机场终端区飞机进近仿真系统的构建

空中交通管制训练仿真系统的主要功能是模拟空中交通,对空管人员进行培训,是空管系统的必备模块,其中如何实现飞行仿真系统,即控制空中目标按照预期的航线飞行并获取精确的飞行航迹是空管训练仿真的基础.在飞行仿真系统中飞行模型的建立是十分重要的,模型的正确与否关系到了空管模拟的逼真度,模型既要满足精度的要求又要满足逼真度的要求,针对这一现实难题使用基于全量运动方程的飞机动力学建模方法,同时配合一种变步长解算方法,最后利用GL Stu-dio软件图形设计器和代码编辑器,结合VC++的混合编程设计方法,实现了对机场终端区飞机进近仿真系统界面的构建.     

无人机微波着陆引导系统坐标变换算法研究实现

为了实时且精确地获取飞机相对于着陆点的位置坐标,在深入分析机场场地位置几何信息和地面设备制导信息并建立坐标变换测量方程的基础上,提出了一种基于坐标系旋转的旋转坐标迭代解算算法;该算法通过坐标系的旋转消除了飞机纵轴方向上的位移,而后研究其具体迭代解算过程,并通过仿真进行算法性能分析;将所提出的旋转坐标迭代解算算法在TMS320F2812DSP上进行实现,并利用集成开发环境(CCS)进行调试与仿真;结果表明:旋转坐标迭代解算算法收敛快速且精确度高,DSP实现的旋转坐标迭代解算算法所得坐标值与软件仿真结果基本一致,满足系统性能指标要求,对于无人机着陆制导信息的获取具有实用价值。     

一种无线电目标定位算法研究

对飞行目标实现实时准确的定位是保证系统稳定可靠的关键,无线电目标定位算法采用白塞尔大地主题反算方法,依据飞机高度角迭代,实现了在WGS84坐标系下的精确大地坐标解算。相对传统方法把地球当称圆球来解算,解算精度随飞机飞行距离的增加而急剧降低,算法实际应用差,而采用飞机高度角迭代方法时,距离对精度的影响并不显著,精度很大取决于观测精度,不受算法本身限制,所以此算法应用范围更广,完全适应中长距离飞行器大地坐标解算。通过对数据仿真分析和飞行试验,验证了该算法的可靠性和稳定性。     

机翼不对称损伤飞机飞行配平数值方法研究

飞行配平对飞行控制策略和算法起到至关重要的作用.传统对称完好飞机的飞行配平方法是纵侧向单独进行,分别利用各自的舵偏和推力进行迭代计算.当飞机由于机翼不对称损伤而发生纵横向运动强耦合时,不能保证配平的准确性和收敛性.针对单侧机翼不对称损伤飞机配平问题,首先置零运动方程加速度量得到配平方程,可从数学上提出了解决上述特殊构型飞机飞行配平的多维牛顿迭代方法,并从全局收敛性严格证明和实际情况中给出保证算法收敛的迭代初值选取方法.仿真结果表明,改进飞行配平方法能够有效地给出合适的迭代初值点,并便捷地计算出机翼不对称损伤飞机纵侧向运动强耦合下的全状态配平点集,具有较好的工程应用前景.     

石灰石/石膏湿法烟气脱硫塔的实时仿真研究

以某火力发电厂烟气脱硫系统为研究对象,在系统机理研究的基础上,建立了湿式石灰石/石膏烟气脱硫塔的数学模型.为了满足实时仿真的需要,采用集总参数法和模块化建模方法分别建立了反应装置和氧化槽的动态数学模型,并采用了变步长的欧拉算法进行仿真运算.在仿真模型的基础上,进行了一系列的动态仿真试验,仿真结果与实际系统的动态特性相符,证明了模型的正确性.通过实时性测试和具体分析证明了模型计算的实时性.模型的建立,为湿式石灰石/石膏烟气脱硫系统的工程分析和实时仿真机的开发奠定了基础.     

