飞行模拟器六自由度运动系统的关键技术及研究现状

作为飞行模拟器载体的并联六自由度运动系统是飞行模拟器非常重要的组成部分。其本质是由数字计算机实时控制并能提供俯仰、滚转、偏航、升降、纵向和侧向平移的六自由度瞬时过载仿真设备。本文从研制者的角度出发，评述了研制高性能飞行模拟器六自由度运动系统所需的关键技术及其国内外的研究进展。结合样机设计与制造的实践经验，提出亟需解决的若干理论与技术问题，以及解决这些问题的可行途径。     

飞行模拟器六自由度运动系统的实验研究

介绍了自主研制的飞行模拟器液压六自由度运动系统试验样机,并以该样机为试验研究对象,对其控制系统的特点和适用的控制策略作了探讨,提出了具有输入、输出前馈补偿的模糊自适应PID控制策略。并用该控制方法,对并联六自由度运动系统的运动性能作了实验研究,结果表明所研制的试验样机是成功的,为飞行模拟器六自由度运动系统的工程实践和并联六自由度运动系统在其它领域中的扩大应用奠定了一定基础。     

大型武器系统六自由度并行仿真研究

在建立了大型武器系统六自由度仿真模型的基础上,通过充分开发和挖掘六自由度模型的并行性,设计了高效的并行仿真算法,并在ＥＰ－８６０全互连多机系统上实现了产自由度的超实时并行仿真,为开展产地实物仿真和基于六自由度仿真的闭环动态测试奠定了技术基础。     

利用模型算法控制提高模拟器运动性能的仿真研究

本文讨论了旨在提高三自由度模拟器运动系统的响应性能问题。通过对系统进行数字仿真分析,确认采用模型算法控制可提高系统的响应性能及整个系统的鲁棒性。文中绘出了仿真运算的结果。     

虚拟海洋环境中潜艇六自由度运动的视景仿真

利用虚拟现实技术对潜艇的六自由度模型进行视景仿真,可以实时的对潜艇运动模型的运动效果进行修正,对于潜艇航行训练模拟器的研究及虚拟海战场的实现具有重大的意义。对潜艇的运动模型进行了合理的简化,确立了设计模型,然后利用多边形建模软件Creator及视景驱动软件Vega建立虚拟海洋地理环境及潜艇的几何模型,并在API应用程序中对潜艇的六自由度运动进行实时控制。设计结果表明本仿真系统很好的模拟了潜艇的运动情况,在开展实艇的虚拟训练、应急操纵等方面有广阔的应用前景。     

六自由度跳伞模拟训练系统设计与实现

针对当前的跳伞模拟平台无法全方位还原跳伞各阶段六自由度运动过程的问题,设计并实现了六自由度跳伞模拟训练系统。设计了模拟器的体系结构,并说明了跳伞运动解算、六自由度运动平台、操纵负荷、虚拟现实视景、体感营造、教员控制台等分系统的实现。该系统通过引入六自由度电动平台,带动受训者模拟跳伞各种姿态,帮助受训人员掌握跳伞操纵动作,增强姿态保持能力;利用虚拟现实技术,还原三维跳伞场景,训练临场感强、效果逼真,对提高跳伞训练质效、促进部队战斗力建设具有重要意义。     

复杂大气扰动下大型飞机飞行动力学建模研究

大型飞机的机体尺度与中小规模的风场尺度接近,为进行高逼真度的飞行仿真,需要建立含扰动风参数影响的动力学模型.推导了含三维扰动风参数的六自由度动力学方程,给出了扰动风参数的计算方法.基于B747-100飞机建模数据,结合四点模型,给出了扰动风场中气动模型修正的一般方法.改进Newton-Raphson算法,对动力学模型进行了无风状态下的配平,并结合典型飞行状态进行了模型初步验证.分别基于质点模型和四点模型,给出了B747飞机穿越三维大气紊流场的数值仿真实例.结果表明,应用四点模型的仿真结果更能表现出大型飞机对大气紊流响应的随机特性.建立的含扰动风影响的动力学模型以及改进的配平算法可用于飞行模拟器的飞行实时仿真.     

基于Matlab的某型固定翼飞行器飞行仿真系统开发

按照飞行模拟器的要求,建立了飞行仿真系统模型,包括六自由度全量运动方程模块、气动参数模块、发动机模块、起落架模块、环境模块、机体轴合外力/力矩模块等.该系统能够根据驾驶杆的输入,响应飞机当前的状态.用死区定值法解决了六自由度方程奇异点的问题.设计了基于遗传算法的配平方法,使初始飞行状态更接近平衡点.在Simulink环境下实现各模块的功能,进行定常直线、水平盘旋、翻筋斗等仿真实验.结果表明模型的初始状态接近平衡点,计算过程稳定,克服了飞行动力学仿真的奇异值问题,能够真实地反映飞机的实际特性.     

飞行模拟器运动系统误差分析与标定

为了解决飞行模拟器运动系统的精度问题,利用Creaform公司的C-Track双摄像头传感器和VxtrackTM动态跟踪模块,对某大型运输机飞行模拟器的六自由度运动平台进行运动学误差分析和标定.根据运动学方程和并联机构的闭环特性,建立运动学误差模型.采用区间分析的方法对得到的测量数据进行处理,对该模型进行有效的验证.得到了结构参数是影响位姿误差的主要因素,并采用修改输入参数的方法对误差进行了补偿,取得了很好的效果,对运动系统精度提高做了有益探索.     

