基于Unity的船浪实时交互运动可视化系统

为解决现有航海模拟器中船浪运动分离导致的视景感受体验差的问题, 开发了一套船浪实时交互的船舶运动可视化仿真系统. 通过海浪谱建模技术构建海面波浪运动场景; 在建立船舶受力模型的基础上, 通过检测船舶与水面的碰撞实现船舶对波浪力的响应以计算船舶对波浪运动的实时响应姿态变化; 同时为增强仿真系统的真实感, 使用波动公式计算船舶与水体碰撞产生的水波及其扩散增强模拟真实感. 船浪运动耦合的航海模拟器与传统航海模拟器相比, 在大海况条件下能够为使用者提供更加真实的视景与运动体验. 研究成果视景真实感强, 船浪交互实时性好, 对于恶劣航海条件下的航海过程有良好的仿真效果.     

港池多向不规则波造波系统

在进行港口、海上建筑物、船舶等方面的设计的时候,海浪、海流、海潮、海风以及海岸泥沙的冲击和影响是必须要考虑的。当前,海岸和近海工程的设计和研究,经常在实验室中使用造波系统,重现真实海上波浪随机运动的情况,以获取需要的数据。随着现代海洋工程对实验数据准确性要求的提高,造波系统对于控制性能的精度也不断提高。同时,由于造波板数的增加,同步性也变成了一项实验人员不得不考虑的因素。然而,传     

船舶运动建模及预报方法的研究

本文叙述了船舶运动艏前波法预报所做的研究工作,艏前波预报方法看来是解决船舶运动预报比较切实可行的方法,它是利用舰船本身的摇摆观测数据和舰船艏前海浪的观测数据,对舰船摇摆建模及预报,文中讨论了船舶在波浪中的运动艏前波模型动态建模与预报方法,为了改善和提高预报的精度和可靠性,进行预报前,对实船试验所采集信号做实时在线预处理和滤波处理,同时进行参数辨识,定阶,然后进行拟合建模和预报,对多组实船试验的信号实时的在线进行比较,获得比较令人满意的结果,在提高预报精度,增加舰舰载机着舰的完全性和扩大海况使用范围等方面,具有比较高的实用价值。     

船舶海浪中非线性随机运动的可视化技术

研究船舶海浪中运动的可视化技术.通过采用船舶在海浪中运动的可视化技术,可以使船舶设计人员能够更直观地了解船舶的运动性能.采用具有平台独立性的OpenGL图形库对船舶在波浪中运动的可视化进行描述,讨论了建立船舶模型的可行方法和如何建立三维波浪的数学模型.考虑随机波浪及船舶的非线性阻尼、非线性恢复力矩,建立船舶横摇运动的非线性微分方程.采用Runge-Kutta方法求解非线性微分方程,根据数值模拟结果,应用OpenGL中的函数来生成船舶在海浪中运动的动画.所开发的程序模拟的船舶和波浪是三维的,可以对不同有义波高的波浪和不同船舶的运动进行模拟.     

船舶运动数学模型编辑及测试开发平台

船舶运动数学模型是航海模拟器的核心技术,高精度的船舶运动数学模型是体现航海模拟器行为真实感的基础。为此介绍了航海模拟器中船舶运动数学模型的建模过程。在建立船舶运动数学模型的解算模块后,通过离线编辑船模数据库,建立船舶不同主尺度的模型数据库,经过在开发平台上反复离线测试所编辑船模数据库,直到满足航海模拟器培训或工程研究的精度要求为止,最后将离线编辑好的船模数据文件加载到航海模拟系统中,进行实时在线测试,直到测试结果满意为止。     

船舶在波浪中运动的计算机仿真

该文叙述了将虚拟现实技术运用到船舶运动中的可行性和方法，介绍了在虚拟现实环境中整个船体的建模方法与步骤。然后根据船舶在规则波中的频域六自由度运动方程，理论计算船舶在规则波中的六自由度运动响应。在数值模拟的计算机编程中，使用了Visual C 编程语言并结合Ooen GL(Open Graphics Library)图形接口技术，开发了一套船舶运动仿真的软件系统。     

基于CFD的船舶斜浪三自由度运动仿真研究

针对船舶在斜浪中的多自由度耦合运动问题, 建立了三维粘性流耐波性数值波浪水池, 采用边界条件造波法生成高精度的斜向规则波, 通过同时求解RANS方程和刚体运动学方程, 结合网格整体移动方法和滑移网格方法, 实现了船舶斜浪航行的垂荡、纵摇及横摇三自由度耦合运动数值模拟。给出了DTMB5512船模斜浪中的垂荡、纵摇及横摇的频率响应函数, 与线性切片理论计算结果进行比较, 吻合良好。该方法可为船舶斜浪航行的耐波性预报提供一种有效的途径。     

