虚拟情景实训环境三维模拟

应用计算机技术当中的虚拟模拟技术,对于当前各领域实现虚拟情景三维模拟训练已成为可能。本文研究当前技术环境下,利用Unity3D模拟平台构造虚拟情景训练系统的开发与设计。从三维模拟训练系统的关键技术研究入手,以三维场景优化、物理碰撞逻辑检测、动态加载场景以及网络通信作为开发的重点,设计出较为先进和逼真的虚拟情境下三维模拟训练系统。并以消防部门作为系统应用的检测部门,检测结果表示此系统可以很好的表现出现场场景的模拟程度以及逻辑,对于加强消防部门的训练技术和应用效果有很大优势。     

用改进的耦合型Level Set方法计算一维双介质可压缩流动

用带有虚拟流体(Ghost Fluid)修正的Level Set方法计算了一维可压缩双介质流动,把描述流动的Euler方程和描述流体界面运动的Level Set方程耦合起来,得到一个整体的守恒律系统,应用高分辨率差分格式求解;为了解决流体界面附近的数值跳动问题,在界面附近引入了虚拟流体方法的Isobaric修正,并给出了算例.     

模拟多介质界面问题的虚拟流体方法综述

虚拟流体方法为模拟具有清晰物质界面的多介质流动问题提供了一种简便途径.尤其基于多介质Riemann问题解的修正虚拟流体方法及其变体，能够真实考虑到界面附近非线性波的相互作用和物质性质的影响，可以有效解决各种界面强间断等挑战性难题，具有巨大的工程应用潜力.文章重点回顾了虚拟流体方法的发展历史，总结和对比了各种代表性版本在模拟可压缩多介质流时的界面条件定义方式和多维推广方式，并介绍了该方法的设计原则和精度分析方面的研究进展.文章还回顾了该方法在其他更广泛和更具挑战性典型科学问题中的最新应用进展，并对方法的优势和特点进行了总结.      

一种新的船用捷联惯导系统数字仿真器的设计

以舰船的运动特性为依据,设计了一种新的船用捷联惯导系统数字仿真器;用VC++编程语言设计舰船运动轨迹;建立陀螺仪、加速度计的误差模型;用惯导系统姿态更新、位置更新、速度更新解算的结果与航迹点参数(真值)比较,得到惯导系统误差;应用表明,该仿真器能够灵活地模拟出舰船在不同的运动状态下船用捷联惯导系统的各种导航参数,为研究舰载条件下的捷联惯导系统传递对准技术提供了可靠的试验数据。     

舰船隔振装置技术及其进展

隔振装置是降低舰船机械噪声最重要的技术之一,目前已有大量文献对舰船隔振装置技术进行了研究,但系统、全面地论述其技术特点、应用和进展,尤其是我国在该领域进展的文献相当缺乏。针对已应用并取得成效的舰船隔振装置技术,首先概述了其发展历程,分析了单层隔振装置、双层隔振装置、浮筏双层隔振装置和气囊隔振装置的技术特点;然后介绍了近年来该领域的进展,包括智能气囊隔振装置、推进动力系统新型隔振装置、主被动混合隔振装置、推力轴承隔振装置等;最后对隔振装置技术的未来发展趋势进行了展望。通过系统地总结梳理,较完整地呈现了舰船隔振装置技术发展概况,可供舰船减振降噪研究和工程设计人员参考。      

基于Unity 3D的船舶压缩空气系统的虚拟设计

针对目前船舶空气压缩仿真训练系统大多采用半物理仿真与二维软件界面仿真相结合方式训练效果不佳的问题,将虚拟现实技术引入到船舶压缩空气系统的仿真设计;设计一套基于Unity 3D的船舶压缩空气系统,实现虚拟仿真程序和三维虚拟场景的实时交互,生成一个逼真的三维视觉、听觉、触觉的感官世界,加强培训人员的沉浸感,从而获得一种置身于真实环境中的感受;系统可供学员无限制反复训练,节省系统的维护费用,规避实物操作设备中可能出现的各种风险,提高训练效果。     

