飞行仿真要求。此外,在有因次情形下的湍流变化规律与无因次情形下基本是一致的,但其波动幅度要大于无因次情形。     

一种基于医学三维数据场模糊分割的体元投射算法

论证了医学三维数据场边界过渡区域的存在性，并提出了一个修正体元投射算法。该方法先对三维数据场进行归一、整数化的预处理，并修正扩展二维图像的分割方法，使之适用于提取三维数据场边界过渡区。在此基础上将三维数据场非此即彼的分类优化为将数据场分为边界过渡区域和非边界过渡区域的模糊分割，再分别予以不同的体元投射绘制。最后给出的实验结果表明，算法既可以提高了数据场过渡区域的图像质量，又可以保证图像的绘制速度。     

基于浅水风浪谱的海浪水压场模型仿真与校核

对海浪水压场高精度建模仿真,是水雷水压引信研究的一个重要工作.依据由我国附近海域实测数据总结出的风浪谱模型,对浅水层海浪水压场进行建模仿真,并利用牛顿迭代法优化模型计算,提高仿真的精度和计算速度.对比实测海浪水压场特征参量,对仿真结果进行校核,证明仿真模型在特征参量准确性和作战仿真实用性方面取得不错的效果.     

纳卫星轨道热环境仿真分析

轨道热环境分析对于纳卫星热控系统的设计与仿真研究具有重要意义。针对进行纳卫星轨道热环境分析的关键问题,通过详细的数学分析,建立起计算简单、便于应用的纳卫星本体质心坐标系内的太阳向量、地球向量的仿真计算模型,以及外热流分析所必需的其它时变空间几何参数的计算方法,满足了纳卫星热控系统的在轨仿真计算中快速、简便的进行太阳辐照、地球辐照、地球反照等外热流计算的客观需要,进而应用上述模型和方法对一椭圆轨道近地空间探测纳米卫星的轨道热环境进行了仿真计算,并对其结果进行了详细的分析与讨论。     

小偏心率空间碎片天基短弧定轨方法和实验

低轨空间碎片数量巨大, 对航天器在轨安全运行造成严重影响。天基光学是空间碎片观测的重要发展方向。低轨天基光学观测平台观测低地球轨道空间厘米级碎片的观测弧段相对较短, 由单个观测弧段难以确定目标的初始轨道, 初始轨道的误差也不容易评估。本文基于可行域方法, 建立了初始轨道确定和误差估计算法。针对天基短弧光学观测数据的初始轨道不易确定的问题, 本文提出了圆轨道辅助可行域方法。通过与商业遥感卫星合作, 利用遥感视频星开展了低轨空间碎片观测实验, 并利用天基实测数据对所提出的计算方法进行了验证, 为后续利用初始轨道进行弧段间关联奠定了基础。     

地磁导航基准图三分量数学仿真方法研究

针对现有地磁场磁测数据尤其是三分量数据难以满足地磁导航技术研究需求的问题,同时为了给后续的地磁导航技术研究提供一种较为真实的仿真验证手段,提出一种使用三分量数值计算的方法用以实现地磁导航基准图的数学仿真。使用Maxwell软件对磁性体磁化磁场进行数值计算来仿真静态磁场三分量的空间分布,辅以地磁场的时间变化模型和误差组合模型,通过径向基函数法插值后,得到数学仿真的地磁导航基准图。计算结果表明该方法可以对地磁场进行高精度的数学仿真,可以为地磁导航相关技术的研究提供试验验证平台。     

地球云场景的模拟仿真

为了研究全球的大气运动情况,需要不断观察地球云层的分布状态和运动趋势。运用计算机技术建立了基于八面体剖分法构造的球面网格模型;以全球高程数据为基础进行了三维地球的模拟;利用改进的分形几何算法生成了逼真的静态与动态云图;通过球面纹理映射实现了云场景在球面上的融合;最终给出了逼真的全球云场景的模拟。仿真模拟算法在虚拟战场环境模拟和全球气象环境再现等软件中进行了应用,模拟仿真效果满足了系统的需要。     

基于多层等值面的电磁环境三维可视化研究

电磁环境三维可视化是目前虚拟战场环境中亟待解决的问题之一,提出多层等值面的方法来表现三维电磁环境。数据生成采用了Longley Rice电波传播模型,该模型考虑地形遮挡以及大气影响,计算生成了用频设备的三维空间电磁波强度值。为了直观表现电磁波强度在空间中的分布范围,采用多层Marching Tetrahedra(MT)等值面的方法,表现了多个不同强度大小的电磁环境分布,解决了面绘制方法在对体数据内部数据细节表现不够的缺陷。为了提高电磁环境的可视化性能,充分利用现在图形处理器(graphic processing unit, GPU)的通用计算能力,实现了硬件加速多层等值面一起提取输出的方法,降低CPU计算负荷,加快了等值面提取速度。最后实现了一个可实时交互的电磁环境三维可视化系统,实验结果表明该方法表现了用频设备在虚拟战场环境中的三维电磁态势,对于用频设备选址和无线通信规划都有一定的辅助作用。     

