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.     

基于纹理映射的可漫游数据场建模与仿真

构建可漫游的数据场可以更好的、多方位的观察数据场可视化的结果，提出了一种基于纹理映射可漫游数据场的建棋与仿真方法．这种方法首先构建数据场的模型，即定义视点后，合成从视点出发观察数据场的纹理，然后再将纹理映射到包围数据场的几何模型上，至此完成了可漫游数据场的建模过程，最后让观察者漫游数据场模型来进行仿真。对于既存在“外数据场”和“内数据场”的这一类数据场而言，采用文中的方法可以使得观察者不仅能漫游模型外部观察“外数据场”。还能漫游到几何模型内部观察“内数据场”的变化情况，因而使碍支中的方法达到了很好可视化和仿真的效果．此外，当处理非规则场时，采用包围盒技术、基于线性八叉树的分割算法等来加速数据场的可视化过程，使得丈中的算法有很高的效率。实验证明，文中的方法操作简单，效率高。     

基于微物理特性的三维低空风切变雷达回波仿真

低空风切变是一种危险性非常高的恶劣天气现象,对民航飞机起飞和着陆阶段的航行安全威胁最大。由于其具有发生突然、持续时间较短、影响强度大和危险性高等特点,使得真实的雷达回波数据难以轻易获取。在分析风切变目标微物理特性的基础上,利用计算流体力学的仿真方法建立三维风场模型,在对非均匀的原始风场数据进行预处理之后,依据民航装机使用的机载气象雷达设备设置扫描参数,利用逐脉冲撒点仿真法实现高保真的三维低空风切变雷达回波仿真。仿真结果表明,雷达回波数据可真实地反映出风切变信号的气象特征,仿真过程设计合理,仿真数据有效可靠。     

医学体数据中面向数值分析的等值面重建算法

Marching Cubes是医学体数据可视化的经典算法,但生成的等值面网格存在拓扑二义性和单元质量两方面的缺陷,无法为生物组织物理仿真中的数值分析提供良好的几何模型,为此,提出一种基于数据点编移的改进Marching Cubes算法。算法将数据场分解为点、边、面和体素四类元素;以33种剖分模式为依据,构建二义性检测索引表,通过提出的基于面状态的渐近线判别法,以统一的方式解决面二义性和体二义性问题;分析单个体素中产生退化三角形的原因,提出基于局部判别法的数据点偏移策略,使体素的活跃边与等值面近似垂直,达到提高网格质量的目的。对比实验表明,该方法在有效保证网格拓扑的基础上,显著提高了单元质量,生成的模型不仅适用于体数据可视化,还适用于进一步的数值分析。     

气象数据标量场的建模与可视化研究

气象标量场的可视化仍有着许多效率、交互性和准确性上的欠缺。针对这些问题,提出基于多层次体绘制技术的显示方法,对空间场数据进行处理,形成三维空间网格,通过标量值与颜色值、透明度之间的动态映射,实现气象标量数据的三维动态可视化效果。针对传统MC(Marching Cubes)算法存在的插值方法不适用于气象数据,连接方式具有二义性的问题,提出MC算法的改进方法,完善了MC算法在气象可视化领域的不足。实验证明,体绘制能够快速逼真地仿真出气象数据的动态变化效果,改进后的MC算法则能使结果更加精确。     

可视化仿真的私有云框架研究

针对云计算与可视化仿真如何结合的问题,提出了一种通用于可视化仿真的私有云框架：由Intranet组成的私有云网络拓扑;由云授权、计算、可视化组成的交互模型;由基础设施层、仿真平台层、可视化仿真应用层组成的开放式平台;由VPN、组播通信、流媒体播放、网络规划组成的详细设计。进一步解决了多租户技术、资源调度、海量数据处理、大规模消息通信、大规模分布式存储等关键技术,设计了具有服务模式的仿真平台层组件,为基于云框架的可视化仿真奠定了技术基础。     

无人机DR/GPS/RP导航中风场估计仿真

基于无人机DR/GPS/RP组合导航中的风场干扰问题,提出了一种利用位置矢量合成关系进行在线风场估计与航迹修正的方法,并提出了利用Shannon采样原理确定风场估计步长的方法.仿真结果表明:该方法不但能较准确地估计出干扰风场的信息,从而抑制自主导航DR受风场干扰的推算发散,而且能够大大提高系统组合导航的精度,改善无人机导航的抗风场干扰能力.     

