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多功能海洋运载器航行轨迹仿真模拟系统的设计与实现
| 论文题名： | 多功能海洋运载器航行轨迹仿真模拟系统的设计与实现 |
| 关键词： | 海洋运载器;航行轨迹;仿真模拟;捷联惯导系统;模块化设计 |
| 摘要： | 捷联惯导系统算法设计以及性能测试是基于惯性器件的实时输出数据，然而以实物作为基础进行测试势必将会造成系统开发周期过长、成本增加，同时该方法所获取到的数据极易受到外界环境、器件本身性能等因素的影响，致使数据误差较大，使得真实的惯导系统在实际工程应用中更是无法做到无差别试验。此外，针对惯导系统数据方面设计出的模拟器一方面产生的数据精度较差，载体运动轨迹不全面，运动模块间的衔接性能差而导致数据突变，另一方面不能够直观地表现出运载体在仿真期间的实际运动情况，因此扩展系统三维视景仿真功能在实际应用的便捷性，也是值得关注的问题。因此，针对经典仿真模拟器存在的运动模块残缺和运动模块无衔接问题，本文以海洋运载体导航系统为研究对象，根据捷联惯导系统的特点，设计并实现了一套多功能海洋运载体航行轨迹仿真模拟系统。 为了能够满足系统在不同运动轨迹下的仿真要求，本文对海洋运载体在地球表面运动情况进行分析，设计出全面的载体运动轨迹模块，包括静态运动、匀加减速运动、蛇型运动、Z型运动等。同时，还针对载体运动轨迹模块在叠加过程中，由于参数突变导致的惯性器件输出信息（角增量和速度增量）误差较大的问题，本文提出应用相邻模块的边界条件方法，实现了模块衔接过程的平滑运动，通过仿真对该方法的有效性进行了仿真验证。在此基础上，本文对捷联惯导系统的算法进行分析，详细推导出以增量形式为数据源的惯性器件数学模型，并建立误差模型，使仿真数据更加逼近真实的惯性输出。 根据模块化、对象化的设计思想，本文对仿真系统的功能和性能进行分析，并基于VC++编程语言实现仿真界面设计，包括运动模块、导航信息的实时显示和曲线绘制模块、仿真验证模块、数据存储等诸多功能模块。同时，创新性的应用了开放图形库OpenGL和建模软件3DS MAX实现了三维视景显示与对比。为了使仿真得到的数据更好的传递到成熟的仿真验证模块中进行解算，本文对导航逆解算算法进行性能分析和验证，并针对数据通信模块需求进行分析，实现了数据的实时传输功能。最后，对不同运动条件下的惯导系统进行了仿真实验，从而验证了轨迹仿真模拟系统设计的准确性和可行性。 |
| 作者： | 于东伟 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 程建华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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