闭环增益成形算法用于船舶非线性模型控制

闭环增益成形算法根据闭环频谱及灵敏度函数所希望的形状,用最大奇异值、带宽频率、频谱峰值和高频渐近线斜率4个具有工程意义的参数构造出鲁棒控制器。采用响应型船舶运动非线性数学模型,设计基于闭环增益成形算法的鲁棒控制器,然后在Matlab的Simulink下进行系统仿真。仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的鲁棒性能,施舵合理。     

基于a&ω六自由度运动模型的船舶运动参数发生器

针对航海模拟器中船舶运动数学模型建立过程过于复杂、仿真的有效性难以验证的问题, 结合船舶自身机动特点设计了一种新的船舶运动参数发生器, 可生成航海模拟器所需的各船舶运动参数。首先, 在响应模型的基础上, 建立了基于线加速度和角速度(linear acceleration and angular velocity, a & ω)的船舶运动模型。然后, 通过船舶运动微分方程求解了船舶位置、速度、姿态、航向等运动参数信息。最后, 提出相似度评估指标并将其应用于基于实测数据的仿真的验证。仿真验证结果表明, 船舶运动参数发生器能有效地模拟船舶在多种机动状况下的运动, 各船舶运动参数的相似度均在80%以上, 是一种有效的航海模拟器的船舶运动模拟仿真研究方法。     

基于AIS的船舶驾驶实时增强仿真系统

目前航海模拟器主要用于航海教学与技术培训,而现场使用真实的航行水域中气象环境及目标船信息进行船舶指挥决策仿真的很少.研究系统构成要素,基于AIS的实时真实信息与虚拟环境融合,经验性船舶流体动力模型,运用统一数据源进行电子海图、雷达和三维视景数据精确匹配可视化方法,采用人在回路中的半实物仿真方式,建立船舶驾驶实时增强仿真系统,形成更加逼真的航行区域环境,能够更真实地反映舰船航行时的人机互动,有助于辅助决策结果的实时性、可信性与有效性,实现了船舶航行指挥决策论证和特殊操纵方案评估,实验结果表明了系统的可行性.     

基于波浪谱与钻井船RAO的钻井船运动模拟

钻井船运动对深水钻井隔水管动力性能有重要影响.提出一种根据波浪谱和钻井船响应幅值算子(RAO)模拟钻井船随机运动的方法.为充分模拟钻井船运动,建立了包括钻井船平均偏移、不规则波浪导致瞬时波频运动和二阶波浪力导致的低频慢漂运动的钻井船运动模型.采用随机波浪模拟技术得到具有不同波高、周期与相位角的组成波序列.根据响应幅值算子(RAO)所定义的钻井船运动与不同频率的波浪之间的幅值比与相位差和钻井船运动数字模型,迭代产生随机波浪作用下钻井船运动,并基于MATLAB仿真平台实现了上述算法.     

大幅波浪中船舶非线性运动与波浪载荷仿真

对基于切片理论的线性频域预报方法进行扩展,考虑湿表面等非线性因素,给出了船舶在大幅波浪中航行时的非线性波浪载荷计算方法,开发出了仿真平台。通过缩尺船模试验验证了仿真系统的精确性,并对大幅波浪中船舶非线性运动和波浪载荷计算进行了实例仿真研究。     

融合数值流场的内河船舶三维航行虚拟现实系统

为缓解船舶驾驶员在航行环境复杂水域的心理压力,提高船舶航行安全,使船舶驾驶员更直观准确地利用两岸地形及根据航道尺度、桥梁通航尺度、水流态势等情况航行,采用虚拟现实技术对船舶三维航行环境进行了仿真。以长江重庆主城区段水域为例,在对该水域流场的数值模拟的基础上,构建了融合数值流场的船舶三维航行环境。仿真结果表明:所研制的系统对船舶航行环境具有逼真的可视化效果,可有效地提高航行安全和缓解驾驶员心理压力。     

潜望镜深度潜艇的数学建模与运动仿真

潜艇在潜望镜深度航行时，会受到来自波浪的干扰力。采用波浪频谱的方法来计算波浪对潜艇的作用力和力矩，然后将干扰力叠加在深水中航行的潜艇运动方程上，得到在一阶和二阶波浪力干扰下的潜艇垂直面上的动力学模型。最后使用龙格=库塔法来求解方程，得到潜艇状态参数的仿真曲线，对潜望镜深度的潜艇操纵规律进行分析。计算机仿真结果是合理有效的。     

