视景导航中威胁区域预警研究

发布时间：2020-10-09 13:11

　　随着航空技术和信息技术的飞速发展,飞机在现代军事任务中的地位日益重要。针对陆军和空军航空兵的作战、救援等任务需求,以提升直升机等航空器在低能见度、复杂战场环境中态势感知和执行多样化军事任务的能力为牵引,本文研究了对不规则威胁区域的建模、告警与航迹规避技术。针对威胁区域的不规则性对威胁区域的告警与航迹规避造成的困难,本文基于三角网格体素化构建威胁区域的体素模型,首先通过三角形划分的方法实现了威胁区域的表面体素化,其次利用种子填充算法实现了威胁区域的实体体素化。利用体素模型的规则性和空间定位功能,避免了大量的相交检测以及对凹多面体碰撞检测错误的不足。本文基于SOC方法对威胁区域告警阈值的设定进行研究,通过建立垂直方向和水平方向的运动学模型,运用SOC曲线和蒙特卡洛仿真得到不同垂直下降率下不同前视距离处的告警高度阈值。充分考虑了前视距离对告警阈值的影响,改进了传统告警阈值设置仅依据垂直下降率的局限性;将告警阈值与传统二维威胁图结合,改进了传统的告警设计,弥补了传统二维威胁图仅依靠威胁区域与飞机的高度差展示威胁程度的不足。本文基于威胁区域的体素化模型研究了对不规则威胁区域的航迹规避算法。首先分析了威胁规避航迹重规划的问题,其次建立了三维航迹重规划的模型,综合考虑了飞机的性能约束、威胁概率模型;最后提出了一种基于变步长的稀疏A*航迹规避算法,在威胁区域内部与外部用不同步长进行节点扩展,既保证了航迹重规划的效率,又能为飞机规划出一条满意的航迹。最后,本文设计并实现了一套视景导航与告警系统,以多视角展示飞机的飞行状态和战场态势,对飞机可能面临的多种危险进行告警,给飞行员逼真的飞行体验,提升飞机在低能见度、复杂战场环境中安全高效地执行军事任务的能力。
【学位单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：V249.3;V271.4
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章绪论
    1.1 引言
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 三维空间建模方法
        1.2.2 飞机空中安全告警系统
        1.2.3 三维航迹重规划
    1.3 研究内容及研究意义
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究意义
    1.4 论文组织结构
第二章基于三角网格体素化的威胁建模
    2.1 引言
    2.2 威胁区域表面体素化
    2.3 威胁区域实体体素化
    2.4 实验
    2.5 本章小结
第三章基于SOC方法的威胁区域告警研究
    3.1 问题分析及SOC方法
        3.1.1 告警问题分析
        3.1.2 SOC方法
        3.1.3 基于SOC方法生成威胁告警阈值曲线设计过程
    3.2 建立模型
    3.3 告警设计
    3.4 仿真实现
        3.4.1 垂直方向告警阈值曲线
        3.4.2 水平区域最大搜索角
    3.5 本章小结
第四章威胁规避三维航迹重规划算法
    4.1 威胁规避航迹重规划问题分析
    4.2 威胁规避三维航迹重规划模型建立
        4.2.1 规划空间
        4.2.2 飞机性能约束
        4.2.3 威胁概率模型
        4.2.4 航迹综合代价
    4.3 基于变步长SAS的航迹重规划算法
        4.3.1 算法原理
        4.3.2 代价函数确定
        4.3.3 约束处理
        4.3.4 算法步骤
    4.4 仿真实验
    4.5 本章小结
第五章视景导航与告警系统设计与实现
    5.1 视景导航与告警系统总体规划
    5.2 视景导航与告警系统模块设计
        5.2.1 导航视景显示模块
        5.2.2 辅助引导信息显示模块
        5.2.3 危险预警模块
        5.2.4 目标指示模块
        5.2.5 交互控制模块
    5.3 视景导航与告警原型系统
    5.4 本章小结
第六章总结与展望
    6.1 论文工作总结
    6.2 进一步工作展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果

【参考文献】