水下辅助导航分布交互仿真理论与方法研究

基于计算机网络和虚拟现实技术、模拟水下导航真实环境的分布交互仿真理论和方法是对水下辅助导航系统进行系统性、针对性和超前性论证研究的重要手段。研究的主要内容包括海洋环境、水下运载体、舰载导航系统、海洋地理特征测量传感器等对象的三维可视化建模与三维虚拟场景构建方法、数学仿真模型的选取和参数优化理论、分布式平台通讯与时序控制理论以及系统仿真管理与仿真度评价方法。课题采取的技术路线包括基于图像的三维建模与绘制、基于海洋试验实测数据的模型选取与验证以及基于IEEE高层体系结构标准的系统设计方法。课题的研究目标是旨在研究通用的、涵盖多种任务需求的虚拟试验环境所需的分布交互仿真理论和方法，为水下运载体、导航设备的发展论证和研究开发提供先进的理论基础和技术方法，突破以往基于特定研究项目和特定目的进行的研究设计方法，提供通过系统重组来构建面向不同应用目的和需求仿真应用系统的能力。

基于计算机网络和虚拟现实技术、模拟水下导航真实环境的水下辅助导航三维仿真是对水下辅助导航系统进行系统性、针对性和超前性论证的重要手段。项目组通过理论研究、计算机软件仿真以及海上试验，完成的主要研究内容和得到的主要研究结论如下：. 1、系统主要仿真对象的数学建模与实现.详细研究了潜艇和水下机器人的操纵规律，对潜艇标准运动方程进行了合理简化，实现了既支持单独进行水下运载体控制也可进行航向跟踪控制的水下运载体模型；研究了捷联惯性导航系统工作原理，建立和实现了捷联惯导系统数学模型；分析了多波束测深声纳原始数据格式，提出了面向导航定位的多波束测深数据实时抽稀算法，实现了多波束测深声纳数据重采样模型；研究了用于导航定位的海洋重力仪数据改正方法及其算法实现，建立了负海拔高度重力场模型；建立了基于海浪频谱和方向扩展函数的海浪模型并进行了仿真试验。.2、系统仿真对象三维建模方法与理论.设计和实现了基于移动控制架的相机校正系统，提出了基于移动控制架的相机校正方法；对基于自标定视频序列三维建模技术中许多关键算法进了改进，初步实现了从图像获取到摄像机自标定再到模型生成的技术流程，达到了国际上已公开软件Bundler、VisualSFM等的技术水平；采用OGRE作为基本渲染引擎，针对场景中大量同质点目标的快速渲染时的优化处理进行了研究，在场景渲染技术与优化组织方面取得了一定进展。.3. 电子海图高精度实时插值理论与算法.研究了满足点插值要求的Shepard插值模型，提出了新的改进模型；详细研究了针对电子海图剧烈变化时进行整体插值的三次B样条插值算法并给出了其具体实现方法；提出了具有更高精度的基于小波变换和小波奇异点检测的电子海图小波插值算法。.4、分布式平台通讯与时序控制算法及其实现.重点分析了RTI通信机制、通信内容与传输特性、通信方式及特性，提出了改进的UDP可靠单播传输算法，设计和实现了可靠单播传输中定时器阈值估计算法、基于时间片的数据打包传输方案并在项目组开发的原型系统进行了仿真验证。.5、系统仿真管理与仿真度评价方法.基于Pitch pRTI1516平台和OpenGL 4.2开发环境设计和实现了水下辅助导航三维仿真原型系统，定性地研究了航迹规划与地球物理特征量之间的关系，设计和实现了导航定位算法评价方案，采用相似度方法对水下运载体仿真进行了仿真度和可信性度评