[发明专利]水下无人航行器4D同步推演系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种仿真同步推演方法，特别涉及一种在水下无人航行器4D同步推演系统。

背景技术

近年来，无人水下航行器（UnmannedUnderwaterVehicle，UUV）技术得到飞速的发展与广泛的应用。UUV是完全可以自主在水下承担情报收集、制导、导航、侦察、水下武器对抗、通信、反潜、应急救生与打捞、海洋勘探、危险条件下作业等多种任务的、可以反复使用的自主式航行器，并且包括无需操作员监视和操控的海上自主航行器（AUV）和需要操作员通过电缆或声学通信进行遥控的水下航行器（ROV），具有很大的实用性和灵活性。因而无人水下航行器已成为当前世界各国海洋开发、国防工业部门和海军装备的最重要的研究方向之一。

水下无人航行器作为海洋开发的手段之一，可替代人类去直接观测海洋、调查海底地质和采掘资源。但是由于水下环境的特殊性，航行器在水下自主航行和作业过程相对与监控人员呈现出的“黑洞”特性，使得航行器“失控”风险增大。故需要开展航行器典型任务下的实时4D（位置+时间）同步推演，研究基于航行器航行过程中不完整反馈信息下的推演技术，能够直观地观测航行器的运动状态，以及在海洋环境影响下的运动，后期也可以用来根据实验数据复现航行器的运动特性，为决策者提供分析实验依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于航行器航行过程中不完整反馈信息下的推演技术，能够直观地观测航行器的运动状态，以及在海洋环境影响下的运动。

本发明的目的是这样实现的：

系统由三部分组成，它们包括模型仿真模块、视景仿真模块、仿真控制部分，每个部分都有一个仿真计算机构成，并且根据相关协议来完成三台计算机之间的通信。每个部分分别完成不同的仿真任务已达到完成实时虚拟仿真。三台不同的仿真计算机的相互关系为运动控制计算机。

主控计算机的作用就是协调模型仿真机和视景仿真机的工作，通过监测视景仿真的运动参数及时的给模型仿真机发送控制指令，然后通过传回更新运动数据来主控计算机的运动参数，以达到实时虚拟仿真的正常进行。

模型仿真模块的主要功能就是进行UUV数学运动模型的仿真，模型仿真机根据控制仿真计算机发送的运动控制指令来仿真不同任务下的数学模型，通过控制仿真机发送的控制指令，选择需要仿真的运动任务，例如定常直线运动、定常回转运动等，根据已经建立好的仿真模型来仿真，并将其仿真得到的仿真数据发送给控制仿真机。

视景仿真机的接收主控计算机的控制指令和模型计算机的UUV运动参数完成整个UUV作业的视景仿真，视景仿真中利用Vega软件中的API模块来完成UUV场景的一些设定，且利用VC++为平台，完成UUV的视景仿真，达到预定设计的要求后并将其UUV运动的实时参数反馈给控制仿真机，以便控制方针机完成下一步的工作。

4D同步推演技术是利用三维视景仿真加上实时控制的技术，及三维加上实时时间的仿真。本技术的关键是在进行虚拟视景仿真的过程中没有提前设定的仿真轨迹，需要实时的从模型仿真机上提取相关的运动数据，通过其运动数据进行仿真运动，并且将实时仿真过程中的实时数据反馈给控制计算机，让主控计算机控制模型计算机进行数据的调整并及时的发送给视景仿真机，保证其视景仿真机中UUV的模型能够按照用户需要的运动轨迹进行仿真运动，完成UUV4D同步推演。

附图说明

图1为本发明的系统构成图；

图2为主控计算机的程序流程图；

图3为模型仿真计算机的程序流程图；

图4为仿真计算机流程图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，图1为本发明的系统构成图。系统由三部分组成，它们包括模型仿真模块、视景仿真模块、仿真控制部分，每个部分都有一个仿真计算机构成，并且根据相关协议来完成三台计算机之间的通信。每个部分分别完成不同的仿真任务已达到完成实时虚拟仿真。三台不同的仿真计算机的相互关系为运动控制计算机。由图可以得到其仿真应用系统主控计算机主要作用是给其他两台计算机发送运动指令和显示其他两台计算机反馈的实时信息。模型仿真机的功能则是根据主控计算机的运动指来完成模型的解算以及将仿真后的运动数据发送给主控计算机和视景仿真机。视景仿真机的功能主要是在接收到了模型仿真机发送的运动数据后进行视景的仿真，并将其UUV的实时运动数据反馈给主控计算机。其中网络交换机的作用是实现三台计算机之间的网络通信。