航天飞行训练模拟器技术研究 被引量：7

1

作者 晁建刚 沈钧毅 +2 位作者 王羽 张连华 张炎 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第21期6851-6855,共5页

航天飞行训练模拟器是航天员地面训练的重要设备。描述了具有航天特色的模拟器功能与实现架构,探讨了仿真系统、模拟座舱系统、仪表系统、教员系统、视景系统、音响系统及运动系统的实现方法与技术。对以后发展的技术做了展望。

关键词 模拟器 航天飞行 训练 仿真

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交会对接航天员训练仿真误差分析 被引量：3

2

作者 晁建刚 沈钧毅 徐晓静 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期127-132,共6页

针对交会对接任务中地面训练仿真与实际飞行任务的天地一致性问题,研究了仿真中的关键误差并提出了对策.以航天员在回路中的感知为焦点,从仿真模型、视觉感知和操作感知等3个方面进行了误差特性分析研究.通过训练样本数据,讨论了自控/... 针对交会对接任务中地面训练仿真与实际飞行任务的天地一致性问题,研究了仿真中的关键误差并提出了对策.以航天员在回路中的感知为焦点,从仿真模型、视觉感知和操作感知等3个方面进行了误差特性分析研究.通过训练样本数据,讨论了自控/人控模式下训练仿真误差对航天员实飞操作品质的影响,提出了模型构建、过程修正和地面辨识等误差对策.试验结果表明,对策可行,时间延迟和操作精度响应仿真拉偏有效.误差分析和对策方法对训练模拟器研制和航天员训练有重要应用价值. 展开更多

关键词 交会对接 误差分析 训练仿真 模拟器

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交会对接航天员训练电视图像仿真 被引量：1

3

作者 晁建刚 王金坤 +1 位作者 陈学文 张炎 《载人航天》 CSCD 2014年第4期319-324,共6页

以航天员对接过程电视图像仿真为应用背景,研究了近地空间复杂光环境下电视摄像机曝光成像特性和人的视觉成像感知特性,提出了一种基于GPU延迟着色模式下的空间图像浮点纹理着色、光饱和特效、调光和高动态映射显示的电视图像实时渲染... 以航天员对接过程电视图像仿真为应用背景,研究了近地空间复杂光环境下电视摄像机曝光成像特性和人的视觉成像感知特性,提出了一种基于GPU延迟着色模式下的空间图像浮点纹理着色、光饱和特效、调光和高动态映射显示的电视图像实时渲染方法。采用浮点纹理、高斯模糊等方法实现了逼真源成像和特效渲染;基于降采样的图像平均亮度统计,采用光源亮度和像素亮度两种调节模式实现了实时调光仿真,应用色调映射实现了目标图像的视觉感知高动态渲染显示。经工程验证,仿真图像与实飞图像一致,可以满足航天员训练,具有很好的工程应用价值。 展开更多

关键词 电视图像 高动态范围 延迟着色 交会对接 调光 渲染

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训练用舱外航天服压力与通风供氧仿真设计与实现 被引量：1

4

作者 晁建刚 曹桂林 林万洪 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第21期6865-6868,共4页

训练用舱外航天服是航天员地面训练的重要设备之一。其中压力与通风供氧仿真是训练用舱外航天服研制成功地关键技术之一。详细介绍了压力与通风供氧仿真的设计与实现,最后通过实验验证设计与实现的正确性,成功模拟了舱外航天服使用环境... 训练用舱外航天服是航天员地面训练的重要设备之一。其中压力与通风供氧仿真是训练用舱外航天服研制成功地关键技术之一。详细介绍了压力与通风供氧仿真的设计与实现,最后通过实验验证设计与实现的正确性,成功模拟了舱外航天服使用环境中压力与通风供氧。 展开更多

关键词 训练用舱外航天服 压力 通风供氧 仿真

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航天员交会对接模拟训练仿真关键技术研究 被引量：1

5

作者 晁建刚 徐晓静 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第8期1730-1735,共6页

交会对接飞行任务中,需要建立手控专项训练器对航天员进行训练。针对任务背景需要,研究建立了对接训练仿真中关键的轨道动力学模型、控制机构模型、测量机构模型以及GNC模型;进行了模型误差、解算误差和响应延迟等引起的天地一致性仿真... 交会对接飞行任务中,需要建立手控专项训练器对航天员进行训练。针对任务背景需要,研究建立了对接训练仿真中关键的轨道动力学模型、控制机构模型、测量机构模型以及GNC模型;进行了模型误差、解算误差和响应延迟等引起的天地一致性仿真偏差分析探讨,提出了解决方法。应用文中模型和误差解决方法建立的训练系统,分别进行了自主和人控模式下试验,结果表明满足训练设计指标要求,可作为工程实现重要参考。 展开更多

