三维水声传播建模及并行算法研究

宽带声传播、匹配场定位、水下环境仿真等技术的发展对水声传播提出了越来越高的要求,如何开发快速准确并与实际海洋环境条件相吻合的三维声传播模型,并充分利用现代计算机技术实现声传播的快速计算已成为水声技术的一个重要研究方向。基于波束位移射线简正波(BDRM)理论,将射线-简正波方法和简正波-抛物方程方法结合起来,建立三维射线-简正波-抛物方程模型,同时为满足三维声场计算的时间需求,设计了射线-简正波-抛物方程模型并行算法,在高性能集群系统上的测试分析结果表明,设计的并行算法具有较高的并行计算效率。     

基于集群的水声宽带波形预报系统设计与实现

水声宽带波形预报是水下声信息传输的重要环节,是实现传感器信号级仿真的关键技术.首先 介绍了基于波束位移射线简正波(BDRM)理论的频域宽带模型,引入宽萨模型频域近似展开技术,提高模型计算速度;然后基于集群的高性能并行计算技术,提出宽带模型并行算法,实现快速准确的宽带信号波形预报;最后,以曙光高性能并行平台为开发基础,构建基于集群的水声宽带波形预报系统,并对系统组成、体系结构和并行算法框架进行了分析和设计.     

黑潮锋特征建模及其可视化技术研究

根据黑潮锋区环境特点及其对海军水声探测的重要影响,建立了指数形式的黑潮锋特征快速重构模型,利用历史数据、实测数据、遥感数据实现了锋区环境参数的快速获取.在此基础上,提出了基于锋面梯度纹理特征的黑潮锋三维体结构可视化方法,实现了对锋区三维空间特征的实时、直观表达.黑潮锋年变化特征的仿真实验结果表明了该方法的有效性.     

水面舰水声对抗综合仿真环境研究

在水声对抗仿真研究中,由于依据声纳方程建立的声抗模型误差较大,因此可通过信号仿真及半实物仿真方法来提高模型精度,但这将为水声对抗仿真环境的构建带来较大困难。为了尽可能真实地评估水面舰水声对抗系统对抗来袭鱼雷的作战效果,建立了包括作战平台、声抗平台以及半实物平台的水面舰水声对抗综合仿真环境。本文给出了构建该综合仿真环境的解决方法,并介绍了该环境中的三个子环境的组成及作用,而后描述了本综合仿真环境的功能及运行效果。该综合仿真环境的构建,对提高评估结果的可信度以及水面舰水声对抗系统的研制和使用有着重要的意义。     

浅海声信道建模及其应用研究

浅海是水声对抗发生的重要区域,因此对其声信道的研究具有重要意义。采用射线声学理论,建立了一个多途浅海声信道仿真模型。在水声对抗仿真系统中,选用基于ADSP21160的Hammerhead PCI予以实现,取得了预期的实时效果;海试验证结果表明,该模型同样适用于实际情况下浅海海域的声传播损失等参数的折算,可作为水声对抗器材性能预报及战术使用的参考。     

基于引导源的目标定位算法与仿真研究

利用水下声信号的简正波传播特性,推导了一种利用垂直接收阵和已知宽带声源信号,对水下未知宽带声源进行距离估计的算法,即基于引导源的目标定位算法。该算法不需要建立精确的水下声场模型,且定位性能受海洋环境的影响较小。重点推导了算法实现过程,并简要介绍算法处理中的图像处理方法--Radon变换。对三组不同位置的声源,在不同海洋环境条件下进行了算法仿真。结果表明基于引导源的目标定位算法能快速、准确地估计出目标声源距离。     

基于水声物理场的鱼雷制导半实物仿真方法及应用

由于鱼雷作战检测、目标分类与导引水声物理环境的复杂性，鱼雷制导系统半实物仿真成为实验室中鱼雷设计与评估性能的重要手段。给出了一种基于水声物理场模拟的制导半实物仿真系统构成方法及其工作原理，讨论了主要包括水声仿真模型、自导信号处理仿真系统设计、时变窄带水声信号实时生成等几个关键技术问题，同时给出了消声环境下尺度目标模拟的模型及方法，相应的半实物仿真试验结果证明该仿真方法在鱼雷制导系统仿真与测试试验中是有效的。     

声呐数据合成与环境仿真研究

研究了被动声呐数据合成与环境仿真的系统结构和水声合成信号的生成﹑建模与仿真试验。以水中运动目标为例,给出了水声环境下,合成信号、环境噪声、海洋声学的数学模型和合成环境系统仿真实验。该研究可用于水下探测系统和水声对抗系统的环境模拟,及水声设备的性能评估。     

可交互式相控阵雷达DOA估计仿真系统设计

针对相控阵雷达波达方向（direction of arrival,DOA）估计的仿真、验证和评估等问题,论述了相控阵雷达DOA估计的建模与评估,设计了一个采用交互式操作的实时仿真系统。该仿真系统能进行可交互目标环境、相控阵列和目标探测效能评估模型的建模与仿真,模拟出对实时飞行的目标进行探测时,信号发射、空间传播、回波信号采集以及信号处理等过程,并能对DOA估计结果进行评估,仿真结果验证了该仿真系统的实用性和有效性。该仿真系统的设计为现代战争环境下相控阵雷达的系统设计、目标探测效能评估、装备性能展示、测试与验证奠定了基础。     