Vega中云的仿真方法

比较了飞行视景仿真中几种常用的云模拟方法，分析了Windows平台上Vega中仿真天空和云的局限，提出了一种在Vega中基于非物理模型的模拟方法。该方法采用粒子系统实现，粒子为带纹理的多边形，并使用分段抛物线与随机量的叠加作为粒子运动方程。云层由大量粒子系统组成，并采用与视点相关的层次技术对场景中的各个粒子系统的粒子数量进行动态管理以减少计算量。最后给出了在Vega中的实现方法。     

基于ArcEngine和VRML的森林景观可视化系统

讨论了一种构建森林景观可视化系统的新方法,基于三种数据源,即遥感影像数据、地形图数据、林相图数据,将地理信息系统的二次开发技术与VRML(虚拟现实模型语言)相结合,利用景观可视化技术构建并实现了森林景观的可视化,缩短了空间数据的输入和参数化过程,为空间数据的可视化提供了一条思路.     

基于粒子系统的卫星云图三维仿真与简化算法

提出了一种基于粒子系统的卫星云图的快速云三维仿真算法,该方法从卫星云图中提取真实云的二维轮廓,使用不同级别的圆形进行云轮廓曲线的拟合,将所获得的圆形以相同半径和圆心扩展到三维空间的球形,根据粒子系统的原理在生成的云三维轮廓中随机地产生粒子,并为这些粒子赋予颜色、大小和速度等初始属性,对云粒子进行渲染和绘制实现云的三维模拟。为提高绘制的帧速率,提出了粒子系统的简化算法。通过实验证明了该方法能够快速地仿真出卫星云图中各种形状的三维云,实现云的快速动态模拟。     

基于改进粒子滤波的微弱目标检测前跟踪算法

研究高速微弱目标的积累检测问题,提出了一种改进粒子滤波的检测前跟踪算法。该算法采用与雷达距离-多普勒图像相匹配的量测数据模型,能克服传统点扩散函数的模型误差。采用“新生”粒子从强度最高的分辨单元集内均匀产生,且按概率对权重最低的部分“存活”粒子用“新生”粒子将其替换的粒子更新策略,在增加粒子多样性的同时缓解了粒子的退化。仿真实验表明,本文算法的检测与跟踪性能要优于标准的粒子滤波算法。     

基于私有云和改进粒子群算法的约束优化求解

为提高约束优化模型的求解准确度和运算速度,针对粒子群算法及其计算方法进行了改进。引入多样化机制避免算法陷入局部最优的危险:创建多个子群将决策空间划分为多个搜索子空间,多子群独立搜索以保证群间解的多样化;用量子粒子代替普通粒子,为其添加服从球状分布的伴随粒子来提高群内解的多样化。多样化的引入增加了计算量和计算复杂度,利用并行计算提高算法运行速度:分析了改进粒子群算法并行计算的方法,在私有云计算平台上编写了基于MapReduce的并行求解流程。实验结果表明,本文方法具有较高准确度,算法的稳定性也较好,运算速度可成倍提高。     

基于法向夹角的点云数据精简算法

随着三维扫描技术的不断发展,获得的点云数据规模也日益庞大。存储、处理或显示这些数据都将消耗大量的时间和计算机资源,因此需要对点云数据进行精简。提出一种基于法向夹角的点云数据精简算法,通过对不同的点云数据使用本算法和传统方法进行实验,表明该算法能够在移出冗余数据的同时,在特征区域保留更多的细节。     

基于DEM的三维交互性地球实现方法研究

地球的三维可视化是三维GIS研究领域的一个热点，本文给出了基于全球DEM数据的地球三维可视化的实现方法，在此基础上，本文分别讨论了适合于与球形物体进行交互式操作的基本方法。采用四元数的方法解决地球的任意旋转问题；采用一种弦弧映射的近似方法实现在球面上任意两点间的漫游 ；采用OpenGL提供的特殊函数，结合数据库技术实现三维图形与物体属性之间的双向查询。实践表明，这些方法能够获得较好的视觉效果，并可在一定精度范围内对三维地球进行一般的交互性操作。     

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。     

一种粒子滤波预处理方法

粒子滤波(Particle Filter)是一种基于蒙特卡罗(Monte Carlo)的贝叶斯滤波方法,通常的SIR方法存在严重的粒子匮乏现象。用大权值粒子和小权值粒子的组合来取代小权值粒子,可以减小粒子权值方差,增加粒子多样性。仿真结果表明,在状态估计的初期,使得粒子迅速靠近高似然区域,精度得到了大幅度的提高。同时,算法的实时性也有很好的改善,适用于观测噪声和状态噪声较小的情况。     

用于飞行实时仿真的微下击暴流建模研究

分析了微下击暴流的特征和用于飞行实时仿真中的建模需求。基于流体力学的涡环原理构建三维微下击暴流的参数化模型,并对涡环法建模进行了深入改进。基于流体力学方法解决了涡环法模型的中心轴处和涡核内的奇异问题。针对真实微下击暴流风场的特点,设计了倾斜涡环模型和多涡环模型,从而高逼真度地模拟复杂的微下击暴流风场。简要讨论了该模型在飞行实时仿真中的应用方法。该建模方法灵活性高,可重配置,不仅可用于变化风场中的飞行实时仿真,还可用于对实际风场测量数据进行辨识建模和再现研究。