潜艇在随机海浪中摇荡运动的仿真研究

该文采用PM随机海浪频谱来实时仿真长峰波随机海浪对潜艇的随机扰动,对潜艇在海浪中的横摇和纵摇运动进行了时域仿真,潜艇在海浪中的升沉运动则采用Hirom波浪力近似计算公式进行仿真计算。所采用的仿真方法已应用于六自由度潜艇操纵训练模拟器上,结果表明该方法能比较逼真地模拟各种海情下潜艇在海浪中的运动情况,仿真实时性好,仿真精度较高。     

基于卡尔曼滤波的主动波浪补偿系统研究

针对船舶随涌浪进行的升沉运动进行较为深入的研究,旨在采用主动式波浪补偿解决耙吸式疏浚船耙管终端水平高度稳定问题。建立波浪补偿预测系统,通过运动参考单元测量船舶运动竖直方向速度和加速度,主控制单元根据所建立的数学模型结合卡尔曼滤波算法处理数据,通过执行机构调整绳索收放速度完成耙管终端控制补偿,使耙头水平高度在工作过程中保持稳定。所建立的波浪补偿预测系统具有自主学习能力,可以不断运用实测数据自我修正以提高精度,具有很高的实用价值。     

航速和力对潜艇垂直面运动影响仿真分析

针对潜艇垂直面受外力作用下的操纵运动响应,在潜艇垂直面线性操纵运动方程的基础上,对不同航速时潜艇在外力作用下运动特性进行了理论分析.进而以模型潜艇为研究对象,基于潜艇垂直面线性操纵运动方程进行数值仿真验证,分析了不同航速的潜艇在静力和升降舵舵力作用下的运动特性以及艏、艉升降舵的操纵特点.理论分析与仿真结果表明,航速以及外力在潜艇纵向上的作用点对潜艇的操纵特性有着重要的影响,作用在潜艇上的外力一定时,在不同的航速、不同的作用位置条件下潜艇会呈现出完全不同的运动规律.仿真结论对潜艇指挥员正确操纵指挥潜艇有一定的现实指导意义.     

基于模糊控制的船舶自动导航仿真系统

在介绍船舶运动特性和分析船舶运动的基础上,建立船舶运动质点方程,研究基于模糊控制的船舶自动导航仿真系统。针对船舶偏航量的控制,设计位移模糊控制器和航向模糊控制器,对船舶在波浪中的运动进行数值仿真。船舶在各种不同外界条件下的运动状态数据,应用数据库技术,进行存储,作为后续数据分析来源。采用VC＋＋,在VS2005开发环境下使用GDI编程,实现可视化仿真。     

基于多波模型和多策略的真实海浪仿真研究

海浪运动随机性大、波谱范围宽,且涌浪波谱窄、能量大,是仿真大规模海浪的难点所在.针对难点问题,采用频率等分方法对海浪波进行区间等分分割,获取海浪真实性有效数据区域,提出了一种在Gerstner软件上扩展多波模型叠加LOD多情况绘制策略的海浪仿真模型.使用P-M波浪谱和SWOP观测数据求解真实海浪一系列参数,完成了海浪模型的真实造型;叠加LOD视点算法和多情况绘制策略解决了海浪模拟实时性问题.基于多波模型,设计了海浪仿真的UML类图,并运用Direct3D技术实现了海浪的实时仿真.实验证明,等分方法能够满足海浪真实场景实时仿真的要求,取得了较好的实验效果.     

船舶运动可视化仿真平台的设计与实现

船舶仿真系统设计,船舶航行风浪环境的稳定性和实时性研究可通过可视化进行分析。因此场景的可视化是船舶仿真的重要内容,为帮助设计人员直观地观察控制器的控制效果,提出由船舶运动模型和以MMG模型为基础建立船舶运动数学模型,根据概率论和随机过程理论建立完整的海况模型,利用龙格-库塔法计算船舶的位姿,显示模块将船舶的运动位姿数据转换成图像,实现了数据的可视化。实验结果表明,平台能够实现船舶航行仿真及3D直观显示,同时环境因素对船舶运动的影响也与理论相符。系统可以满足视景仿真的实时要求,并提供了直观的验证方式,对船舶运动控制系统控制策略的选取和控制的设计提供了依据。     

船舶操纵模拟器视景中的山形建模

船舶操纵模拟器是一种能够部分模仿海上真实情况,专门为满足与培训、技术研究等目的而设计研制的装置,其核心技术之一是海上视景模拟,而地形地貌是海上视景中的重要组成部分,根据船舶操纵模拟器实时视景显示的需要,在分析航行舰艇对可视范围内重要岛屿与背景山脉的几何精神要求的基础上,提出了基于待高线的山形堆积建模和山形轮廓建模方法,并给出了山形轮廓图形的误差定义、有效适用范围,以及船舶操纵模拟器中地形建模的误差准则,该方法生成图形的数据量较小,其图形更新速率与几何精度能达到船舶操纵模拟器实时视景显示的要求。     