关键词 交会对接 训练仿真 航天器 误差分析

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航天员混合现实训练与支持技术研究 被引量：1

6

作者 晁建刚 许振瑛 +3 位作者 何宁 孙庆伟 魏源宏 胡帅星 《载人航天》 CSCD 北大核心 2023年第4期470-477,共8页

基于航天员地面单人便携训练、多人协同操作训练、空间在轨操作辅助支持以及远程协同支持等工程任务需要,开展混合现实训练与支持技术研究。设计了航天员混合现实训练与支持的工程实现总体技术框架,针对航天员地面训练环境、在轨任务环... 基于航天员地面单人便携训练、多人协同操作训练、空间在轨操作辅助支持以及远程协同支持等工程任务需要,开展混合现实训练与支持技术研究。设计了航天员混合现实训练与支持的工程实现总体技术框架,针对航天员地面训练环境、在轨任务环境以及远程支持环境等特殊因素,对混合现实头盔头部位姿实时估计技术、多人协同操作技术以及远程支持场景匹配等关键技术进行研究。试验验证和航天员体验表明,技术方法有效、用户体验良好,满足空间站航天员地面与长期在轨典型性训练和支持任务需求,提高了训练支持质量和效率。 展开更多

关键词 航天员 混合现实 位姿估计 场景匹配

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Leap Motion关键点模型手姿态估计方法 被引量：32

7

作者 胡弘 晁建刚 +2 位作者 杨进 赵再骞 林万洪 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第7期1211-1216,共6页

在虚拟操作的人机交互中,为解决视觉方式人手姿态估计的问题,提出一种基于Leap Motion采集设备的关键点模型手姿态参数估计方法.该方法通过建立关键点模型,利用Leap Motion采集的少量手势信息计算模型中人手关键点的空间位置,并将其作... 在虚拟操作的人机交互中,为解决视觉方式人手姿态估计的问题,提出一种基于Leap Motion采集设备的关键点模型手姿态参数估计方法.该方法通过建立关键点模型,利用Leap Motion采集的少量手势信息计算模型中人手关键点的空间位置,并将其作为手姿态的估计参数.实验结果表明,文中方法能够实时地估算出手各个关键点的位置以驱动虚拟手运动,为基于手势的虚拟操作人机交互应用奠定了基础. 展开更多

关键词 手姿态估计 关键点模型 Leap MOTION

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基于虚拟手交互的航天员虚拟装配训练仿真方法 被引量：11

8

作者 胡弘 晁建刚 +2 位作者 林万洪 熊颖 杨进 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2015年第A02期200-203,219,共5页

针对我国载人航天任务中的航天员虚拟训练需求,提出了一种基于虚拟手交互的航天员虚拟装配训练仿真方法。该方法利用Leap Motion设备采集的手部信息,构建出符合人手结构特征的虚拟手进行训练交互,提出了交互按钮设计方法和抓取规则,以... 针对我国载人航天任务中的航天员虚拟训练需求,提出了一种基于虚拟手交互的航天员虚拟装配训练仿真方法。该方法利用Leap Motion设备采集的手部信息,构建出符合人手结构特征的虚拟手进行训练交互,提出了交互按钮设计方法和抓取规则,以某在轨装配设备的装配训练需求为依据建立虚拟装配训练系统,并设计了主、客观评价实验及其评价标准。实验结果表明,该交互按钮设计方法与抓取规则适用于航天员虚拟训练的交互要求,与传统的手册学习训练方法相比,该基于虚拟手交互的航天员虚拟装配训练方法具有更高的训练沉浸感和主观认可度,训练效率高,效果好。 展开更多

关键词 虚拟手 人机交互 抓取规则 虚拟装配 航天员训练

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Leap Motion虚拟手构建方法及其在航天训练中的应用 被引量：18

9

作者 胡弘 晁建刚 +2 位作者 林万洪 杨进 熊颖 《载人航天》 CSCD 2015年第3期257-262,共6页

针对我国载人航天地面虚拟训练中虚拟手构建的需求,利用Leap Motion手势采集设备,研究了虚拟手构建方法,提出了一种Leap Motion虚拟手模型与约束。采用获取的信息构建出符合人手生理学结构的虚拟手,并通过对比实验、主观评价实验验证了... 针对我国载人航天地面虚拟训练中虚拟手构建的需求,利用Leap Motion手势采集设备,研究了虚拟手构建方法,提出了一种Leap Motion虚拟手模型与约束。采用获取的信息构建出符合人手生理学结构的虚拟手,并通过对比实验、主观评价实验验证了所构建的虚拟手与真实手在完成操作手势时的构型、姿态等的相似性。Leap Motion虚拟手构建方法在设备组装的虚拟操作训练中的应用实践表明:该方法构建出的虚拟手与真实手基本一致,构建速度快,交互性好,能够应用于以虚拟操作为代表的航天员虚拟训练中。 展开更多