混沌梯度组合优化算法

提出一种混沌梯度组合全局优化算法，并对该算法进行了收敛性分析．算法首先采用改进的变步长梯度法得到某个优化值，然后利用变尺度混沌搜索跳出局部极小，经过反复组合迭代，直至到达最优解．仿真结果表明，该算法能充分发挥梯度法寻优的快速性和混沌法寻优的全局搜索能力．     

改进扩展卡尔曼滤波的四旋翼姿态估计算法

为了提高标准扩展卡尔曼姿态估计算法的精确度和快速性,将运动加速度抑制的动态步长梯度下降算法融入扩展卡尔曼中,提出一种改进扩展卡尔曼的四旋翼姿态估计算法。该算法在卡尔曼测量更新中采用梯度下降法进行非线性观测,消除标准扩展卡尔曼算法在线性化时带来的线性化误差,提高算法的准确性和快速性;对梯度下降法的梯度步长进行动态处理,使算法步长与四旋翼飞行器的运动合角速度成正比,增强微型四旋翼飞行器姿态解算的动态性能;对强机动运动过程中机体产生的运动加速度进行抑制处理,消除运动加速度对姿态解算的不利影响,提高了微型四旋翼飞行器姿态解算的跟踪精度。为了验证所设计算法的可行性和有效性,基于STM32单片机搭建四旋翼实验平台系统进行实时在线性能验证。结果表明,所设计算法能提高四旋翼飞行器在强机动、高速运动情况下的姿态跟踪精度、动态性能,增强姿态融合算法的抗干扰性,保证微型四旋翼飞行器的稳定飞行。     

基于相关函数的改进LMS自适应滤波算法研究

标准LMS算法由于采用了固定的步长因子,致使其算法稳态误差大、实时性差,不适用于非平稳随机过程.提出了一种改进的CLMS变步长自适应滤波算法,该算法采用输入-误差信号的互相关函数控制步长更新,在算法收敛初期步长取较大值,使其有较快的实时跟踪能力,在算法收敛末期步长取较小值,以使其拥有较小的稳态误差.仿真结果表明,相比已有变步长算法,CLMS算法有更好的应用性能.     

基于VS的捷联惯导系统仿真器设计

针对在实验室环境下实时获取飞机真实动态数据难度大的问题,借助飞行控制原理设计了飞机实际的飞行轨迹,并利用飞行轨迹产生的真实数据解算惯导误差及惯导参数,模拟了对惯导系统的动态导航.利用模块化设计思想,建立了捷联惯导系统的仿真轨迹模块、惯性器件参数输入模块、导航参数计算模块、视景仿真模块等,并在Visual Studio 2005开发环境下设计了捷联惯导系统仿真系统.用户界面直观简洁,通用性较强,可以实现人机交互、实时仿真等效果.仿真结果与惯导系统误差特征一致,验证了仿真器所用捷联惯导系统算法的正确性.     

弹道仿真中的数值计算方法研究

在弹道仿真计算中,为了既达到要求的仿真精度又能满足实时仿真,分析了仿真步长的选择方法,然后在龙格－库塔转阿当姆斯法中引入变步长积分方法,推导了阿当姆斯变步长积分公式,同时对弹道仿真中的间断非线性系统提出条件函数求零的方法来解算弹道。仿真结果表明,方法可以获得较高的仿真精度和较快的运行速度。     

飞艇飞行控制仿真系统设计

随着Matlab/Simulink开发平台在飞行控制研究中的大量应用,飞行控制仿真系统已成为飞行器飞行控制研究的重要手段。介绍了基于模型的飞艇飞行控制仿真系统的工作原理、硬件设计、软件设计,采用一体化设计思想,将仿真系统设计成根据需要可随意扩展的综合性仿真系统。该仿真系统利用Matlab/Simulink平台,搭建飞艇飞行控制相关的各运动及控制模型,在实时通信网络和虚拟视景工作站的支持下,能实现全数字仿真、半物理仿真、人-机交互仿真等实时仿真,可用于飞艇飞行控制系统的方案设计、研制、试验等全开发过程。     

基于自适应Runge-Kutta法的织物动态模拟

运动微分方程的数值求解，是实现基于物理模型的织物仿真的技术关键。针对具有高精度要求的织物动态仿真，提出利用显式Runge-Kutta高阶方法解决仿真过程中运动微分方程的求解问题，并采用内嵌的Cash-Karp计算格式，从自动调整步长和控制精度两方面优化算法。实验证明，基于内嵌的Runge-Kutta自适应法精度高，易实现，具备良好的稳定性，并可直接获取误差，自动调整步长确保精度，使系统的求解效率得以进一步提高。     