基于NAR神经网络的船舶运动姿态短期预测

船舶在海上作业的过程中,不可避免地会受到风浪的扰动影响,风浪扰动可以分解到船舶运动的六个自由度上,而船舶的六自由度运动是一个复杂的非线性过程.借助预测算法可以对船舶短时间后的运动状态进行预测,从而更好辅助在船舶上的工作活动.为了提升船舶运动姿态的预测精度,建立了非线性自回归(NAR)神经网络模型,并利用NAR模型对船舶运动姿态进行预测仿真,将仿真结果与AR预测法的结果进行对比.仿真结果分析表明,基于NAR神经网络模型的预测算法与传统的基于AR模型的预测算法相比,精度更高,更具有实用价值.     

H∞滤波器在船舶动力定位系统中的应用

本文主要介绍了H∞滤波器在动力定位系统中的应用。在船舶动力定位领域中,通用的简化方法是将船舶的高频运动和低频运动分开来处理,本文首先分别建立相应的线性数学模型,然后为了使控制系统只响应船舶的低频运动而不响应高频运动,利用H∞滤波方法估计船舶位置和艏向低频运动,同时剔除来自位置和艏向传感器中的高频运动分量和噪声。H∞滤波器是针对某个被控对象设计的,因此不同的被控对象它的方程也不同。仿真结果表明H∞滤波器滤波效果很好。     

圆柱形浮标运动分析与仿真

圆柱型浮标通常作为海洋监测设备的稳定工作平台,对波浪激励下浮标的升沉运动位移和横摇角度会影响空中无线通信质量.针对浮标加强姿态稳定性要求,通过对浮标体在波浪中的受力分析、力矩与惯量分析,建立浮标运动传输函数模型,讨论浮标重力、设计尺寸对浮标运动的影响.通过浮标设计参数的调整,通过浮标固有的谐振频率与波浪激励的峰值频率分离,降低波浪激励对浮标运动的影响.计算了不同海况激励下浮标在垂直方向的升沉位移与水平方向的横摇角度,与实验数据验证仿真方法的有效性,在仿真的基础上,进一步给出了圆柱形通信浮标的设计改进建议,有效地提高了圆柱型浮标的稳定性.     

SAR探测水下运动物体波浪尾迹的模拟研究

水下运动物体可以在海面产生波浪,这种波浪与海洋表面波相互作用改变了海浪谱的高低频分布而形成波浪尾迹。将这样的波-波相互作用处理为对背景海浪谱的扰动,利用海面微波散射的二尺度模型,分析波浪尾迹对雷达散射系数的影响,并给出相应的数值计算模型;对水下不同运动状态物体的波浪用汇源分布法计算出波面函数,将它们分别与一些特定海况的海浪波面函数叠加,并对之进行微波后向散射测量仿真计算,给出波浪尾迹的SAR(Synthetic Aperture Radar、合成孔径雷达)探测图像;再利用二维谱分析技术对模拟SAR图像进行处理,提取波浪尾迹信息。初步结果表明,SAR探测下运动物体是可行的。
     

基于全耦合时域运动模拟的FPSO艏摇失稳研究

本文建立系泊浮体全耦合非线性六自由度方程,研究了规则波中FPSO的艏摇失稳现象.将数值求解得到的平衡艏摇角与试验结果进行对比,验证了方程的准确性.分析了艏摇失稳对FPSO运动响应的影响,研究了初始艏摇角、波陡对FPSO艏摇失稳和运动响应的影响.结果表明：FPSO在特定波长船长比下会发生艏摇失稳现象,作用在船体上的波浪载荷增大,从而引起较大的横摇和垂荡响应;波陡不会影响最终平衡艏摇角,但会影响艏摇达到平衡所需的时间以及运动响应幅值;初始艏摇角会影响FPSO最终达到的平衡位置和运动响应.     

船舶运动视景仿真系统研究

由于航海在军事及经济中的重要性,船舶的运动研究也引起了人们的高度重视.文章介绍了在虚拟海洋环境中船舶运动的三维视景仿真系统.文中给出了船舶在规则波中的运动方程,用Creator仿真软件建立了船舶的三维模型,在Vega软件中对船舶的运动进行了实时交互控制.该系统在Vega的海洋模块中建立海洋场景,较真实地模拟了船舶在海面的运动情况.该系统不仅节约了研究经费,同时获得了较好的视觉效果,为后续的研究打下很好的基础.