基于Monte-Carlo辐射模型的水下光场绘制技术研究

过去的几十年中人们提出许多处理光照及阴影的方法,但这些常规方法大都致力于生成空气介质中真实感的三维动画,而对传统的水下光场及光影的动态效果建模问题研究较少。给出一个水下光场及流动光影效果的计算机模型。该模型从海洋水体的光传输物理特性,然后根据该特性给出Monte-Carlo模型,通过研究风海波下光的干涉现象及漫射现象,建立水下光场的二三维可视化模型,基于改进的全局光照及辐射度模型实时计算出阴影的流动效果。此外,还给出了生成三维水下光场及动态光影的方法及相应的游戏动画图例。     

波浪干扰下的AUV纵向运动建模与模型预测控制

针对近水面航行的AUV,研究了其波浪影响下定深控制问题。基于弗劳德—克雷洛夫假设(Froude-Krylov Hypothesis),采用切片理论计算AUV近水面运动中受到的随机波浪干扰力和力矩,并以此作为扰动项建立随机波浪作用下AUV纵向运动的线性化数学模型。采用模型预测控制方法进行仿真研究,使AUV的航行深度和俯仰角达到期望值。仿真结果表明:该方法能够有效提高AUV近水面航行过程中的抗波浪干扰能力,系统具有良好的动态性能。     

基于粒子群的反鱼雷算法设计与仿真

在潜艇遭遇鱼雷攻击进行机动规避的过程中,针对潜艇防御鱼雷时水声对抗器材的优化配置问题,研究了一种典型的反鱼雷对抗策略,并建立了对抗过程中相关实体的运动及水声探测模型,在此基础上将粒子群算法用于对抗过程中四个决策变量的智能整定,对使用水声对抗器材与潜艇的规避有机结合的对抗策略进行合理优化,结合蒙特卡洛法对算法进行设计和仿真。通过比较,采用粒子群算法的反鱼雷对抗策略可以提高潜艇的生存概率,对研究水下作战中潜艇防御鱼雷具有实际的参考意义。     

编队协同中的Ad Hoc网络MAC协议

大量研究分析表明,退避机制和竞争窗口的优化设计能够改善IEEE 802.11 DCF MAC协议的性能.结合无人机编队和卫星编队自组织分布协同应用场景,给出了基于IEEE 802.11 DCF MAC协议的优化改进机制:DCF/CCW.该机制改变IEEE 802.11 DCF MAC协议中根据MAC帧的多次碰撞以确定竞争窗口值的方法,通过监控信道获得系统中竞争节点数目,使用最优常数竞争窗口,从而减少碰撞机率,获得网络性能的提高.该机制具有一定的拓扑适应性,当网络结构发生变化时,监控信道获得的系统竞争节点数随之变化,从而可动态调整最优常数竞争窗口.对该机制下的系统吞吐量和接入时延的分析结果显示:网络规模一定时,系统吞吐量受竞争窗口大小的影响较大,而系统平均接入时延的影响较小.该机制对提高和完善编队协同网络的通信性能具有一定的意义.     

基于变参数PID的航空发动机电调技术

为了满足现代高性能航空发动机对控制系统的较高要求,基于数字电子控制技术,利用发动机转速测量信号解除了转速对被控燃油流量的耦合作用,利用燃油流量信号补偿了由飞行高度、马赫数和转速等因素引起的发动机增益的变化,采用变参数PID算法实现了系统转速的无静差控制,同时保证了燃油流量不发生超调.结果表明:采用该项电调技术进行发动机控制,可以有效地提高系统的控制精度、快速性和平稳性;控制效果全面优于机械液压调节器.     

旋转导向钻井工具随钻测量系统存储功能研究

井下随钻测量系统的存储单元是调制式旋转导向钻井系统的关键技术之一.设计实现了基于串行EEPROM存储近钻头随钻测量井下工况数据的单片机系统,该系统采用大容量存储方式将采样的数据定时存储起来,起钻后读出数据,实现即时数据的回放.给出了硬件设计电路及软件设计思想,并采用C51语言实现井下大容量、长时间的数据采集存储.地面试验及井下试验证明该存储功能的有效性和可靠性,能够解决目前随钻测量参数的存储问题.     

远程水下航行器自动驾驶仪设计

针对某新型远程水下航行器,设计并实现了该水下航行器的自动驾驶仪系统,阐述了系统的方案组成、硬件设计和软件设计.该系统在硬件设计上采用了先进的CAN总线技术,增大了信息通讯量,简化了系统,并提供了良好的扩展性;在软件设计上采用了pCIOS实时操作系统,提高了系统的实时性.半实物仿真试验结果表明,该系统硬件设计合理,满足程序运算和数据存储的要求;软件设计具有良好的实时性,满足实时性要求,并具有较高的可靠性.     

一种简化虚拟海洋环境建模与渲染方法

海洋环境的可视化与虚拟现实是数字海洋研究领域的重要发展方向之一,是开展海洋科学研究与军事训练的有效手段.以vega Prime和Ⅵsual C++.NET为开发平台,对虚拟海洋的建模与环境生成技术进行了深入研究;提出了一种多维描述层形式构建虚拟海洋模型,并介绍了该模型的体系结构;此外,还提出一种动态纹理映射技术取代粒子系统,对漂浮物、泡沫和鱼群等进行模拟,大幅度降低计算量;该系统同时还提供了风成浪的数学模型以及海洋LOD技术研究;实现了在计算机系统中一定范围的虚拟海洋环境的模拟.开发和应用结果表明,该系统实时性好,效果逼真,具有一定的工程意义.     

AUV视觉系统的可视化技术研究与实现

AUV视觉仿真系统是一个能够对AUV视觉系统的软、硬件等进行验证的实时半实物仿真系统.简要介绍了AUV视觉系统的基本理论,提出了较为完善的AUV半实物仿真系统的研究模型与软件框架;在Vega Prime中利用纹理亮度方法解决了彩色仿真图像灰度化的问题,实现了对黑白摄像管的模拟;采用一种复杂的光线能量衰减公式,逼真的模拟出海底AUV聚光灯效果;该系统同时还提供了对摄像机的简单仿真.开发和应用结果表明,该系统实时性好,效果逼真,对AUV视觉软、硬件系统开发、测试具有重要的意义.     

基于OPNET的水声通信网络设计与仿真

水声通信网络是实现如海洋数据采集、离岸勘测与战术监测等水下系统无线信息传输的主要手段,但其性能受水声信道特性影响严重.为此,采用oPNET对水声通信网络节点模型与分层协议进行设计与实现,其特征包括基于CDMA的多用户检测以及RTS-CTS-DATA-ACK信道握手流程与网络分配向量(NAV)帧冲突处理机制等.同时建立并测试了一个包含1个主节点与5个传感器节点的水声通信网络,仿真结果表明主节点物理层采用多用户接收技术能够更好的克服冲突,减少数据包重发,从而获得更高水声通信网络的吞吐量,减少端对端传输延时与能量消耗.