飞行模拟器视景系统的设计与实现

飞行模拟器视景系统是飞行模拟器的重要组成部分,和其它视景系统相比飞行模拟器视景系统具有其自身的特点,包括场景覆盖范围大、涉及的场景对象复杂、视场角较大、对虚拟环境模拟和系统实时性要求较高等特点.针对于这些特点以及整个模拟器应用对视景系统的要求,对飞行模拟视景系统的视景数据库、多通道组网结构以及仿真程序进行了设计,给出了基于Creator/CTS/VegaPrime实现整个系统的开发流程,并对系统实现中的关键技术,包括多通道同步技术、大场景数据库的调度和实时绘制技术、环境模拟技术等进行了较为深入的研究.整个视景系统应用于飞行模拟器平台,实现了对于飞行模拟视景系统特定功能和性能的要求,能够在保证实时性要求的前提下达到预期的视觉效果.     

基于DVR的装甲合成分队战术对抗模拟训练系统设计

装甲合成分队战术对抗模拟训练系统是将战术训练仿真和装备操作仿真集成于一体,实现合成分队战术训练与专业技术训练相结合的仿真训练系统.以该系统开发为背景,介绍了运用分布式虚拟现实技术进行模拟训练系统设计的方案.分析了系统的组成结构、信息流程以及视景系统的软硬件构成,提出了基于多线程技术融合视景仿真与HLA程序开发的视景系统程序设计方案,最后对系统设计开发中运用的关键技术进行了介绍.系统的研制成功,对于开发高质量的模拟训练系统以提升军事训练效果具有重要的借鉴和现实意义.     

基于Creator/Vega的战场飞行视景系统的实时仿真

战场飞行视景系统基于虚拟现实技术开发，有巨大的军事应用前景，可以实时仿真某一战场区域内的态势，具有真实、廉价、沉浸性强等特点。文中介绍了基于Creator／Vega的战场飞行视景系统实时仿真的关键技术与实现方法。该战场飞行视景系统由地面仿真场景和飞行平视显示仪模型构成，从空域对整个战场态势实时仿真，用户可根据屏幕正前方的模拟平视显示仪中数据的实时变化借助外部设备调整飞行姿态，完成某一具体任务。     

飞行仿真器联网仿真视景图像抖动研究

在联网飞行模拟训练中，飞机在编队或对抗中在观察邻近飞机时，被观察的实体在视景系统中会出现抖动现象，严重影响虚拟环境的沉浸感和仿真可信度。研究了抖动现象的产生原因和基本解决方法。指出帧不同步和相邻实体视点坐标转换是产生抖动的原因，结合了帧同步和平滑算法，并将算法和软件实现应用在某型飞行仿真器联网系统中。工程应用结果证明算法能有效地消除临近物体视景图像抖动问题。     

飞行训练仿真器视景显示系统及其方案选择研究

飞行训练仿真器视景显示系统的主要功能，是将图像生成设备生成的视景图像通过显示设备显示给飞行员，它是飞行员获取信息的主要窗口，其性能指标的高低直接影响到飞行训练仿真器性能和模拟训练效果。围绕这一关键子系统，阐述了其分类、不同类型显示系统的组成、显示原理及特点。并通过对现代战争背景下飞行任务训练对视景显示系统要求的分析，提出了飞行训练仿真器视景显示系统方案选择方法。     

飞行模拟器协同训练网络互操作仿真

研究了模拟器协同训练网络和飞行模拟器系统的互操作构架和接口,用于飞机模拟器和商品货架飞行仿真软件的互操作.开发接口代理将不同协议、不同接口的飞行模拟仿真系统(如飞机模拟器、微软模拟飞行X、FlightGear)互联,实现分布式网络飞行模拟训练.将某型飞机飞行模拟器与MSFSX和FlightGear等飞行仿真系统互联演练,验证了提出的互操作构架、接口和代理机制的可行性,对推进构建模拟器协同训练网络具有重要意义.     

航天飞行训练模拟器技术研究

航天飞行训练模拟器是航天员地面训练的重要设备.描述了具有航天特色的模拟器功能与实现架构,探讨了仿真系统,模拟座舱系统,仪表系统、教员系统、视景系统、音响系统及运动系统的实现方法与技术.对以后发展的技术做了展望.     