A real-time 3D motion planning and simulation scheme for nonholonomic systems

We propose a new motion planning and simulation scheme for nonholonomic systems in this paper to provide a practical solution for these application problems taking into account of real-time obstacle avoidance and the continuous curvature path generation simultaneously in 3D unknown environment. The proposed motion planning and simulation scheme generates the motion path using a new universal Euler spiral generation algorithm, which is locally optimal based on perceived points of view. The generated Euler spiral solution can be non-symmetrical and easily implemented while maintaining a C² continuous. It is therefore more flexible and powerful in dealing with dynamic situations in real-time, compared with current symmetrical Euler spirals solutions. Real-time solutions are particularly important in navigation in unknown environments. The universal Euler spiral algorithm proposed displays a smaller maximum curvature value and smaller mean square curvature value than the conventional symmetrical algorithm in tested cases. Another significant contribution of our work is the new motion planning scheme which extend current 2D based motion planning into three-dimensional (3D) space. In this paper, we have conducted experiments and describe simulation results including 3D motion trajectory modeling for a flight simulation.     

某型直升机半物理仿真系统的设计

飞控计算机是现代直升机控制的不可缺少的部分。研制功能完善的高性能飞控计算机是直升机发展的重要一步;在飞控计算机应用到直升机上之前,需要对其进行较为全面的仿真测试;文章结合飞行控制律的设计,开发了用于对飞控计算机进行全面测试的半物理仿真系统;主要完成了模型的建立和仿真,研制了基于嵌入式操作系统VxWorks及仿真工具软件MATLAB的主仿真系统并进行了调试;通过对其开环和闭环的调试以及仿真结果的分析表明,该系统对发送的飞机姿态信息能够进行实时显示和处理。满足飞行品质技术指标要求。半物理仿真结果可真实可靠的反映直升机的飞行过程。     

一种改进的牛顿-拉夫森算法

为了保证牛顿一拉夫森算法中迭代所采用的二阶导数矩阵的正定性,进一步改善算法的收敛速度和迭代精度,提出了两个方面的改进:一方面,对二阶导数矩阵作了修正以确保其成为正定矩阵,从而改善了收敛速度;另一方面,引入了一个修正因子对每次迭代的结果加以修正,来提高迭代精度.仿真结果表明,改进的牛顿一拉夫森算法所得到的结果精度更高,而且收敛速度也有所提高,也验证了改进方法的正确性和有效性.     

飞行控制软件周期任务的定时周期设计

飞行控制系统是典型的硬实时系统,任务周期设计是飞行控制系统设计的基础。为了保证飞行控制软件满足实时性和功能性要求,在系统设计初期进行的任务周期设计首先需要根据任务功能、时限要求和设计指标的不同,区分每个任务周期设计的侧重点并进行分类;结合飞行控制软件中周期任务的特点,确定飞行控制软件中任务周期设计的所有时间约束;根据任务的所有的时间约束条件进行任务周期的设计。这种设计思路及方法已经在具体案例的设计中使用,其对于飞行控制软件的设计具有很好的参考意义。     

持续载荷飞行模拟器控制方程参数优化研究

为提高持续载荷飞行模拟器仿真逼真度,解决持续载荷飞行模拟器角运动本体感知与视觉感知错配问题,对持续载荷飞行模拟器控制方程参数优化问题进行了深入研究。介绍了持续载荷飞行模拟器仿真原理,构建了持续载荷飞行模拟器控制方程。基于人体感知模型设计了的持续载荷飞行模拟器控制方程参数优化算法,给出了控制方程参数优化的具体流程。通过仿真实例验证了所提出控制方程参数优化算法的可行性和有效性。研究结果可为持续载荷飞行模拟器控制算法设计提供参考。     

基于ACUTROL 3000控制器的转台远程控制系统在半实物仿真系统中的开发应用

转台是导弹半实物仿真系统中最为关键的设备之一,针对基于ACTROL 3000运动控制器转台的工作特性,重点研究并解决其在半实物仿真系统中的应用技术,开发基于RTX实时环境下的通用化的转台远程控制系统,在半实物仿真系统中得到成功应用。     

基于改进简化天空光照模型的天空绘制算法

通过使用Hoffman等的算法进行天空效果的绘制,会产生两个问题：在绘制的天空效果图的中央产生一条肉眼可视的黑带;散射系数不能随着观察者视点位置和太阳的位置变化而变化。通过改变Rayleigh散射方程中与散射方向有关因子的系数,解决使用Hoffman等的算法在绘制天空效果时产生黑带的问题;通过建立Mie散射方程方向系数与观察者视点位置和太阳位置之间的线性方程,解决散射系数不能随视点位置和太阳位置变化的问题。结果表明,改进后绘制的天空效果将更适用于飞行模拟器实时仿真。