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飞行实时仿真关键技术的研究与实现

黄霞  
【摘要】:随着系统仿真技术的研究和发展,其方法和理论被应用到了飞行实时仿真关键技术的研究与实现中,特别在军事态势仿真,模拟演习,战机研制,导弹制导和民航领域飞行仿真训练,航线规划等方面发挥了巨大的作用。飞行实时仿真将其关键技术进行数学模型的推导,利用仿真技术对模型实现,可以节省研发成本,缩短开发周期。在对飞行仿真技术的日益增长需求中,飞行仿真技术要满足实时性,逼真性和经济性等方面的需求。为了达到对飞行实时仿真技术的应用需求,本文将使用计算机仿真的方法,对飞行实时仿真涉及到的关键技术进行研究和分析,提出了飞行控制模型关键技术,航线规划设计关键技术和导弹运动轨迹和特效模拟关键技术,由这些关键技术构成了飞行实时仿真技术的核心。主要研究内容为如下几个方面:(1)飞行仿真的研究主体为飞机,本文在传统六自由度飞行建模方法的基础上引入飞机的运动原理,提出了一种基于飞行动力学的六自由度模型。对飞机在飞行中的受力进行分析建立数学模型,计算出飞机的飞行参数,再在飞机的最大承受力的作用下对飞机的速度和加速度进行平滑,最后根据平滑后的参数计算飞机的位置和六自由度姿态,达到了平稳,逼真的飞机飞行控制效果。(2)考虑飞机的飞行运动是由航线进行走向的规划,同时要飞行不同的场景中满足实时性,经济性和安全性等不同需求。本文中针对以上问题,设计和实现了等角航线,大圆航线和混合航线。等角航线设计中使用微分三角形计算航向角,在大圆航线中提出了一种基于旋转向量的规划方法,最后通过线段逼近的方法对航线进行绘制。(3)针对在飞行仿真技术中对导弹的分析较少,在本文中对空对空导弹和空对地导弹的运动轨迹和特效进行了研究与实现。采用运动学对导弹的运动轨迹进行建模,利用帧动画对导弹的运动进行模拟。导弹的特效包括尾焰和爆炸,本文提出了一种正弦函数的粒子系统混合模型对尾焰进行建模,使用插件的方法完成爆炸效果,极大的提高了系统信息效率。(4)针对本文中对关键技术的要求,将飞行仿真的关键技术进行了独立实现与仿真。再结合工程应用的实际情况,将飞机仿真关键技术进行整合成一个完整的天空模块,在基于数字地球的虚拟场景下,采用剧本推演的方式进行系统实验,最后从渲染帧数,三角形面片数量等数据分析实验结果。


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