一种虚实结合的联合试验系统及方法

虚拟试验正朝着“虚实结合”和“综合集成”的方向发展,将实物设备与数学模型集成起来进行联合试验现已成为虚拟试验中“虚实结合”的有效手段,文章给出了一种将实物设备与数学模型进行联合试验的系统及方法,设计了模型包装器、实时网与RTI网的桥接器,论述了系统的时间管理方式,并在某型号的联合试验中得到了验证,将以反射内存网连接的半实物系统与以HLA连接的防御系统互联进行联合试验,考核型号的总体指标,应用表明该系统与方法具有良好的复用性、可扩展性和互操作性。     

基于STM32与串口服务器的IP语音通信系统设计

针对模拟训练系统中语音通信的应用需求,提出了一种基于TCP/IP协议在局域网内进行IP语音通信的实现方法。分析了该语音通信系统的组成结构和工作原理,设计了以微处理器STM32F103ZET6为核心、以语音编解码芯片VS1053B为驱动的语音控制电路,SD卡连接电路和电源电路;移植了UCOSⅢ嵌入式实时操作系统增强控制系统的实时性和稳定性,采用FatFs文件系统管理SD卡存储设备。利用串口服务器实现串口数据与以太网数据的快速交换,完成模拟训练系统局域网的搭建,实现基于TCP/IP协议的稳定高效的IP语音通信。测试结果表明,系统稳定可靠、扩展性强,语音通信质量满足模拟训练使用要求。     

基于虚拟时间反转镜的垂直阵舰船辐射噪声级测量方法

研究了利用垂直阵测量舰船辐射噪声过程中因水声信道的多径效应对测量性能产生的影响,建立了基于声场模型的舰船辐射噪声测量的数学模型,推导了基于虚拟时间反转镜辐射噪声测量的理论公式,提出了一种基于虚拟时间反转镜技术的垂直阵舰船辐射噪声级测量方法。该方法首先采用基于波束积分的SCOOTER模型,根据海洋环境参数计算出辐射声源至测量水听器之间的信道传输函数,然后,用计算出的信道传输函数对接收信号做虚拟时反处理,以消除或减弱信道多径效应对接收信号的影响,从而提高舰船辐射噪声级测量精度。针对典型的浅海声信道,进行了计算机仿真试验。结果表明,该方法能有效地进行舰船宽带辐射噪声测量,当阵元个数满足一定要求时,测量得到的声源级与实际声源级相比,误差小于1 dB。      

5.1通路环绕声的虚拟重放系统

提出了一种改进的5.1通路环绕声虚拟重放系统及其信号处理方法。首先对5.1通路环绕声的虚拟重放声场进行了分析,指出现有的系统存在听音区域窄、声像位置畸变、重放音色改变等缺陷。在此基础上,通过理论分析提出将一对前方重放扬声器布置缩窄到士±15°、音色均衡的信号处理等措施,可较好地克服现有系统的缺陷,且信号处理也相对简单。心理声学实验验证了理论分析,证明系统可重放出整个前半平面(约±90°)的立体声像。因此所提出的系统及其扬声器布置是适合于电视和多媒体计算机的应用。     

船舶电缆虚拟敷设仿真平台的研究与实现

针对船舶电装生产设计中电缆敷设设计复杂繁琐,效率低下的问题,结合实际电缆敷设设计的流程,开发了基于AutoCAD二次开发的船舶电缆虚拟敷设仿真平台。重点对虚拟敷设通道数学模型的建立、交互式图形敷设方式的设计、带限制条件的最短路径算法的实现和电缆通道的仿真进行了详细阐述。电缆虚拟敷设平台的开发已经完成,初步实现了船舶电缆的虚拟敷设。该平台为电装设计人员提供了一种直观,动态的敷设设计方式,简化了电缆敷设设计过程,提高了敷设设计的效率和质量,同时节省了电缆用量。     

沉浸式虚拟训练中的虚拟手操控技术研究

将人手的自然动作加入沉浸式虚拟现实系统中,可有效提高系统的沉浸感和交互性,简便快捷、成本低廉的虚拟手建模及操控技术,有助于此项内容的推广应用;在对虚拟手骨骼结构模型分析的基础上,提出了基于Leap Motion的虚拟手控制方法和流程;以维修训练为任务背景,设计了四种用于虚拟手操作的手势规则,并对实现流程和关键技术进行了分析;构建基于Unity3D引擎的原型系统对虚拟手进行仿真验证,结果表明,基于Leap Motion的虚拟手操控简单、交互自然,可以满足虚拟现实系统交互需要。     

