船用窄带直接印字电报系统仿真

为克服采用真实设备进行全球海上遇险与安全系统(Global Maritime Distress and Safety System,GMDSS)培训容易产生误报警、干扰正常通信及成本昂贵的缺点,需要研发基于局域网的GMDSS仿真设备,如窄带直接印字电报(Narrow Band Direct Printing Telegraph,NBDP),Inmarsat-C船站,Inmarsat-B船站等.在分析NBDP系统组成、工作原理和通信流程的基础上,研究并给出了NBDP系统的仿真模型.考虑了信道条件对通信效果的影响,搭建了基于局域网的NBDP仿真系统平台.采用VC++6.0为开发工具,研制了NBDP仿真系统.通过教学实践验证,该仿真系统具有仿真度高、界面友好、系统稳定等优点.     

基于STL模型的船舶静水剪力与弯矩计算方法

为了提高船舶强度计算精度, 提出了一种基于STL模型的船舶静水剪力与弯矩计算方法。在计算总纵强度时, 采用常规算法计算船舶浮态初值, 然后采用迭代算法计算船舶吃水、横倾角与吃水差; 按照船舶肋位切割船舶外壳得到每个肋位的横剖面, 采用格林公式计算每个剖面水下部分的面积, 纵向积分得到浮力曲线; 通过对船舶舱室STL模型的切割, 离线建立每个舱室的质量分布表, 用舱室实际质量分布代替梯形分布来计算船舶质量分布曲线; 最后基于散货船“太行128”和“SPRING COSMOS”, 通过浮力与质量分布曲线计算了5种典型载况下的剪力与弯矩。计算结果表明: 计算值与采用软件NAPA的设计值相比, 剪力与弯矩的平均误差约为1%, 最大误差为2.6%, 计算误差较小, 因此, 船舶静水剪力与弯矩计算方法精度较高; 采用浮态迭代算法只需计算出船舶任意浮态下的排水体积与浮心坐标, 程序实现简单、稳定与可靠; 静水剪力与弯矩计算方法适用于船舶任意浮态, 通过直接切割船舶外壳计算船舶浮力曲线, 弥补了常规方法只能计算船舶纵向强度的不足; 通过建立舱室的质量分布表与采用舱室的实际质量分布代替传统的梯形分布, 减少了计算量, 提高了计算精度。     

内河船舶操纵模拟器视景系统的建模与仿真

基于过程法建立河流流体运动模型,并利用有限差分的方法解算,从而获取视景系统中河流运动的速度场;利用Multigen Creator建模软件创建视景系统中的场景模型,并运用细节层次技术提升视景系统仿真的效率;最后采用相关的可视化技术,实现了内河船舶操纵模拟器中视景系统的实时仿真。仿真结果表明:建立的河流流体速度场模型可较真实地体现河流流动性,视景系统可增强内河船舶操纵模拟器的环境真实感,并且视景系统的效率远超过仿真实时性要求。     

半潜船航海模拟器的压载水系统仿真

为了提高半潜船操纵及船员培训水平，用VB实现了半潜船航海模拟器的压载水系统仿真。建立了空压机、泵、压载舱的压力、电流、液住数学模型，以动画和数字形式显示空压机的电流和压载舱的液位、容积和压力。     

海上搜救模拟器的直升机悬停鲁棒控制

为了研制海上搜救模拟器的直升机模拟系统,给出了直升机模拟的系统结构,建立了直升机的悬停数学模型.用镜像映射方法和闭环增益成形算法设计了直升机的悬停鲁棒控制器.用Simulink进行了仿真实验,当直升机处于悬停状态时,系统的输出为输入的18%且抖动频率明显降低,当系统加了0.5 s纯滞后模型摄动后,系统的输出为输入的32%且抖动频率明显降低.仿真结果显示系统具有较强的稳定性和鲁棒性.     