关键词 虚拟手 Leap MOTION 虚拟操作 航天训练

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基于GPU的地球大气散射现象可视化仿真 被引量：10

10

作者 杜芳 张炎 +1 位作者 晁建刚 王金坤 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第S2期147-150,共4页

渲染真实的地球环境可以提高视景仿真系统的逼真度,增强航天员训练时的沉浸感。为了提高视景显示的真实感和实时性,研究基于可编程图形硬件GPU仿真地球大气散射现象的方法,探讨了大气散射模型,并基于GPU的可编程性给出了实现方法和过程... 渲染真实的地球环境可以提高视景仿真系统的逼真度,增强航天员训练时的沉浸感。为了提高视景显示的真实感和实时性,研究基于可编程图形硬件GPU仿真地球大气散射现象的方法,探讨了大气散射模型,并基于GPU的可编程性给出了实现方法和过程。结果表明该方法提高了实时渲染效率,增强了视景仿真系统的真实感。 展开更多

关键词 大气散射 可编程GPU 可视化仿真 航天员训练

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基于靶标图像的航天员手控交会对接方法 被引量：14

11

作者 杨进 姜国华 晁建刚 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期1398-1404,共7页

根据国外的工程经验,在交会对接人工控制方式下,航天员通过靶标图像判断两飞行器间的相对运动状态进而实施控制,本文根据俄罗斯人控模式下靶标模型建模仿真,从理论分析和图形化描述两个方面说明了基于靶标图像航天员判断相对运动状态的... 根据国外的工程经验,在交会对接人工控制方式下,航天员通过靶标图像判断两飞行器间的相对运动状态进而实施控制,本文根据俄罗斯人控模式下靶标模型建模仿真,从理论分析和图形化描述两个方面说明了基于靶标图像航天员判断相对运动状态的难点,从中分析了一套航天员手控规律,并通过仿真实例验证了这套规律的可行性,提供航天员手控操作方法。 展开更多

关键词 靶标图像 手控 交会对接

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基于体态识别的航天员虚拟训练仿真技术研究 被引量：5

12

作者 陈学文 晁建刚 +2 位作者 安明 林万洪 胡福超 《载人航天》 CSCD 2015年第3期217-223,共7页

以未来空间站任务建设虚拟现实训练器为需求,为了最大限度地降低虚拟现实设备穿戴给航天员带来的额外束缚,提出了一种新的基于体态识别的航天员虚拟训练仿真系统:采用平行双目视觉原理和偏振立体电视实现立体图像的生成与显示;采用人体... 以未来空间站任务建设虚拟现实训练器为需求,为了最大限度地降低虚拟现实设备穿戴给航天员带来的额外束缚,提出了一种新的基于体态识别的航天员虚拟训练仿真系统:采用平行双目视觉原理和偏振立体电视实现立体图像的生成与显示;采用人体三层模型实现虚拟航天员表达,采用骨骼动画实现人体典型动作自动演示、Kinect实现人机交互过程中人体跟踪和运动控制,适合于空间站任务航天员训练、工效验证、典型流程演示等人机交互应用。 展开更多

关键词 空间站 航天员 虚拟训练仿真 体态识别 立体 KINECT 人体仿真

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视觉手势识别技术在航天虚拟训练中的应用研究 被引量：7

13

作者 康金兰 晁建刚 +2 位作者 林万洪 熊颖 杨进 《载人航天》 CSCD 2014年第3期219-222,237,共5页

针对我国载人航天地面虚拟组装训练需求,研究了基于Kinect的视觉手势识别技术,提出了一种使用深度信息进行手势检测及分割的方法,采用手势图像轮廓曲率分析方法进行指尖检测,并结合Kalman滤波稳定跟踪指尖;同时自定义了几种组装所需的手... 针对我国载人航天地面虚拟组装训练需求,研究了基于Kinect的视觉手势识别技术,提出了一种使用深度信息进行手势检测及分割的方法,采用手势图像轮廓曲率分析方法进行指尖检测,并结合Kalman滤波稳定跟踪指尖;同时自定义了几种组装所需的手势,根据图像的指尖特征进行特定手势识别。结合OpenNI、Nite和OpenCV,最终在VC2010环境下实现了航天虚拟组装训练系统。实验结果证明,该手势识别方法识别率较高,鲁棒性好,可应用于载人航天虚拟组装训练。 展开更多

