一种面向临近空间的智能目标发生器设计与优化方法

发布时间：2017-08-26 12:21

  本文关键词：一种面向临近空间的智能目标发生器设计与优化方法

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【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。
【关键词】：临近空间 虚拟视景 路径规划 粒子群算法 高层体系结构
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V416.8;TP18
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-23
• 1.1 研究的背景与意义12-13
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势13-20
• 1.2.1 临近空间目标13-15
• 1.2.2 目标发生器15-18
• 1.2.3 HLA 仿真技术18-19
• 1.2.4 人工智能中的路径规划问题19-20
• 1.3 论文主要内容和组织结构20-23
• 第2章 面向临近空间的智能目标发生器的总体设计23-33
• 2.1 目标发生器总体构建23-26
• 2.1.1 总体框架分析23-24
• 2.1.2 系统需求分析24-26
• 2.2 目标发生器功能模块划分26-28
• 2.2.1 目标特性模拟模块26-27
• 2.2.2 三维视景展示模块27
• 2.2.3 智能算法优化模块27-28
• 2.2.4 目标交互设计模块28
• 2.3 软件实现与硬件系统构成28-31
• 2.3.1 软件实现方式28-31
• 2.3.2 硬件系统构成31
• 2.4 本章小结31-33
• 第3章 虚拟仿真视景构建33-53
• 3.1 三维模型库的创建及优化33-41
• 3.1.1 模型构建方法分析34-35
• 3.1.2 采用的建模方法及建模技术35-36
• 3.1.3 虚拟模型库结构设计36-37
• 3.1.4 虚拟模型创建37-39
• 3.1.5 模型优化阶段39-41
• 3.2 虚拟可视化平台的创建及渲染41-49
• 3.2.1 总体设计框架42-43
• 3.2.2 平台开发流程43-44
• 3.2.3 虚拟视景构建44-45
• 3.2.4 虚拟视景优化45-47
• 3.2.5 应用程序接口开发47-49
• 3.3 二维地图信息设计49-51
• 3.3.1 地理信息开发准备阶段50
• 3.3.2 应用程序建立阶段50-51
• 3.4. 本章小结51-53
• 第4章 临近空间目标智能行为模拟53-71
• 4.1 目标智能行为总体设计框架53-54
• 4.2 目标智能行为特性分析54-56
• 4.2.1 临近空间飞行器特性分析54-55
• 4.2.2 临近空间环境特性分析55-56
• 4.3 目标智能行为算法设计56-66
• 4.3.1 研究问题描述56
• 4.3.2 算法优化目标56-57
• 4.3.3 算法设计思路57-61
• 4.3.4 优化算法设计61-66
• 4.4 仿真实验验证66-70
• 4.4.1 仿真实验平台66-67
• 4.4.2 仿真结果展示67-70
• 4.5 本章小结70-71
• 第5章 基于 HLA 的目标发生器构建71-90
• 5.1 临近空间高机动目标探测仿真系统概述71-74
• 5.1.1 仿真系统简介71
• 5.1.2 仿真系统组成71-74
• 5.1.3 目标发生器联邦成员与仿真系统的关系74
• 5.2 目标联邦成员设计74-77
• 5.2.1 设计目标74-75
• 5.2.2 结构设计75-76
• 5.2.3 开发流程设计76-77
• 5.3 目标发生器联邦成员开发77-81
• 5.3.1 对象类交互类设计77-78
• 5.3.2 HLA 线程设计78-79
• 5.3.3 二维目标发生平台构建79-80
• 5.3.4 三维视景展示平台搭建80-81
• 5.3.5 数据库管理平台开发81
• 5.4 仿真实验展示81-89
• 5.4.1 仿真开发环境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 仿真结论88-89
• 5.5 本章小结89-90
• 结论90-93
• 参考文献93-100
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单100-101
• 致谢101

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：741470