多模自适应控制在空中飞行模拟器中应用

为了克服空中飞行模拟器传统上使用增益高控制方式的弱点，设计了一种改善空中飞行模拟器性能的自适应模型跟随控制系统，其中辨识器采用基于卡尔曼滤波器的多模辨识方法，该方法将本机先验信息加入到参数辨识过程中，辨识结构是与卡尔曼滤波器相对应的各个先验模型参数的概率权重和，仿真结果表明，该控制系统克服了原空中飞行模拟器模拟精度依赖于需要精确已知本机气动导数的严重缺陷，并显示出多模辨识算法比一般的辨识方法收敛速度快，精度高，有效地解决了非线性随机系统的参数辨识问题。     

ADSL驾驶模拟器运动模拟逼真度的改进

提出了一种参数随输入信号改变的自适应滤波算法以改进传统的滤波算法进行模拟器的运动控制,仿真结果证明,自适应滤波算法能为驾驶员提供更为逼真的运动感觉。     

飞行模拟器洗出算法多重滤波信号补偿优化研究

针对经典洗出算法在应用于飞行模拟器时存在的信号丢失以及适应性不强的缺陷，提出一种多重滤波信号补偿的洗出算法优化方案。分析经典洗出算法中信号丢失的环节，截取丢失信号并采取深度滤波策略进行深度滤波，依据人体感知误差与运动平台的动作余量，将多重滤波后的信号以自适应的比例分别补偿到洗出算法3个通道中，实现最大程度上减小信号损失，从而减少人体感知误差。对经典洗出算法和改进洗出算法进行对比仿真和试验，结果表明改进洗出算法有效降低了人体感知误差，减少了信号丢失，改善了相位延迟，同时充分利用了运动平台的工作空间，增加了动感逼真度。     

基于逻辑控制的双输入运动体感算法研究

针对飞行模拟器中的双输入经典洗出算法存在感知角速度信号丢失、相位误差、逼真度不足等问题.提出一种逻辑控制洗出算法:依据前庭系统理论改进经典洗出算法高通角速度通道结构,设计逻辑控制器和角位移连续发生器优化高通角速度通道和倾斜协调通道中的耦合角速度并稳定跳跃变化时洗出角位移,使改进率法更符合人体感知模型.在Matlab/S...     

一种快速高效的无线信道实现方法

提出了一种快速高效的基于IIR滤波器的无线信道实现方法。根据所需生成信道功率谱,IIR滤波器在频域用LMS(最小均方)算法进行优化设计,这种方法适用于任意的功率谱;通过线性内插和抽取,可实现任意带宽的时变无线信道。仿真表明在Clarke均匀散射Rayleigh信道假设下,新方法的二阶统计特性与传统无线信道生成方法如SOS(正弦波叠加)、FFT滤波以及AR滤波法等完全一致,但新方法的滤波器阶数可以做到很低,因此具有快速高效的优点。另外,提出的方法适合非均匀散射环境的信道设计,文章最后讨论了新方法在非均匀散射环境的仿真实现。     

基于自适应渐消EKF的FastSLAM算法

快速同时定位与建图(fast simultaneous localization and mapping, FastSLAM)算法的采样过程会带来粒子退化问题,为了改进算法的性能,提高估计精度,从研究粒子滤波的建议分布函数出发,提出基于自适应渐消扩展卡尔曼滤波(adaptive fading extended Kalman filter, AFEKF)的FastSLAM算法。该算法基于FastSLAM的基本框架,利用AFEKF产生一种参数可自适应调节的建议分布函数,使其更接近移动机器人的后验位姿概率分布,减缓粒子集的退化。因此在同等粒子数的情况下,该算法有效提高了SLAM精度,以此减少所使用的粒子数,降低算法的复杂度。基于模拟器和标准数据集的实验仿真结果验证了该算法的有效性。     

雷达训练模拟设计中的信号仿真方法研究

采用能够描述雷达信号相位和幅值信息的信号仿真方法,通过建立雷达接收处理机的数学模型,并给出各环节数值仿真算法,模拟实现雷达接收信号处理的全过程.结合地物杂波仿真和目标仿真得到雷达接收仿真信号;将仿真信号进行正交解调和脉冲压缩匹配滤波,使信噪比达到最大;利用动目标显示衰减信号地物杂波成分,采用动目标检测对仿真信号进行最佳滤波;最后利用恒虚警和判决进行目标检测.仿真得到结果与实际雷达处理信号波形一致,说明该方法逼真有效,可用于雷达模拟训练器系统的设计与实现.     

基于本地时钟选择的时钟同步算法

在分布式系统中网络节点的时钟同步和传统的时钟同步算法的基础上,提出了一种基于本地时钟选的分布式系统时钟同步算法。采用本地时钟选择过滤方法,通过分组交换获取每个本地时钟与参考时钟的精度差,每个本地节点根据时钟精度差自动调整时钟,达到分布式系统时钟同步的目的。通过NS2仿真测试,同步精度能够满足一般分布式系统的需要。     

基于粒子滤波的机动目标跟踪改进算法

粒子滤波是指利用Monte Carlo仿真方法处理递推估计问题的非线性滤波算法,这种方法不受模型线性和Gauss假设的约束,是一种处理非线性非高斯动态系统状态估计的有效算法。在粒子滤波的基础上融合扩展卡尔曼滤波(EKF)算法,融合后的新算法在计算提议概率密度分布时,粒子的产生充分考虑当前时刻的量测,使得粒子的分布更加接近状态的后验概率分布。仿真结果表明,该算法对机动目标有更好的跟踪效果。     

分散鲁棒滤波器的设计

针对鲁棒滤波法计算量大和递推过程复杂的不足,通过等价推导,在线改变γf的值,设计了分散优化鲁棒滤波法,使得鲁棒滤波算法递推简单,避免了直接计算滤波增益阵,并减小了主滤波器计算负荷。将该算法应用于GPS/INS系统,仿真结果表明：该方法能在维持系统鲁棒性的同时又提高滤波精度,具有一定的工程实用价值。