伏尔(VOR)导航动态模拟应用研究

为进行ＶＯＲ导航系统地面仿真试飞实验，设计了ＶＯＲ导航信号动态模拟器，它可模拟动态的ＶＯＲ导航信号。本文介绍了其工作原理及组成，进行了地面全实物动态仿真试飞实验，并经空中试飞验证了该仿真方案。

民用飞机中IRS/VOR/DME组合导航技术研究

机载导航系统是飞机航行中不可缺少的重要组成部分,通过对IRS/VOR/DME组合导航技术展开研究,提出一套适合于民用飞机导航系统的组合导航技术方案。仿真结果表明,提出的组合方案是合理可行的,能够保持长时间的导航精度。

考虑因子突变的客滚船海峡航行安全韧性动力学仿真

为有效评价影响因子扰动下客滚船海峡航行的安全韧性,提出了一种基于突变理论和系统动力学的安全韧性评估模型。首先,通过分析客滚船海峡航行安全与应急特征,构建鲁棒性、可恢复性、冗余性、多样性和适应性等航行安全韧性评价指标体系,分析客滚船海峡航行安全事故致因的因果循环关系;然后,引入突变动力学理论,建立客滚船航行安全韧性分析模型,分析客滚船海峡航行安全韧性特征,揭示各因子及不同特性对安全韧性的影响;最后,结合琼州海峡航行的场景数据开展安全韧性动力学仿真试验。结果表明:就客滚船航行而言,鲁棒性、可恢复性和冗余性的增加对韧性提升效果较为显著;环境条件中大风扰动下韧性水平较低。

跨海长桥非通航孔防船撞拦阻设施系泊系统水动力分析及优化设计

以港珠澳大桥非通航孔桥防船撞工程为背景,建立全尺寸自适应恒阻力船舶拦阻设施多浮体系泊系统的水动力计算模型,利用AQWA水动力计算软件,开展风浪流耦合作用下多浮体系泊系统的动力学响应计算,重点讨论系泊锚链自重、布设角度、锚链长度等因素的影响规律。计算结果表明:在锚链布设角度和锚链长度恒定条件下,随着锚链的自重增大锚链所受最大张力以及系统的动态响应均呈非线性减小,链径为78 mm的锚链可兼顾安全性与经济性要求;锚链的不同布设角度对多浮体系泊系统的动力响应影响明显,经综合对比分析,得到最优锚链的铺设角度为α=40°、β=40°;在10 m水深的条件下,系泊系统的动态响应随着锚链长度增大而增大,而锚链受力则随着锚链长度的增加而减小,优化比选后,确定最优的锚链长度为36 m。研究成果能够为浅水水域海洋工程结构物的系泊系统优化设计提供参考。

东营港航道船舶航行风险评估

以船舶自锚地到泊位航行状态为研究对象,基于物元分析法模型,对船舶东营港航道航行过程整体动态风险进行评估,根据信息数据确定的指标权重值,得到船舶航道内航行动态风险评估仿真图,从而为港航管理部门和船公司的安全管理提供理论依据。实船验证结果表明:东营港航道船舶航行过程风险呈现“V”型变化规律,5号浮至9号浮附近风险最大;船舶交通流是影响船舶航行风险的首要因素。

一种北斗卫星导航接收设备动态定位精度测试方法

文章提出了一种北斗卫星导航接收设备具体的动态定位精度测试方法,针对以北斗卫星导航接收设备动态定位精度测试方法为研究对象,利用卫星导航信号模拟器发出不同场景的模拟信号,来模拟实际环境中卫星导航接收设备使用到的各种不同动态场景,而卫星导航信号模拟器可以产生自身的一个信号轨迹,通过比较卫星导航信号模拟器的轨迹信号和卫星导航接收设备实际输出的定位信息,可以计算出卫星导航接收设备动态定位精度。实际测试证明了该动态定位精度测试方法可行、有效。