基于虚拟测试仪器的诊断技术及在VMTS中应用

故障诊断是一门交叉学科,广泛应用于各个领域,在飞机维修虚拟训练系统(VMTS, Virtual Maintenance Training System)平台基础上,提出基于虚拟仪器进行测试、故障定位的仿真训练策略,构建了基于需求的虚拟测试仪器模型框架,并在VMTS系统中得到应用。通过虚拟测试仪器与推理模块协同配合的方法解决了维修虚拟训练过程中普遍存在的故障诊断类型套路化问题,并且能够完成复杂状态下的故障诊断任务,满足各种故障诊断训练要求,最后以尾桨故障诊断为例,证明该方法的可行性。     

基于气象因素的集中供热系统热负荷预测研究

为了解决直升机旋翼伺服作动器维修保障过程中训练资源有限,拆装难度高,故障率较高且难以确定故障点等难题,在直升机虚拟维修训练系统(VMTS, Virtual Maintenance Training System)的基础上,提出了应用虚拟仪器检测,确定故障点的直升机故障诊断可视化设计方法。分析了故障诊断过程中仪器、工具、环境等对故障诊断的影响,实现了动态的建立仿真模型和数据处理。通过虚拟仪器和推理机的功能配合,解决了直升机维护中复杂多变的故障诊断难题,形成一个逻辑推理能力强的故障诊断系统。最后以直升机旋翼伺服作动器故障诊断为例,验证该方法的可行性。     

基于ARM+WinCE的某自行火炮火控系统模拟训练与考核系统设计与实现

针对实装训练带来的数量不足、组织难度大、综合成本高等现实问题,构建了一套基于“ARM+WinCE”的自行火炮火控系统模拟训练设备。以ARM集成控制板为基础,设计集信号采集与处理,计算、控制等功能于一体的火控系统基本电路;设计了基于WinCE、DSP、XML故障诊断硬件与软件,使得系统具有操作使用、理论与操作考核、故障诊断等功能。实践证明该模拟训练系统运行稳定可靠,极大提升了装备训练的效益。     

直升机交互式桨叶振动调整仿真研究

为解决目前机务维修培训中存在的物理样机难以满足需求的问题,以实际机务维修工作中旋翼振动调整方法为参考,提出在虚拟维修训练系统的基础上实现受训人员对虚拟样机旋翼桨叶进行振动调整仿真操作,以期达到训练目的。根据非沉浸式虚拟维修训练系统的特点设计交互仿真操作逻辑,确定仿真操作步骤,分析座舱振动可视化表示方法,专用虚拟样机的构建方法以及虚拟仪器的实现方式和数据组织结构形式,并将该仿真实验以模块化形式添加到虚拟维修训练系统中,满足拆装条件下对虚拟样机的交互操作需求。最后以欧直松鼠直升机虚拟样机旋翼振动调整方法为例验证该操作仿真逻辑的可用性。     

基于PLC的地面能源远程控制方案

传统伺服地面能源系统的远程控制主要通过模拟量来实现,其自动化程度低、抗干扰能力差。为了解决以上问题,提出了一种基于PLC的地面能源远程控制方案,其分别采用了基于Profibus现场总线的分布式PLC控制技术、基于高压输出反馈的闭环控制技术、OPC Server与PLC远程通讯技术,实现了伺服地面能源系统的远程自动化控制功能,用基于虚拟仪器技术的人机交互界面取代模拟器件,用基于MODBUS协议的数字式网络传感器取代模拟传感器,实现了伺服地面能源系统数字化,提高了伺服地面能源系统的抗干扰能力。     

显示控制模拟实验系统的总体设计

显示控制管理分系统作为第三代战斗机综合航电系统的核心分系统,采用综合显示和集中控制的方式完成飞行员与飞机之间的人机交互功能。针对院校缺乏实装难以满足综合航电专业教学需求的现实问题,论述了显示控制模拟实验系统的功能需求,搭建了基于TCP通信的总体框架,分析了显示控制模拟设备的集成方案,以构建逼真的半实物操作环境;分析了模拟实验系统软件的总体结构、主控、界面管理、画面显示与管理、通信、设备功能仿真等模块的设计,以及反映教学需求实验项目的开发,为进一步的软件代码实现奠定了基础,也为其他机型航电模拟训练系统的研制提供了切实可行的技术途径。