渔船操作模拟器中网位仪设备的仿真研究

摘要

海洋渔业是航海模拟器应用的一个新领域,将航海模拟器应用于海洋渔业船员培训领域可以克服传统培训方式的弊端,发挥成人学习的优势,也能够满足《STCW—F国际公约》和《海洋渔业船员发证规定》的要求,同时还避免了采用真实设备进行培训造成的不便。但是现有航海模拟器中有关海洋渔业的模块的功能还远远不能满足渔业船员培训的需要。例如航海模拟器对渔船辅助设施如鱼探仪、网位仪等的模拟还比较少,对渔捞作业数学模型的研究还没有引起相关人员的高度重视。鉴于以上原因,本文设计开发了网位仪仿真设备,将其作为渔船操作模拟器的一部分加入到航海模拟器中。本文主要研究如何建立网位仪仿真设备中各种回波解算的数学模型,例如仿真声线、海底、鱼群和噪声等数学模型。本课题完成的主要工作如下:1.实现了FURUNO CN-24型网位仪设备仿真的主要框架,并完成了对网位仪三种工作模式、量程变换、杂波抑制等各种基本功能的模拟,完成了现有渔船操作模拟器中探鱼部分的最后一个设备的仿真;2.建立了合理的回波强度模型,根据回波强度自动选取相应的颜色级别绘制海底回波图像,采用交换缓存的方法来实现动态显示,使模拟海底回波图像较前人更逼真,色彩更鲜明,更具真实感;3.通过比较Boids和Floy模型的优缺点以及网位仪设备特点之后,本文选取了简化的Floy鱼群运动模型、采用乌立克提出的鱼体目标强度经验公式进行计算选取相应的颜色、采用透明位图技术和点散射体显示鱼群,最终实现鱼群的动态显示;同时也实现了噪声的实时动态显示;4.通过离屏绘制实现了回波图像及人机交互界面的无闪烁显示,并实现了与航海模拟器联网运行,测试结果与电子海图数据一致,得到了较好的仿真效果。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 渔船操作模拟器的研究现状

1.2.1 国内的研究现状

1.2.2 国外研究现状

1.3 本课题的提出

1.4 文章的组织结构

第2章 网位仪真机以及仿真设备系统

2.1 网位仪真机

2.1.1 真机概述

2.1.2 基本工作原理

2.1.3 基本构成

2.2 网位仪设备仿真子系统的构成和工作流程

2.2.1 系统构成

2.2.2 工作流程

2.3 渔船操作模拟器的系统构成

2.4 本章小结

第3章 海底回波图像的生成

3.1 探测波束的仿真模型

3.1.1 网位置信息的设置

3.1.2 探测波束的仿真模型

3.2 海底信息数据

3.2.1 海底信息数据的获得

3.2.2 海底数据文件的格式

3.3 海底回波

3.3.1 海底三角形的粗裁

3.3.2 海底回波的计算

3.4 海底回波图像的模拟及改进

3.4.1 声波的衰减

3.4.2 颜色级别的选取

3.4.3 海底回波的动态显示

3.5 本章小结

第4章 鱼群和噪声回波图像的生成

4.1 鱼群的参数设置

4.2 鱼群运动模型

4.2.1 Boids模型

4.2.2 Floy模型

4.2.3 鱼群模型的选取

4.3 鱼群回波的模拟及其改进方法

4.3.1 目标回波模拟方法

4.3.2 鱼群回波的位置计算

4.3.3 鱼群回波强度计算和实时显示

4.4 噪声回波的模拟

4.4.1 噪声回波的初始化

4.4.2 噪声回波的显示

4.5 本章小结

第5章 网位仪设备仿真结果

5.1 网位仪图像的几种显示模式

5.1.1 向下显示模式

5.1.2 向上+向下显示模式

5.1.3 真运动显示模式

5.2 人机交互界面及功能操作

5.2.1 人机交互界面

5.2.2 其他功能操作

5.3 联网运行仿真结果

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 本文的主要工作

6.2 下一步的工作

参考文献

致谢

研究生履历