考虑潮汐的多港池港口船舶调度优化

针对多港池港口船舶调度优化问题,重点考虑大型船舶乘潮进出港口的影响,兼顾单向航道下进出港船舶间需保持安全航行距离、进出港时段交替条件及连续泊位靠泊限制等现实约束,以所有船舶总等待时间最小为目标,构建了混合整数线性规划模型.基于船舶调度问题的特点,提出了启发式规则,将原问题分解为五个子问题进而获得初始解,并设计了改进和声搜索算法求解.在数值实验中,将该算法的求解结果同下界对比,平均相对偏差为2.19%,且求解耗时均少于1分钟,验证了算法的有效性;将方案的求解结果同两种现行调度规则对比,不同算例规模下平均目标值优化率分别为13.30%和27.35%,可显著提高港口船舶服务效率,验证了方案的有效性.     

基于水动力模型的船舶航态的模拟仿真

根据船舶运动动态平衡原理,采用源汇法建立了在不同浪向下船舶横向运动的不动力模型,根据给定的船舶参数,用STF切片法计算了船体的水动力系数和波浪扰动力（矩）,并存入数据库。提出了采用四阶龙格－库塔法求解船舶运动水动力模型的线性微分方程组,以获得船舶随时间变化的各自由度运动幅值。提出并采用了与以往不同的三维模拟仿真方法－虚拟现实技术,创建了天空和海面波浪等三维虚拟场景,实现了具有真实感的、随时间变化的三维船舶航态（横摇、摇艏、横荡）在该场景中的实时动态仿真,取得了良好的效果。     

基于模拟退火-强化学习算法的船舶运动控制

船舶运动控制与航行的安全性、可操纵性和经济性密切相关。本文基于模拟退火-强化学习算法提出了一种混合智能控制器,应用于船舶运动航向控制中。这种混合智能控制器发挥了各种智能算法的优势,能够克服风、浪、流等外界的干扰,船舶操纵自身的不确定性,以及干扰或仪器测量误差情况下,精确的训练数据不容易得到的缺陷。最终的仿真结果表明,当存在风浪干扰海况下,船舶航向的控制仍能取得令人满意的效果。     

基于方向谱的海浪合成方法

研究海浪对反舰导弹的控制系统与飞行弹道的影响,需要对海浪进行逼真模拟。在分析随机三角函数叠加产生海浪及反演海浪频谱模拟海浪不足的基础上,提出基于方向谱的海浪合成方法:采用Gerstner波形描述海面,通过对方向谱进行四叉树采样,提取组成波振幅、频率、传播方向等参数合成海浪。该方法能够模拟远离海岸的任意大小、任意精度的连续海洋表面,效果逼真,可用于海浪的数值仿真与视景仿真中,能够为反舰导弹控制系统仿真及三维弹道仿真提供连续海洋波面数据。     

舰艇摇摆作用下火炮射击诸元求解模型分析

通过研究摇摆运动作用下目标相对运动规律的变化,分析了摇摆运动对射击诸元精度产生影响的机理,指出了主要原因在于目标运动模型误差增加、提前点偏差增加。在研究弹丸膛外运动模型的基础上,分析并建立了基于迭代方法的射击诸元求解模型,并在此基础上建立了摇摆运动补偿模型,实现了对舰艇和甲板摇摆运动的有效补偿;建立了仿真模型,并设计了仿真实例对模型的有效性进行了验证,同时也通过实例验证了摇摆运动对于射击精度的影响原理分析的合理性。研究的结论和设计的模型对于进一步改进射击理论、研究射击技术提供了理论参考。     

基于谱分析的实时波浪模拟

海洋表面有各种各样的波浪，作为一种自然现象，其模拟已成为计算机图形学中最具挑战性的问题之一。风浪是最主要的一种波浪，其模拟在工程及影视中的应用已日益引起人们的关注。本文从海洋学已有的统计观测结果出发，利用海浪频谱与方向谱的相关公式，对开阔海面深水域的风成波浪进行了模拟。实践证明，该方法对波浪的模拟在实时性与真实感方面均取得了不错的效果。     