基于速度自适应的拖拉机自动导航控制方法

针对速度因素对拖拉机自动导航系统稳定性的影响,提出了基于横向位置偏差和航向角偏差的双目标联合滑模控制方法,在建立两轮拖拉机-路径动力学模型和直线路径跟踪偏差模型的基础上,应用Matlab/Simulink进行整体系统仿真,验证了控制方法的可靠性;以雷沃TG1254拖拉机为载体搭建了自动导航控制系统田间试验平台,分别在定速和变速条件下,进行了拖拉机直线路径跟踪控制的田间试验;分析了不同速度条件下的动态跟踪控制效果,验证了设计的自动导航控制系统的稳定性和控制精度。试验结果表明:在拖拉机田间作业常见的定速直线行驶工况下,采用基于速度自适应的双目标联合滑模控制方法,拖拉机直线路径跟踪控制的横向位置偏差最大值为10.60 cm,平均绝对偏差在3.50 cm以内;航向角偏差最大值为3.87°,平均绝对偏差在1.70°以内;在进入稳态以后,前轮转向角最大摆动幅度为3°,摆动标准差为0.80°。结论表明,该文提出的基于速度自适应的拖拉机自动导航控制系统,能基本实现不同速度下的直线路径自动跟踪控制。

载体运动对双轴连续旋转调制式惯导方案误差的影响

引入系统级旋转自补偿技术可以提高惯性导航系统的精度,该技术是指对整个IMU施加旋转运动从而改变元器件的工作方式,使元件误差得到调制,在进行积分时调制后的误差在一个周期内得到抵消。在捷联式惯导系统中,当载体处于动态时,标度因数误差和安装误差与惯性传感器的输出产生耦合,旋转调制对系统的补偿效果将受到影响。改进的途径一是提高元件标度因数稳定性,减小系统安装误差角;二是隔离载体运动,即减小陀螺仪和加速度计的输出值。本文通过对比分析在静态和动态条件下双轴连续旋转调制式惯导的误差方程,解释了载体运动对旋转调制效果的影响机理,并通过数字仿真验证了载体运动对系统补偿效果的影响。分析和仿真发现,在静态和动态条件下旋转调制都可以提高系统的精度,而在静态条件下或者在通过环架结构隔离了载体运动后旋转调制的效果相对于动态下有较为明显的提高。

洪水数值模拟的三维动态可视化方法

针对洪水淹没的灾害评估与应急决策管理等问题,本文结合GIS技术与Mike21软件,设计了基于Mike21计算数据的GIS洪水淹没三维动态可视化方法。基于GIS构建研究区段数字地形,建立Mike21二维洪水数学模型,确定糙率与边界条件;模拟典型工况下的来洪情况,计算洪水淹没范围、历时、水深、水位和流速等要素;通过可视化数据的提取与建筑物实体参数化建模,对研究区域三维场景融合,并采用空间数据库与属性数据库相互调用机制,实现淹没过程的动态模拟与实时信息查询。以依兰航电枢纽区段为例,设计开发了依兰航电枢纽区段洪水淹没三维动态可视化系统,能够较好地将Mike21数值模拟结果与GIS的数字地形模型进行耦合,实现洪水淹没三维可视化,为研究区段防洪决策提供数据参考。

高动态GPS卫星信号模拟器导航电文生成

为了测试全球定位系统GPS (GlobalPositioningSystem)接收机的性能 ,应用GPS信号模拟器来模拟各种条件下真实的GPS信号 .GPS卫星信号发生器由硬件、计算机和软件组成 .软件主要由卫星导航参数计算模块、目标运动轨迹计算模块、误差计算模块等模块组成 .导航电文产生功能模块是高动态GPS卫星信号模拟器要解决的一项关键技术 .给出了 3个卫星星钟改正参数的物理意义和星历产生模型 ,根据这些参数并结合相应的时间参数来形成卫星导航电文 .通过程序仿真并与导航电文进行验证 。

