地下矿山可视化及最优路径漫游的研究

本文根据现代化矿山安全生产、安全管理要求,提出了建立地下矿山的可视化和漫游技术。针对矿山安全教育与培训、事故应急救援、安全生产、安全管理的组织优化,介绍了VRML对地下矿山系统的模拟以及VRML与Java语言结合,实现最优路径漫游;就当前外三维虚拟场景都仅提供简单的导航功能,提出了将最优路径算法引入到三维场景的思想,将二维平面与三维虚拟场景相结合,实现了三维场景中的最优路径漫游,增加了系统智能型,增强了虚拟场景与用户的交互性。     

载气压力对空心玻璃微球炉内成球过程的影响

为实现惯性约束聚变(ICF)靶用高品质空心玻璃微球(HGM)的干凝胶法制备,从数值模拟和工艺实验两个方面研究了载气压力对干凝胶粒子炉内成球过程及最终HGM品质的影响。结果表明,随着载气压力的降低,HGM的直径增大、壁厚变薄。降低载气压力虽有利于延长液态空心玻璃微球的精炼时间,但载气与液态空心玻璃微球之间的传热能力也显著降低。因此,HGM的精炼程度随着载气压力的降低而下降,当载气压力低于0.5×105Pa时,HGM的精炼程度不能满足ICF制靶的要求。     

虚拟装配环境中产品精确定位技术研究

基于对虚拟装配环境中装配零件的几何约束关系分析,分别对几何约束的判别、几何约束的确认和装配运动的定位导航进行了深入研究,通过共线约束和共面约束的产生,对装配零件的运动方向和运动空间进行约束,实现了产品虚拟装配过程中的快速精确定位,减轻了操作者虚拟装配操作的难度。     

基于直线稀疏光流场的微小型无人机姿态信息估计方法研究

针对无人飞行器视觉导航系统的需求,提出一种基于直线稀疏光流场的微小型无人机姿态信息估计方法。研究了图像直线稀疏光流场的概念,并推导出该种稀疏光流场的计算方法;在直线稀疏光流场的基础上,建立了地平线投影模型,并提出一种基于直线稀疏光流场的飞行器俯仰角速度、滚转角速度和偏航角速度等姿态信息的估计方法;分别使用文中提出的直线稀疏光流场的计算方法和Horn算法对一组测试图像进行数值仿真,仿真结果显示在图像边缘附近,直线稀疏光流场的计算方法与经典的Horn算法具有相近的精度,但时间开销减小到后者的6%;使用无人机航拍图像序列对于基于直线稀疏光流场的飞行器姿态信息算法进行离线仿真,并对比同时搭载的角速度陀螺的测量结果,结果显示,使用文中所述的基于直线稀疏光流场的无人机姿态提取方法可以估计飞行器的俯仰、偏航、滚转三通道角速度信息,其最大绝对估计误差除滚转通道小于±10°/s外, 其余两通道均小于±5°/s,并对于误差产生的原因进行了进一步讨论。     

多无人机远距突防协同目标搜索决策

针对需要远距突防的不确定区域运动目标的搜索问题,提出了多无人机（UAV）远距突防和协同目标搜索的路径决策。改进基本的二维扩散模型,建立考虑目标运动与地理环境限制条件下的不确定区域扩散模型,在此基础上基于电势场算法和滚动时域控制研究了远距突防与优化路径决策策略。综合考虑不确定性降低收益、平均不确定度与综合抗力,构建协同搜索收益函数,为协同搜索路径决策提供路径优化准则,进行仿真实验。仿真结果表明,本算法能够有效地应对突发威胁与不确定区域扩散,完成多UAV远距突防与协同目标搜索任务。     

无人作战飞行器编队协同攻击轨迹规划研究

研究了无人作战飞行器（UCAV）编队协同对地攻击轨迹规划问题。基于单机运动学/动力学方程、编队成员相对运动模型和威胁模型,结合平台初、末端约束条件,建立了编队协同对地攻击轨迹规划数学模型;提出了综合考虑单机威胁、任务时间、编队等效碰撞次数及执行指令时间误差的综合目标函数,形成最优控制方法的求解框架。为使编队整体轨迹优化,将编队任务轨迹分段。采用hp自适应伪谱法对构建的模型进行解算,得到编队攻击轨迹。数字仿真结果表明：规划的编队攻击轨迹满足约束要求,证明了所构建的编队攻击轨迹规划模型的有效性。     

基于多传感器数据融合的长输埋地管道中心线测量

针对长距离油气管道的中心线测量问题,提出了一种利用多传感器数据融合的管道中心线计算方法。当使用管道内检测器对长距离油气管道进行内检测时,在内检测器上装载惯性测量单元（IMU）和里程计,通过加载低频发射机激发地面GPS标记盒获得内检测的位置信息。使用导航系统和非线性动态系统进行误差建模,利用IMU数据及里程计数据进行航位推算,并采用扩展型卡尔曼滤波器对惯导系统及里程计的各项误差进行估计和补偿,结合地面GPS标记点数据最终得出准确的管道中心线位置信息。通过对同一节长度的管道在2次不同时间测量的管道中心线轨迹数据进行对比分析可知,两次测量获得的惯导中心线数据在水平方向的综合偏离误差为0.35 m,高度方向的综合误差为0.74 m。为进一步验证测量精度,对埋地管道某处特征点进行了开挖验证,检测器的误差在1 m以内。为埋地油气管道的安全运行提供了一种有效的测量手段。     

GPS轨迹数据的综合地图匹配算法研究

地图匹配是通过软件手段来校正导航系统中定位误差的一种技术。文中从降低系统的误匹配率以及提高地图匹配算法有效性的角度出发,给出了一种综合地图匹配算法。该算法将快速但匹配误差率较高的改进型垂直投影法和低速但匹配误差率较低的历史轨迹推算法相结合,通过一个综合判断步骤,对不同路段采用不同匹配算法进行校正,从而达到较高匹配速度和较低匹配误差率的目的。由实际GPS轨迹数据匹配结果表明,该方法在复杂路网,尤其是在交叉路口中具有较好地匹配效果,且效率较高,具有一定的实用价值。     

人体6 自由度运动参数无线测试系统BTViewer 的设计与开发

为解决测试人体在三维空间中的关节运动参数,自主设计了人体六自由度运动参 数测试系统BTViewer。基于惯性传感器跟踪技术,设计了整体的系统平台工作流程,同时完成 了相关算法。为降低误差、减少漂移现象,本实验采用集成的三轴加速度计、三轴磁力计的模 块LSM303DLH 以及三轴陀螺仪动态采集样本数据,通过无线装置传输到电脑,有效合理地对 采集到的数据进行预处理,将原始数据互补滤波之后解析成实际数据,准确地得到人体六自由 度运动参数。最后,运用Qt 集成的OpenGL 等模块进行曲线、三维等可视化显示。实验表明, 该系统的设计达到了预期的要求,能够较好地跟踪人体6 自由度运动参数。