某型飞机失速尾旋模拟训练系统关键技术研究

针对国内某型飞机失速尾旋模拟训练需求,研制了某型飞机失速尾旋模拟训练系统。系统由多通道球幕视景系统、半实物仿真座舱以及操纵力控制加载系统等组成,采用分布式仿真技术,构建了逼真的人在回路模拟训练环境。针对失速尾旋仿真,对多源气动数据进行了综合处理,构建了大迎角非定常气动力模型,采用大载荷数字电动控制加载技术进行失速尾旋交变力和抖振特性仿真,实现了人在回路的失速尾旋模拟训练。     

基于VEGA PRIME的集束火箭仿真训练系统的研究

介绍了基于Vega Prime的集束火箭视景仿真训练系统的软硬件平台及开发该系统所用到的关键技术。在所用到的关键技术中,详细介绍了在MFC框架下开发基于Vega Prime的视景驱动程序的方法,并给出了相关程序代码;阐述了激光随动系统的工作原理及如何实现集束火箭单发和连发火箭弹的飞行,给出了碰撞检测方法和爆炸特效的制作方法,介绍了训练参数的设置方法以及模拟训练考评系统的工作原理。     

基于Creator的飞行视景三维模型数据库优化技术

根据飞行视景仿真中三维建模的特点和要求,利用Creator强大的可视化建模功能和模型数据库优化技术,从调整模型数据库层级结构、减少模型复杂度和减小模型文件尺寸等几个方面着手,创建飞行视景仿真中所必需的飞机/导弹、座舱仪表和地形等典型对象的三维模型,在模型的复杂度和逼真度之间进行平衡,通过某飞行模拟训练系统软件开发中三维模型优化前后运行性能参数的对比,表明了优化建模的必要性和该建模技术在普通PC平台上支持飞行视景实时仿真的可行性.     

基于虚拟现实的无人驾驶飞机仿真训练系统

为了培训无人机控制人员，研究更为先进、成本更低、周期更短的训练方法，本文以某新型无人机为应用背景，论述了“基于虚拟现实的无人驾驶仿真训练系统”的体系结构与在PC机上的实现过程。该系统在无人机飞行仿真的基础上 ，提出了基于“超包围盒”的碰撞检测技术，使用基于图像的全景建模方法，构建虚拟现实三维飞行实景系统，使得受训人员易于沉浸其中，大大提高训练的效率。该系统研制成功，对无人机控制人员的训练和新型无人机的广泛应用具有重要的意义。     

无人机自主着陆半实物仿真系统设计

无人机自主着陆系统设计是实现大型无人机自主着陆的关键课题。设计了一种基于分米波仪表着陆技术体制的无人机自主着陆半实物仿真系统,用于设计和验证无人机着陆引导系统的稳定性、可靠性以及相关性能指标,替代工程研制的实际试飞,避免承担风险和节省大量人力物力财力。无人机自主着陆半实物仿真系统设计包括分米波仪表着陆系统地面和机载设备模拟器、无线电高度表模拟器和激光测高仪模拟器、无人机数学模型仿真机和飞行控制仿真机以及仿真主控计算机等。实现了对无人机自主着陆全过程的仿真试验,仿真数据可作为研制无人机着陆引导实物系统的重要参考。     

一种基于光纤网络实时飞行仿真系统

提出了一种基于广播内存光纤网的分布式无人机实时飞行仿真系统,通过对系统数据交换网络和功能节点的设计克服了一般的网络环境中存在通信延迟和有限带宽等缺点,使系统实时性和扩展能力都得到保证。系统按照节点功能分为无人机动力学、运动学特性仿真,传感器的仿真,实时仿真飞行数据、飞行轨迹、三维视景显示与数据记录和遥控/遥测与地面检测等部分。半物理实时飞行试验结果表明系统设计正确,满足新型无人飞行器飞行控制系统的内、外回路动态控制功能和性能测试与验证要求。     

基于立体场景的人控交会对接仿真研究

传统的人控交会对接主要通过观察摄像机产生的十字靶标图像来完成,容易造成人的视觉误差,从而导致手动对接失败。结合图形学理论和虚拟现实技术构建的人控交会对接仿真系统为航天员实时提供逼真的虚拟立体场景,通过各种任务想定对航天员进行飞行任务训练。在实验过程中,航天员通过立体眼镜观察虚拟场景中飞行器的飞行状态,同时操作控制手柄改变飞行器的位置和姿态进行手动对接训练。通过不同的对接实验参数设置,航天员可以反复进行不同条件下的对接训练,而不需要执行空间飞行任务。实验结果表明基于立体场景的人控交会对接训练有较高的成功率。     

