光电经纬仪仿真训练系统的设计与实现

摘要

在现代航空武器试验中，尤其是在导弹系统研制过程中，如何迅速准确地捕获、跟踪高速运动目标是测量飞行目标各项弹道参数的首要条件，也是至关重要的一个环节。基地用于跟踪高速运动目标的主要手段是光电经纬仪。由于在技术上还很难实现有效的自动跟踪，所以靶场试验中仍以操作手手动跟踪为主。目前飞行试验的目标成本日趋增大，个别试验目标成本甚至超过千万元，如果操作手不能够稳定熟练地操作光电经纬仪精确地跟踪目标，就无法完成外弹道测量任务，其经济损失是可想而知的。因此，如何低成本而又高效率地完成操作手的训练是目前困扰相关军方单位的一个难题，也是制约导弹系统研制的一个瓶颈。 此外，传统意义上的仿真训练系统一直存在人机接口不友好、可视化程度不高的缺点，极大限制了仿真技术的应用。而引进虚拟现实的仿真训练系统能发挥两种技术的优势和同时对各自的劣势进行互补，在一段时期内，具有非常好的应用前景。尤其在军事领域，长期以来一直迫切需求具有高度逼真、新型友善的人机界面。 正是基于此，本课题给出了一套光电经纬仪仿真训练系统的开发方案，并给出了该系统的实现。该系统能够具有良好的人机界面，营造逼真的三维训练场景，有多种驱动数据源，支持联网训练，能及时地对控制命令做出反应，且能提供专业、全面的事后评估、分析系统，并且具备较好的扩充升级能力。 本文首先简单介绍课题背景和意义。在总结目前国内外研究现状的基础上，对光电经纬仪仿真训练系统的开发作了需求分析，并对常见飞行器航迹模型作了分析和比较。接着给出了系统的设计原则，重点讨论了系统的软件架构以及各个模块的具体设计，最后给出了该系统的一个具体应用实例以及运行过程中截取的一些图片。 目前，该系统已成功应用于空军某训练基地。实践结果表明，光电经纬仪仿真训练系统能使用户产生较强的“沉浸感”，能较好地实现人机交互功能，能有效地满足不同科目的训练要求。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1课题背景和意义

1.2国内外研究概况

1.2.1国外研究概况

1.2.2国内研究概况

1.2.3仿真新技术

1.2.4光电经纬仪仿真训练研究现状

1.3本课题的给出

1.4作者的主要工作

第二章相关理论基础介绍

2.1飞机类目标航迹生成模型

2.1.1微分多项式模型

2.1.2 CV模型

2.1.3 CA模型

2.1.4 Singer统计模型

2.1.5“当前”统计模型

2.1.6曲线拟合或插值模型

2.1.7目标状态模型

2.1.8六自由度全量模型

2.1.9小扰动线性简化模型

2.1.10极限参数简化模型

2.2自动制导

2.2.1自导相对运动方程

2.2.2尾追导引法

2.3经纬度与高斯投影直角坐标的互换

2.3.1高斯-克吕格直角坐标

2.3.2高斯投影正算公式

本章小结

第三章系统需求分析

3.1需求层次分析

3.2具体需求分析

3.2.1功能需求

3.2.2性能需求

本章小结

第四章软件系统分析与设计

4.1系统总体设计原则

4.2系统硬件组成

4.3系统软件设计

4.3.1软件体系结构

4.3.2系统模块划分

4.3.3系统各模块的设计

本章小结

第五章系统实现及应用

5.1三维视景引擎与开发工具的选择

5.2系统运行环境

5.2.1硬件环境

5.2.2软件环境

5.3系统运行

5.3.1配置

5.3.2跟踪训练

5.4实际应用

本章小结

第六章结束语

参考文献

致谢

附录

个人简历、研究工作及论文发表和获奖情况