基于VDM与APSO优化极限学习机的船舶运动姿态预报

为提高船舶在海上运动的耐波性与适航性,并为解决具有非线性、随机性和非平稳性特点的船舶运动姿态难以准确预测的问题,提出运用一种基于变分模态分解和自适应粒子群算法优化极限学习机的组合预测模型。该算法首先利用变分模态分解将船舶运动姿态序列分解为一系列限带内本征模态函数,并且变分模态分解可以避免经验模态分解技术所产生的模态混叠和端点效应,可以降低序列的非平稳性对预测精度的影响;然后对各模态分量分别建立极限学习机预测模型,并用改进的粒子群算法对极限学习机的初始权值和阈值进行优化;最后将各模态分量预测结果进行叠加,得到最终的船舶运动姿态预测值。通过模拟试验测试并与其他传统的预测方法进行比较,结果表明所建立的组合预测模型具有更高的预测精度。     

基于STL模型的船舶吃水转换功能实现

提出一种基于船舶外壳STL模型及S-H多边形剪裁算法的船舶吃水转化方法。根据船舶设计部门提供的船舶STL模型,用船舶六面水尺所在的平面切割STL模型,得到各个水尺的封闭多边形。根据船舶当前的载况计算出船舶的首尾吃水及横倾角,确定倾斜水线面的方程。基于S-H多边形剪裁算法,将各个水尺的封闭多边形和水线面求交即可计算出六面吃水。以6.4万吨散货船“Spring Cosmos”和25万吨矿砂船“Shandong Ren He”为例进行实例计算,和船舶设计软件NAPA计算值相比,绝对误差都在1 cm左右,证明上述方法的正确性。实验表明：算法计算精度较高,通用性好,适用于船舶任意载况,具有一定的工程实用价值。     

基于电子海图的无人艇集群区域覆盖路径规划

[目的]针对无人艇（ASV）集群区域覆盖问题,设计一种基于电子海图信息系统（ECDIS）的多无人艇区域覆盖路径规划方法。[方法]首先,通过提取ECDIS中的海陆和水深信息,建立基于栅格化方法的无人艇集群覆盖区域环境模型。其次,提出一种基于轮盘选择法的区域划分方法,解决基于初始位置的区域划分方法区域划分不规则的问题,实现在栅格地图中对无人艇集群覆盖子区域的合理划分。最后,构建一种基于模板法的区域覆盖路径规划方法,解决生成树覆盖方法路径转弯数量较多的问题。[结果]搭建基于ECDIS的无人艇集群人机交互仿真平台,验证所提基于轮盘法和模板法的区域覆盖路径规划方法对优化规划路径转弯数量的有效性。[结论]采用所提基ECDIS的无人艇集群区域覆盖路径规划方法,实现多无人艇对海上目标任务区域的覆盖路径规划。     

“蛟龙号”机械手水下作业的交互仿真设计

针对载人潜水器水下作业机械手操作人员的培训中存在培训成本高、安全风险大的问题,以我国第一台载人深潜器"蛟龙号"为仿真原型建立三维物理模型。采用D-H方法建立搭载机械手的运动学模型,并求出正、逆运动学解;利用VC++及OpenGL图形库搭建机械手运动学算法的验证与解算平台;基于虚拟现实技术、碰撞检测技术以及三维交互技术,调用运动学解算接口,实现机械手水下作业过程的交互仿真开发。     

偏微分方程数值计算在虚拟现实中应用与研究

随着虚拟现实(Virtual Reality,VR)相关硬件的发展以及软件技术的日趋成熟,VR技术正在进入人们的日常生活.然而不可否认,VR的核心问题之一——物理真实感依然没有很好的解决.其原因大多都是由于解算模型控制方程耗费了大量的时间,从而迫使人们采用牺牲精度的方法以满足实时性的要求.而许多的物理模型的解算都归结于偏微分方程求解,因此如何准确高效快速的求解偏微分方程(PDE)和PDE方程组对于提升虚拟现实系统的物理真实感有着至关重要的作用.本文从求解典型PDE出发,建立相应的PDE求解器,并对计算结果进行验证.最后将该思想应用于计算流体力学领域,通过对流体力学中的NS方程和水力学中的浅水波方程的求解,得到计算区域的速度场或高度场,并且对结果进行验证.结果表明,该方法具有较高的可信度.