台湾海峡近海水声信道传递函数仿真研究

水声信道传递函数特性对水声通信系统的性能有着重要的影响。采用美国海军GDEM（generalized digital environmental model）中全球气候态月平均声速数据,基于BELLHOP射线传播模型,对台湾海峡近海北、中、南部三个站点在不同季节的声速剖面下的传递函数进行了仿真研究。仿真结果表明,台湾海峡近海浅海声信道的传递函数为锯齿状,间断出现子通带。平均子通带宽度与声速剖面和海水的深度的变化密切相关。     

舰艇信息融合系统的仿真测试环境研究

信息融合系统的测试与评估是信息融合领域内的一个非常重要的课题,但是目前该方面的研究尚缺乏系统与深入,因此有必要对信息融合系统的测试评估理论和方法进行研究。考虑到信息融合系统的复杂性,采用实物测试的 不现实也是不可能的,所以进行测试和评估时,往往需要建立一个仿真的测试环境,通过这个测试环境产生测试数据,本文以舰艇信息融合系统评估为例介绍了计算机仿真技术在信息融合系统的性能评估中的作用,给出了该系统中的部分仿真模型和测试剧本的设计方法。     

基于PO的进近着陆系统信道环境分析和仿真预测

针对机场环境日益复杂,进近着陆系统对于机场环境的影响十分敏感的实际问题,提出了一种基于物理光学理论(PO)的进近着陆系统信道环境分析和仿真预测方法。应用基于PO的信道散射环境分析方法,建立了系统的信号源模型和考虑信道环境影响的系统航道偏移模型,对受多散射体影响的信道环境下的进近着陆系统进行建模,结合实际问题,应用建立的模型对散射环境中的进近着陆进行了仿真,结果表明,基于PO的仿真预测方法能够较准确、合理地给出散射环境对系统的影响程度,具有预测机场配置物体对系统影响的能力。     

舱室空间个人化双耳听音环境仿真

双耳听音环境仿真是设计和评价建筑或舱内声场的重要技术手段.为考虑人体生理差异对仿真效果的影响,在测量数据的基础上,利用多元回归分析和一种优选的数据库匹配方法获取与听者生理参数相匹配的个人化头相关脉冲响应,再结合由软件计算得到的声场脉冲响应以及声源干信号完成双耳听觉仿真,获得了良好的效果.     

移动机器人未知环境地图构建仿真平台

以matlab工具箱的形式给出了静态及动态未知环境下移动机器人地图构建的仿真研究平台。通过分析polaroid 6500声纳、电子罗盘、编码器等传感器的工作原理建立了参数可调的传感器模型。这些传感器为机器人提供位姿及环境信息。在分析已有基于hough变换的线段提取算法的基础上提出了抑止“杂线段”现象的CIHT（Cluster Inhibiting Hough Transform）算法。采用CIHT对声纳信息作环境特征提取，便于开展基于环境特征的未知环境地图构建算法方面的研究工作。     

一种飞行模拟器音响仿真系统的研究与实现

为了使飞行仿真更加逼近真实飞行，给飞行模拟器配置相应的音响系统是十分必要的。提出了一种基于波表合成技术的声音建模方法，和通常在频域建模或插值的方法相比，该方法具有处理速度快、计算简单、编程实现容易、能够方便处理大量声音样本等特点。给出了基于该方法的直升机座舱噪声环境仿真方案并设计实现了基于上述方案的数字音响仿真系统。实验证明，该系统能够较好的模拟直升机飞行过程中座舱内的声音环境从而提高了飞行模拟的逼真度。     

分布式潜艇作战系统仿真设计环境研究

分布式潜艇作战系统仿真设计环境是目前国内功能较全、规模较大、技术较新的潜艇作战系统仿真平台,是数学仿真环境和半实物仿真环境的综合集成。该仿真设计环境可在较真实的水下战场环境中,利用异地分布的设备和仿真模拟器进行互操作,完成潜艇作战系统及分系统的仿真、验证和培训等应用,通过Stage软件的集成实现对整个仿真过程中战场态势的实时显示,并能对仿真结果进行评估。     

基于粒子系统的战场环境特效仿真

基于粒子系统的特效仿真是虚拟战场环境可视化仿真中的一个重要环节。文章首先阐述了粒子系统的原理,然后根据粒子系统原理为虚拟战场环境中爆炸、火焰、云彩、烟雾、尾迹、雨雪等不规则景物建立了粒子系统模型,最后文章还分析了基于粒子系统的特效仿真中的动态链表、三角函数链表、实时性等关键技术。战场环境特效仿真为分布式虚拟战场环境提高了逼真度。     

西气东输走廊"资源-经济-环境"集成发展系统仿真研究

以西气东输管线气站为节点,建立了地下开发资源、地面拉动经济、空中减轻污染三个空间层次的集成仿真系统。仿真系统由流动模型、消费模型、环境模型和经济模型四部分组成。其中,流动模型是基础,它通过地下渗流模拟、地面管线流动模拟、空中污染物传质扩散模拟进行流量分析,再经过消费模型和环境模型,可得到污染物排放程度及空间分布。经济模型计算了由开发效益、环境效益和社会效益组合而成的综合经济效益,实现了西气东输走廊的资源、经济、环境的有机集成。最后,本文以西气东输终点的长江三角洲为例进行了计算,得出西气东输在资源、环境与经济上可取得的良好效果。     

一种新型多型飞机飞行控制系统综合训练模拟器

通过座舱驾驶、虚拟仪表、三维视景、音响和微机网络系统,建立了两型固定翼飞机和一型直升机及其飞行控制系统的实时动态仿真环境,实现了人在回路中的多媒体综合仿真,改变有关动导数和飞控系统传动比,设置多种飞行状态、干扰和故障,可进行各种功能模态的动态特性仿真和演示。系统功能强、可靠性高、人机界面良好,经济效益显著,具有很好的推广应用价值。