本文關(guān)鍵詞：一種面向臨近空間的智能目標發(fā)生器設(shè)計與優(yōu)化方法

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【摘要】：臨近空間飛行器憑借其速度快、體積小等突出優(yōu)點，已經(jīng)成為世界各國的研究熱點。目前，對臨近空間的研究仍然處于相關(guān)技術(shù)的攻堅階段，主要存在著研究經(jīng)費過高、目標特性認知不足、缺乏仿真驗證平臺等問題。本文針對以上問題，構(gòu)建了面向臨近空間的目標發(fā)生器，為臨近空間目標特性的研究提供了平臺。同時，針對目標發(fā)生器普遍存在的仿真目標智能性和仿真環(huán)境真實性的不足，提出了改進措施。具體的研究內(nèi)容如下： 首先，分析了臨近空間高機動目標探測仿真系統(tǒng)的設(shè)計需求和目標發(fā)生器自身的設(shè)計目標，構(gòu)建了目標發(fā)生器的總體設(shè)計框架。結(jié)合模塊化的設(shè)計思想，，將目標發(fā)生器劃分為目標特性模擬、三維視景展示、智能算法優(yōu)化和目標交互設(shè)計四個模塊，并設(shè)計了目標發(fā)生器的軟件實現(xiàn)方法和硬件平臺。 其次，針對目標發(fā)生器在仿真環(huán)境真實性方面存在的不足，采用以三維建模軟件Creator為基礎(chǔ)的模型構(gòu)建方法，構(gòu)建了面向臨近空間的三維模型庫。應(yīng)用三維虛擬視景渲染軟件Vega生成了逼真的三維視景，結(jié)合地理信息系統(tǒng)開發(fā)了二維目標發(fā)生平臺，共同搭建仿真環(huán)境，提高了目標發(fā)生器的真實性。同時，應(yīng)用LOD技術(shù)、紋理技術(shù)、實例技術(shù)等，降低了仿真中冗余多邊形的數(shù)量，提高了圖形渲染效率，提高了仿真的實時性。 再次，針對目標發(fā)生器存在著仿真目標智能性不足的缺陷，本文綜合考慮了臨近空間目標的安全性、飛行環(huán)境、飛行特征等因素，構(gòu)建了目標在三維環(huán)境中路徑規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型。對仿真環(huán)境進行了柵格化處理，設(shè)計了路徑規(guī)劃的適應(yīng)度函數(shù)，并采用改進的粒子群算法實現(xiàn)了目標在不同雷達反射面積下的路徑規(guī)劃，有效地提高了目標發(fā)生器的智能性。 最后，結(jié)合HLA仿真技術(shù)，分析了目標發(fā)生器在仿真系統(tǒng)中的作用，提出了目標聯(lián)邦成員的設(shè)計框架，并按照系統(tǒng)需求對目標聯(lián)邦成員進行了設(shè)計與開發(fā)，實現(xiàn)了目標發(fā)生器與仿真系統(tǒng)的集成，該平臺可以為仿真系統(tǒng)提供目標發(fā)生、路徑規(guī)劃、目標信息實時顯示、三維視景展示等功能。 本文構(gòu)建的目標發(fā)生器有效地模擬了臨近空間目標的特性，為目標添加了智能運動行為，并采用二維地圖與三維虛擬視景結(jié)合的方式展示仿真過程，克服了傳統(tǒng)目標發(fā)生器在智能性和真實性方面的缺失，可以為臨近空間高機動目標機理的研究提供了有力的驗證平臺，可用于研究傳感器組網(wǎng)對臨近空間目標的探測效能、測試環(huán)境對臨近空間飛行器的影響等，具有廣泛的應(yīng)用價值。
【關(guān)鍵詞】：臨近空間 虛擬視景 路徑規(guī)劃 粒子群算法 高層體系結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V416.8;TP18
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-23
• 1.1 研究的背景與意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢13-20
• 1.2.1 臨近空間目標13-15
• 1.2.2 目標發(fā)生器15-18
• 1.2.3 HLA 仿真技術(shù)18-19
• 1.2.4 人工智能中的路徑規(guī)劃問題19-20
• 1.3 論文主要內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)20-23
