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《北京理工大学》 2015年
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一种面向临近空间的智能目标发生器设计与优化方法

韩晓隆  
【摘要】:临近空间飞行器凭借其速度快、体积小等突出优点,已经成为世界各国的研究热点。目前,对临近空间的研究仍然处于相关技术的攻坚阶段,主要存在着研究经费过高、目标特性认知不足、缺乏仿真验证平台等问题。本文针对以上问题,构建了面向临近空间的目标发生器,为临近空间目标特性的研究提供了平台。同时,针对目标发生器普遍存在的仿真目标智能性和仿真环境真实性的不足,提出了改进措施。具体的研究内容如下: 首先,分析了临近空间高机动目标探测仿真系统的设计需求和目标发生器自身的设计目标,构建了目标发生器的总体设计框架。结合模块化的设计思想,将目标发生器划分为目标特性模拟、三维视景展示、智能算法优化和目标交互设计四个模块,并设计了目标发生器的软件实现方法和硬件平台。 其次,针对目标发生器在仿真环境真实性方面存在的不足,采用以三维建模软件Creator为基础的模型构建方法,构建了面向临近空间的三维模型库。应用三维虚拟视景渲染软件Vega生成了逼真的三维视景,结合地理信息系统开发了二维目标发生平台,共同搭建仿真环境,提高了目标发生器的真实性。同时,应用LOD技术、纹理技术、实例技术等,降低了仿真中冗余多边形的数量,提高了图形渲染效率,提高了仿真的实时性。 再次,针对目标发生器存在着仿真目标智能性不足的缺陷,本文综合考虑了临近空间目标的安全性、飞行环境、飞行特征等因素,构建了目标在三维环境中路径规划的数学模型。对仿真环境进行了栅格化处理,设计了路径规划的适应度函数,并采用改进的粒子群算法实现了目标在不同雷达反射面积下的路径规划,有效地提高了目标发生器的智能性。 最后,结合HLA仿真技术,分析了目标发生器在仿真系统中的作用,提出了目标联邦成员的设计框架,并按照系统需求对目标联邦成员进行了设计与开发,实现了目标发生器与仿真系统的集成,该平台可以为仿真系统提供目标发生、路径规划、目标信息实时显示、三维视景展示等功能。 本文构建的目标发生器有效地模拟了临近空间目标的特性,为目标添加了智能运动行为,并采用二维地图与三维虚拟视景结合的方式展示仿真过程,克服了传统目标发生器在智能性和真实性方面的缺失,可以为临近空间高机动目标机理的研究提供了有力的验证平台,可用于研究传感器组网对临近空间目标的探测效能、测试环境对临近空间飞行器的影响等,具有广泛的应用价值。
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