基于ITM的复杂电磁环境并行计算方法

针对复杂电磁环境仿真中算法复杂、计算量大的特点,构建了一种基于不规则地形模型(irregular terrain model, ITM)电波传播模型的复杂电磁环境并行计算方法。该方法采用三维标量场的数据组织方式描述复杂电磁环境。在并行计算关键的任务分配阶段依据ITM模型的计算特点和三维标量场的数据组织方式,采用了以标量场列为基本单位的静态任务分配方法,有效地避免了地形提取的冗余计算,保证了节点间的负载平衡。经实验验证,该算法并行效率较高,能够有效地满足不规则地形条件下的复杂电磁环境快速计算的需要。     

基于HoloLens的有限元分析变形结果可视化研究

使用Unity3D软件开发基于Microsoft HoloLens的UWP(Universal Windows Platform)有限元分析结果虚拟评审应用。利用Matlab进行编程完成三维实体静力有限元分析。为实现变形效果的可视化,提取有限元分析结果,生成VTK(Visualization Toolkit)格式文件,利用自制的文件转换器转换成.dae文件。在Unity3D软件中编写顶点着色器脚本实现片面模型的颜色显示和变形效果的可视化,最终发布UWP应用。实验结果表明:Matlab和Ansys Workbench有限元分析结果相吻合,基于HoloLens的有限元分析变形结果虚拟评审应用沉浸感强,交互性高,并可以推广到其他有限元分析应用领域。     

基于磁强计的卫星自主定轨算法

为了降低自主导航的成本,针对近地轨道地磁场的特点,提出基于扩展卡尔曼滤波器的地磁导航算法,该算法综合IGRF模型建立了观测方程,根据地磁场的IGRF模型是基于地心固连坐标系的位置函数的特点,采用地心固连坐标系的卫星轨道动力学方程作为状态方程,构造出卫星地磁导航系统的导航模型。仿真研究结果表明,该算法的卫星地磁导航模型结构简单,描述能力更强,导航算法具有较好的稳定性和收敛性。     

基于改进IBFV的矢量场剖面纹理可视化

通过分析经典IBFV方法可视化效果差的原因,提出改进方法:在IBFV过程中使用相关性较高的背景纹理图像。该背景纹理使用GLSL由GPU加速的多重线积分卷积生成。研究了将三维矢量场投影到二维图像空间的方法;利用GPU的顶点颜色插值功能,将离散矢量场转换为连续的纹理数据场,以便于使用GPU完成线积分卷积运算。在算法实现过程中,研究各参数对显示结果的影响,找出合适的取值。通过以上分析和研究,相比于IBFV改进的算法的可视化效果将得到显著提高。     

基于数字海洋环境的视景仿真系统研究

对海洋地理信息的三维可视化技术进行了深入研究。以MultiGen Creator和Veea为三维视景开发平台研究了三维模型的重建问题和海洋环境的生成技术，主要包括海洋信息的提取和实物建模，利用大规模数据库管理技术实现场景的区域化管理，采用星际模型和粒子技术模拟自然环境等。最后论文将生成的数字海洋环境嵌入潜艇航行训练模拟器的三维视景仿真系统中，根据潜艇当前的位置和姿态实时更新场景数据，为训练人员提供更加逼真的训练环境。仿真结果表明，该视景系统能满足模拟器的实时性和逼真性要求。     

基于有限元法的开关变换电路的近场特性分析

为进一步明确电力电子开关变换电路工作时的近场特性，尝试采用基于有限元方法的ANSYS软件以BUCK电路为例进街。了分析，首先采用场路锅合的方法得到与已有结果相符的电感线圈电流波形，在此基础上对采用不同布局的BUCK电路实体原型建立了有限元模型，并对其进行了3D电磁场分析，得到了清晰的电磁场分布及其变化规律。通过分析为电力电子电路的电磁兼容设计提供了依据和新的思路。     

新型横向磁通永磁电机电磁场有限元分析

为了验证新型四相横向磁场永磁电机(TFPM)的可行性,为其建立了模型并进行电磁场有限元分析。采用Solidworks软件,为其新型拓扑结构建立了三维模型;在Maxwell 3D仿真环境下进行网格划分,材料赋值,定义边界条件等操作,对其磁通密度、自定位力、电磁力、转矩等参数进行了三维电磁场有限元分析。实验证明,样机运行平稳,四相结构设计减小了电机自定位力,有效抑制了转矩脉动,有限元仿真结果与实验结果一致,验证了该拓扑结构的可行性。