• 第2章 面向臨近空間的智能目標發(fā)生器的總體設(shè)計23-33
• 2.1 目標發(fā)生器總體構(gòu)建23-26
• 2.1.1 總體框架分析23-24
• 2.1.2 系統(tǒng)需求分析24-26
• 2.2 目標發(fā)生器功能模塊劃分26-28
• 2.2.1 目標特性模擬模塊26-27
• 2.2.2 三維視景展示模塊27
• 2.2.3 智能算法優(yōu)化模塊27-28
• 2.2.4 目標交互設(shè)計模塊28
• 2.3 軟件實現(xiàn)與硬件系統(tǒng)構(gòu)成28-31
• 2.3.1 軟件實現(xiàn)方式28-31
• 2.3.2 硬件系統(tǒng)構(gòu)成31
• 2.4 本章小結(jié)31-33
• 第3章 虛擬仿真視景構(gòu)建33-53
• 3.1 三維模型庫的創(chuàng)建及優(yōu)化33-41
• 3.1.1 模型構(gòu)建方法分析34-35
• 3.1.2 采用的建模方法及建模技術(shù)35-36
• 3.1.3 虛擬模型庫結(jié)構(gòu)設(shè)計36-37
• 3.1.4 虛擬模型創(chuàng)建37-39
• 3.1.5 模型優(yōu)化階段39-41
• 3.2 虛擬可視化平臺的創(chuàng)建及渲染41-49
• 3.2.1 總體設(shè)計框架42-43
• 3.2.2 平臺開發(fā)流程43-44
• 3.2.3 虛擬視景構(gòu)建44-45
• 3.2.4 虛擬視景優(yōu)化45-47
• 3.2.5 應(yīng)用程序接口開發(fā)47-49
• 3.3 二維地圖信息設(shè)計49-51
• 3.3.1 地理信息開發(fā)準備階段50
• 3.3.2 應(yīng)用程序建立階段50-51
• 3.4. 本章小結(jié)51-53
• 第4章 臨近空間目標智能行為模擬53-71
• 4.1 目標智能行為總體設(shè)計框架53-54
• 4.2 目標智能行為特性分析54-56
• 4.2.1 臨近空間飛行器特性分析54-55
• 4.2.2 臨近空間環(huán)境特性分析55-56
• 4.3 目標智能行為算法設(shè)計56-66
• 4.3.1 研究問題描述56
• 4.3.2 算法優(yōu)化目標56-57
• 4.3.3 算法設(shè)計思路57-61
• 4.3.4 優(yōu)化算法設(shè)計61-66
• 4.4 仿真實驗驗證66-70
• 4.4.1 仿真實驗平臺66-67
• 4.4.2 仿真結(jié)果展示67-70
• 4.5 本章小結(jié)70-71
• 第5章 基于 HLA 的目標發(fā)生器構(gòu)建71-90
• 5.1 臨近空間高機動目標探測仿真系統(tǒng)概述71-74
• 5.1.1 仿真系統(tǒng)簡介71
• 5.1.2 仿真系統(tǒng)組成71-74
• 5.1.3 目標發(fā)生器聯(lián)邦成員與仿真系統(tǒng)的關(guān)系74
• 5.2 目標聯(lián)邦成員設(shè)計74-77
• 5.2.1 設(shè)計目標74-75
• 5.2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計75-76
• 5.2.3 開發(fā)流程設(shè)計76-77
• 5.3 目標發(fā)生器聯(lián)邦成員開發(fā)77-81
• 5.3.1 對象類交互類設(shè)計77-78
• 5.3.2 HLA 線程設(shè)計78-79
• 5.3.3 二維目標發(fā)生平臺構(gòu)建79-80
• 5.3.4 三維視景展示平臺搭建80-81
• 5.3.5 數(shù)據(jù)庫管理平臺開發(fā)81
• 5.4 仿真實驗展示81-89
• 5.4.1 仿真開發(fā)環(huán)境81-82
• 5.4.2 仿真流程82-83
• 5.4.3 仿真效果展示83-88
• 5.4.4 仿真結(jié)論88-89
• 5.5 本章小結(jié)89-90
• 結(jié)論90-93
• 參考文獻93-100
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單100-101
• 致謝101

【參考文獻】

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本文編號：741470