基于海浪谱的随机海浪仿真及验证

将VV＆A技术引入了海浪仿真研究。首先比较了线性叠加法和线性滤波法并对其仿真结果进行了校核，然后验证了仿真结果，并讨论了谱窗估计和最大熵谱估计两种方法在海浪谱仿真验证中的可用性，最后通过在PC机和工作站上的大量仿真试验分析了海浪视景实时仿真相匹配的网格、频率等参数的选择对帧时间的影响。研究表明上述结果在海浪仿真、验证和视景生成方面具有参考应用价值。     

基于海浪谱的波浪模拟

近年来，自然景物的模拟一直是计算机图形学中最具挑战性的问题之一。作为自然景物模拟的重要内容，对流水、波浪的模拟正日益引起人们的关注。现有的模拟方法要么从流体力学方程组出发，去求解复杂的Navier-Stokes方程，要么根据波浪的形状，去构造具体的波形函数。本文从海洋学现有的观测和研究成果出发，利用海浪频谱和方向谱的相关公式，实现了基于海浪谱的浪波造型及显示，实践证明该方法可以快速有效的模拟波浪。     

基于特征值高阶矩的频谱感知增强技术

基于特征值的多天线盲频谱感知方法在认知无线电中得到了广泛的研究。基于特征值的检测算法设计依赖于随机矩阵理论和样本协方差矩阵的特征值特性。许多研究表明特征值的高阶矩可以提供额外的鉴别信息进而能改善统计推断问题的性能。基于此,利用所有特征值的p阶矩提出了新的基于特征值高阶矩的频谱感知增强算法,并利用随机矩阵理论推导了虚警概率和判决门限的解析表示。此外,基于仿真实验研究了特征值高阶矩幂次变化对检测性能的影响。最后,通过仿真实验验证了所提算法的有效性。     

天线罩远场方向图的一种数值仿真方法

在分析天线罩综合电性能数值仿真方法基础上,结合平面波谱-表面积分法和样条函数理论,探讨了天线罩远场方向图的数值仿真方法.并根据加工后的天线罩实测数据,对其进行了实例计算,获得了较好效果.同时还重点讨论了由天线方程和天线罩曲面方程所确定的天线罩表面积分的积分区域的计算方法.     

基于时变调制的舰船噪声信号仿真算法研究

为了向被动声纳提供逼真的舰船噪声信号,分别采用基准谱级和谱状、线谱的频率和幅度及相位、轴频和叶频来表征舰船噪声信号中的连续谱、线谱、时变调制谱,同时给出了一套高逼真度、高效率的可控特性噪声实时仿真算法:经由自相关函数、AR系数各自的解算和自回归滤波进行平稳连续谱噪声的求解;通过线谱系列频率、幅度和相位的解算,再以系列正弦波和的形式实现线谱;采用连续谱噪声自回归计算、起伏脉冲串时间调制函数构造和连续谱噪声信号调制三步法给出时变调制谱。上述算法已在以TS101为处理器的DSP运算平台上得以实现,已成功地应用于多种声纳仿真测试。     

采用VR技术的集装箱吊装模拟器原型机的研究

介绍了集装箱吊装模拟器原型机的系统构成。根据拉格朗日运动方程建立了系统的运动模型,并在模型中增加了对集装箱吊减摇系统的仿真。仿真结果表明,所建立的运动模型可以模拟由于加速运动所产生的货物不规则摇摆及在减摇控制装置起作用时,货物摇摆角的收敛情况。尝试采用一种基于层次结构和均衡二叉树的面向对象实时三维碰撞检测技术,实现了虚拟场景的实时碰撞检测。视景系统采用半球形显示系统,满足系统对垂直视场角的要求,具有较强的沉浸效果。     

树在风中摆动的计算机实时模拟方法研究

提出了一种生成树叶和树枝在风中摆动动画的计算机方法,该方法考虑了风速、风力和噪音.根据空气动力学给出了一个能很好反映风的物理作用的计算公式,并在力学分析的基础上给出了计算树叶和树枝变形的数学公式,利用这些公式,并结合1/fβ噪音技术,可以计算每一个树叶和树枝的变形,进而可以得到整个树的变形.利用这种方法可以很快得到树在风中摆动的效果,实现树在风中摆动的计算机模拟.