A Second-Order Sliding Mode Controller of Quad-Rotor UAV Based on PID Sliding Mode Surface with Unbalanced Load

Quad-rotor unmanned aerial vehicle(UAV) is a typical multiple-input-multiple-output underactuated system with couplings and nonlinearity. Usually, the flying environment is very complex,so that it is impossible for the UAV to avoid effects derived from disturbances and uncertainties. In order to improve the reliability of flight control, we established the dynamic model of quad-rotor UAV by Newton-Euler equation in unbalanced load conditions. Considering external disturbances in the attitude, a second-order sliding mode controller was designed with PID sliding mode surface and Extended State Observer(ESO). The simulation experiments have got good control performance,illustrating the effectiveness of our controller. Meanwhile, the controller was implemented in a quadrotor UAV, which carried a pan-tilt camera for aerial photography. The actual flight experiments proved that this paper dealt with the high stabilization flight control problem for the quad-rotor UAV,which laid a good foundation for autonomous flight of the UAV.     

基于深度强化学习的UAV航路自主引导机动控制决策算法

针对无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)航路终端约束情况下航路自主引导机动控制决策问题,采用Markov决策过程模型建立UAV自主飞行机动模型,基于深度确定性策略梯度提出UAV航路自主引导机动控制决策算法,拟合UAV航路自主引导机动控制决策函数与状态动作值函数,生成最优决策网络,开展仿真验证。仿真结果表明,该算法实现了UAV在任意位置/姿态的初始条件下,向航路目标点的自主飞行,可有效提高UAV机动控制的自主性。     

基于Flightgear模拟器的实时可视化飞行仿真系统

针对国外某型无人飞行器,建立了非线性六自由度飞行模型和自主导航控制系统,在此基础上,利用Flightgear飞行模拟器外部数据输入/输出接口,将飞行仿真数据通过网络实时传递,驱动Flightgear可视化引擎,实现飞行仿真中,飞行姿态、天气条件和地理环境的三维实时可视化显示。仿真试验表明,该可视化飞行仿真系统可扩展性强,开发周期短,系统建设简单,使用方便,为今后的深入研究打下了良好基础。     

飞翼无人机地面滑跑建模与航向控制

无人机在地面滑跑阶段的运动特性与空中飞行阶段不同,建立无人机在这一阶段的数学模型,对进一步研究实现无人机安全的自动起降有重要意义。以飞翼布局无人机为研究对象,对其进行详细的受力分析,建立了地面滑跑阶段的非线性数学模型;采用主轮不对称刹车与阻力方向舵协调控制的方案进行无人机滑跑时的航向控制,并在Matlab/Simulink平台上进行仿真,由仿真结果表明模型可用。     

无人机三维编队保持的自适应抗扰控制器设计

针对无人机编队飞行过程中领航无人机在三维空间机动飞行时的编队队形保持问题,构建了无人机三维编队保持控制系统。根据无人机编队飞行三维空间几何学关系,利用无人机自动驾驶仪模型和编队运动学模型建立了旋转坐标系下三维编队飞行的数学模型。在考虑闭环系统存在时变外界干扰的情况下,设计了无人机编队保持的自适应控制器,并基于李亚普诺夫理论,对设计的自适应控制律的稳定性进行了证明。最后通过仿真验证,该控制器能够有效抑制干扰带来的影响,使僚机能够迅速跟随长机机动,并保持编队队形的稳定。     

基于超扭曲算法的无人机动态逆编队控制器设计

针对扰动条件下的无人机编队飞行控制系统,研究了一种将非线性动态逆（nonlinear dynamic inversion, NDI）理论与超扭曲算法相结合的非线性编队控制方法。以其中一架僚机的编队控制器设计为例,在无人机质心动力学和运动学模型的基础上,建立了基于偏差的编队控制系统,从而将编队控制问题转化为僚机的路径跟踪问题;在二阶滑模控制中超扭曲算法的基础上,设计了僚机的NDI控编队控制器,以消除滑模算法中存在的抖振现象,并实现对位置指令的跟踪及干扰的抑制。最后以3架编队无人机构成的编队飞行控制系统为例,对此方法进行了数学仿真,仿真结果表明基于该方法的编队控制系统具有良好的稳定性和鲁棒性。