实时高动态GNSS信号模拟器高精度伪距生成方法

针对伪距实时生成高动态GNSS信号模拟器的关键技术进行了研究,分析了现有真实距离计算方法的问题,提出一种改进的卫星-用户真实距离求解算法.该方法将航迹位置坐标作为用户位置输入,利用开普勒轨道根数计算卫星位置,实现GNSS信号模拟器的星座仿真与参量计算.在伪距计算过程中,为了精确计算真实距离,需要考虑在迭代过程中地固坐标系旋转造成的坐标值变化;在伪距生成过程中,提出一种基于三次样条函数的伪距三阶多项展开式系数的直接计算方法,避免了现存算法需要分别计算卫星、用户位置的高阶导数以及伪距误差的高阶导数等卫星-用户视向动态参数的问题,降低了计算的复杂度.同时也解决了现存算法无法精确计算视向动态参数造成伪距多项式系数计算不精确的问题,提高了伪距生成的精度.仿真结果表明,用该方法计算的伪距精度优于0.1mm.

区域船舶废气减排的系统动力学建模研究

随着航运业的发展,船舶废气排放引起的大气污染问题日益严重,开展针对区域船舶废气的减排研究已十分迫切。区域减排是一项复杂、综合、动态的系统工作,涉及到航运、能源、环境、经济、政策等各方面。文章首先分析了影响区域船舶废气排放的相关因子,借助因果关系图描述了各影响因子之间的相互关系。在此基础上,为构建区域船舶废气减排的系统动力学模型,设计了区域减排系统动力模型的系统流图,并对模型中各变量的方程和各参数的取值进行了描述。为检验模型的有效性和可用性,基于VENSIM软件进行了模拟。结果表明,该文提出的模型能有效模拟区域船舶废气减排相关因素间的动态变化,并可用于对不同情景下区域船舶废气排放和航运经济收益的变化趋势进行预测。

基于虚拟环境的黄河仿真系统构建

虚拟现实的产生和发展无疑为加强地理科学研究提供了强大的手段和方法上的支持。本文从虚拟环境的角度出发,给出了一个黄河仿真系统的建设方案,它包括数据源、三维仿真地形库、三维仿真模型库、三维仿真虚拟实现四大模块。然后详细探讨了黄河仿真系统的关键技术:①通过对三维图形开发工具OpenGL的原理、实现功能等的分析,提出了在黄河仿真系统建设中OpenGL技术的具体应用实现方法,实现了实时动态漫游;②基于MultiGenCreator的真实感三维模型建设;③利用OpenGL和MO来实现三维场景与二维电子地图的互响应;这充分发挥了三维场景与二维电子地图各自的优势,有机地结合了三维虚拟场景的直观性、现实性、局部性和二维电子地图的宏观性、整体性、简洁性的优点,同时又克服了三维虚拟场景漫游的方向迷失感和二维电子地图的抽象多义性。

“北斗一号”导航定位动态信号的模拟实现

随着GPS、GLONASS、GALILEO和我国北斗导航系统的建设,各种导航定位用户机在国民经济和国防建设中的应用越来越广泛,其性能也越来越受到用户的重视和关心。如何进行导航定位用户机的测试与试验,是很多用户必须面临的问题。采用卫星导航信号模拟器,仿真真实的导航信号环境,对用户机进行功能检查和性能试验,是解决这一问题的有效途径。该文介绍了“北斗一号”双星定位系统的工作机制以及动态信号的模拟要求,详细阐述了模拟信号各种动态特征的实现途径,并对模拟信号进行了计算机仿真和系统实现。仿真和试验结果表明:“北斗一号”双星定位动态信号的模拟实现途径可行,能够满足各种用户设备的性能测试与验证。

北斗用户设备测试系统的设计与实现

基于导航定位用户机测试与试验的需要,对"北斗一号"导航接收机测试技术进行了讨论,建立了混合总线的测试体系结构,对其关键技术提出了具体的实现途径:采用数字频率合成器和分频器实现了高精度的频偏和延迟模拟,利用等待式并行数字相关器提高了扩频信号捕获速度和测量精度,基于MVC(Model/View/Controller)设计模式开发了自动化测试应用软件。实践表明:所设计的测试系统具有良好的功能和性能,界面友好,能够满足用户设备测试的要求。

