水下航行器的运动控制及其视景仿真技术研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoxiaodeai1002
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近年来,随着科学技术的进步以及计算机图形显示技术的飞速发展,视景仿真技术的应用领域也得到了迅速推广。例如在商业、交通救护、消防演练、三维游戏开发、医学、航天工业等诸多行业都得到了广泛的应用。在军事领域,虽然在陆、空、天武器系统开发方面的应用和研究已经比较多,但是水中兵器方面应用视景仿真技术的研究还鲜有报道,尤其是在国内正处于起步阶段。比较优秀的水下航行器视景仿真系统能够直观形象地再现鱼雷的水下航行场景,反映鱼雷各个阶段运动参数的变化,可为鱼雷性能的评估、总体设计、控制系统等的设计开发提供比较直观的分析手段。鱼雷作为潜艇的主要武器装备之一,成为攻击水下和水面目标的主要杀伤兵器之一,具有高可靠性、大航程、高速率、高命中精度和大杀伤威力等特点,是水中的导弹,更是一种复杂的高、精、尖技术武器。无论是当今还是未来的海洋作战环境中,鱼雷都将是一种强有力的杀手锏武器,因此当今世界各临海强国无不重视鱼雷武器的发展。本课题研究的主要内容是研究水下航行器运动的视景仿真,这里的水下航行器指潜射鱼雷,以下简称鱼雷。首先建立鱼雷空间运动的数学模型,并做分组处理,进行了PID控制器的设计,在此基础上运用MATLAB工具做了数学仿真。使用专业三维建模软件Multigen Creator建立仿真系统中涉及到的实体模型对象,并对建模过程中用到的一些关键技术做了详细介绍。以VC++6.0的MFC为开发平台,调用Vega的API接口函数并编写相应代码对仿真场景中的模型进行控制,实现场景的管理和模型对象的驱动。在武器系统设计和论证过程中,出于对政治、经济、安全性等多方面的考虑,很少进行大量的实物试验,所以获得的资料有限,很难对其作战效能和可靠性作出全面准确的评估。通常情况下可以采用二维图表来观察鱼雷的攻击过程,但是仅仅能够以图表的形式表示鱼雷与目标的位置关系,确不能够全方位的再现鱼雷与目标的运动过程和他们之间的位置关系,远不够直观。本课题中建立的鱼雷运动视景仿真系统集交互性、实时性和逼真性于一体。通过对人机交互界面的操作,用户可以对鱼雷的运动进行实时的控制;显示界面能够逼真地实时地显示鱼雷的姿态和运动过程,用户可以实时的观察仿真过程,使用户有一种身临其境的感觉。结果表明,该视景仿真系统对于鱼雷武器的研究设计具有一定的实际应用价值。
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