一种新的基于Adams与C/C++语言的模块化协同仿真模式

基于多体动力学软件Adams和C/C++语言,提出一种新的模块化协同仿真模式。该模式中协同仿真过程的主控权交由用户程序,Adams动力学仿真流程与C/C++语言的控制仿真流程均作为独立的过程供用户程序调用,实现用户主控的模块化协同仿真,为控制系统的验证、改进与优化奠定基础。该方法在月球车的导航控制系统设计中起到重要作用。

基于飞行力学的惯导轨迹发生器及其在半实物仿真中的应用

讨论了在高超声速飞行器半实物仿真中,使用飞行器六自由度模型生成捷联惯导轨迹发生器的方案,使半实物仿真中的捷联惯导系统与飞行力学六自由度模型和飞行控制系统有机地融合到一起。介绍了六自由度模型的坐标系定义,描述了发射坐标系下由32个方程组成的高精度六自由度模型。指出了六自由度模型中惯性器件测量的比力和角速度理论值,比力和角速度是由飞行器飞控系统作用后所产生各种力和力矩的综合结果,而不同于传统轨迹发生器中由事先设定的速度和姿态变化而得。将发射坐标系下的导航信息推导到高超声速飞行器需求的当地水平导航坐标系下。数字仿真表明,提出的轨迹发生器满足高超声速飞行器半实物仿真的算法精度要求;半实物仿真表明,捷联惯导系统与六自由度模型、飞行控制系统能够有机结合,导航结果精度满足指标要求,支撑了高超声速飞行器飞控系统的性能指标评估。

X射线脉冲星导航动态模拟实验系统研制与性能测试

本文设计了一种半实物实验系统,能模拟出航天器在地球轨道及深空飞行时接收脉冲星周期X射线信号的情形.该系统主要由动态信号数据库、X射线模拟源、真空系统和探测系统组成.模拟源可以模拟出任意波形的脉冲轮廓,探测系统的时间分辨率优于2μs,通过分析时间转化模型给出了动态信号生成方法.实验模拟了航天器在近地轨道飞行一周接收Crab脉冲信号,将采集的光子到达时间转换到太阳系质心时后累积脉冲轮廓与标准轮廓相关度为0.9882.

一种新的X射线脉冲星信号模拟方法

由于无法在地面直接观测到X射线脉冲星信号,且空间飞行探测耗时长,成本高,模拟具有真实物理特征的X射线脉冲星信号对X射线脉冲星信号处理方法及导航方案的验证具有重要意义.本文提出了一种利用太阳系质心处脉冲星信号模型和航天器轨道信息,建立航天器处实时光子到达速率函数,再利用尺度变换法产生光子到达时间序列的脉冲星信号模拟新方法.该方法真实还原了脉冲星信号的频率缓变特性,考虑了动态探测环境下的相对论效应,且避免了现有模拟航天器处光子序列方法中的迭代过程,产生非齐次泊松光子到达时间序列的运算量也低于常用的齐次泊松过程筛选法和反函数递推法.数值仿真从频率特性、流量特性、轮廓相似度及与实测数据的接近程度四个方面验证了该模拟方法的正确性.

基于GPU的高动态导航信号实时仿真生成

针对软件仿真高动态扩频信号实时性差的问题,通过分析扩频信号生成过程和分段插值运动模型,建立了一种高动态信号生成模型,由动态参数和当前时间计算瞬时伪码相位和瞬时载波相位,各采样点的计算彼此不相关,将仿真信号组织成多维的数据结构,利用GPU中大量的浮点运算单元并行计算,提高了信号仿真的实时性。仿真验证结果表明,基于GPU的分段插值多维并行算法仿真时长1s采样率100Msps的信号,仿真与传输耗时共计322ms,与CPU串行仿真相比加速约19.4倍,实现了高动态扩频信号实时仿真。