关键词 计算机视觉 手势识别 虚拟组装 载人航天训练

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运动基航天飞行模拟器信号缩比策略 被引量：5

14

作者 陈炜 姜国华 晁建刚 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期324-329,共6页

对于大幅值的输入信号,三阶多项式缩比法易产生信号畸变且参数配置复杂;而Hermite缩比函数法的触发速度较慢.提出两种改进的缩比方法:基于三阶多项式缩比法的最优参数配置法和加入线性缩比的非线性缩比法.前一种方法通过参数的优化配置... 对于大幅值的输入信号,三阶多项式缩比法易产生信号畸变且参数配置复杂;而Hermite缩比函数法的触发速度较慢.提出两种改进的缩比方法:基于三阶多项式缩比法的最优参数配置法和加入线性缩比的非线性缩比法.前一种方法通过参数的优化配置最大化稳定区,以防止信号的畸变;后一种方法则利用线性缩比的特性将缩比度限制在稳定区内.仿真结果表明:线性缩比的加入可以防止三阶多项式缩比法信号的畸变;最优配置参数法应用方便且整体效果较好.为航天飞行模拟提供了更有效的缩比策略. 展开更多

关键词 运动基航天飞行训练模拟器 三阶多项式缩比法 Hermite缩比函数法 最优配置参数法 线性缩比

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航天员舱外活动虚拟现实训练系统研究 被引量：3

15

作者 陈学文 张炎 +3 位作者 黄鹏 赵阳 孔祥杰 晁建刚 《载人航天》 CSCD 北大核心 2022年第5期675-682,共8页

虚拟现实训练系统为舱外作业提供直观、逼真的视觉场景,是重要的舱外作业训练设备。针对航天员舱外作业训练需求,提出虚拟现实训练系统的总体结构,实现了基于物理的三维场景渲染、安全绳交互操作仿真、多人协同操作仿真等关键技术,构建... 虚拟现实训练系统为舱外作业提供直观、逼真的视觉场景,是重要的舱外作业训练设备。针对航天员舱外作业训练需求,提出虚拟现实训练系统的总体结构,实现了基于物理的三维场景渲染、安全绳交互操作仿真、多人协同操作仿真等关键技术,构建虚拟现实训练系统并应用于舱外作业训练。对照SZ-12任务两次出舱活动,进行了航天员舱外作业训练感知一致性对比分析和航天员使用问卷调查。结果表明:该系统具有视觉感知一致性、操作感知近似性、听觉感知一致性、运动感知近似性的特点,已应用于SZ-12、SZ-13任务航天员的训练、机械臂联合演练及舱外协同指挥程序演练等。 展开更多

关键词 虚拟现实 出舱活动 航天员 航天员训练

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运动基航天飞行训练模拟器信号缩比算法研究 被引量：2

16

作者 陈炜 姜国华 晁建刚 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期2432-2438,共7页

当前运动基飞行模拟器对控制信号的缩比以三阶多项式缩比法为主,但其参数确定困难且当缩比幅度较大时易使信号出现较大畸变。而航天飞行模拟中常常会经历线加速度或角速度信号在较大幅值范围内的增大或减小,典型的如返回再入时的过载变... 当前运动基飞行模拟器对控制信号的缩比以三阶多项式缩比法为主,但其参数确定困难且当缩比幅度较大时易使信号出现较大畸变。而航天飞行模拟中常常会经历线加速度或角速度信号在较大幅值范围内的增大或减小,典型的如返回再入时的过载变化。针对此种情况,一种新的缩比算法———Hermite缩比函数法被提出。首先完善了Hermit缩比法关于最优参数理论的推导和证明;其次,引入变量"缩比度",在实例仿真中比较了其对两种缩比方法的影响。结果表明,Hermite缩比函数法参数确定方便,其信号单调性的保持不依赖于缩比度的取值,更适合应用于缩比度变化较大的航天飞行模拟中。 展开更多

关键词 运动基航天飞行训练模拟器 Hermite缩比函数法 三阶多项式缩比法 缩比度

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虚拟介入手术中导管物理建模技术研究进展 被引量：3

17

作者 黄鹏 晁建刚 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期687-692,共6页

虚拟手术训练是虚拟现实技术在医学手术仿真训练中重要的应用。在虚拟导管介入手术中,导管的实时变形以及所产生的力反馈对手术仿真的真实感至关重要。针对导管柔性细长等特点,研究了近年来柔性导管的几种典型物理建模方法,如混合质点... 虚拟手术训练是虚拟现实技术在医学手术仿真训练中重要的应用。在虚拟导管介入手术中,导管的实时变形以及所产生的力反馈对手术仿真的真实感至关重要。针对导管柔性细长等特点,研究了近年来柔性导管的几种典型物理建模方法,如混合质点弹簧模型、有限元模型及弹性杆模型等,分析讨论了各种方法构建模型的基本思想、关键过程与优缺点,并探讨了虚拟介入手术仿真在未来的发展趋势与应用展望。 展开更多

关键词 物理建模 导管 导丝 微创手术 虚拟手术训练

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心房颤动导管消融手术模拟中的导管建模技术 被引量：1

18

作者 黄鹏 晁建刚 +1 位作者 陈学文 董建增 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第9期1139-1144,共6页

导管的运动与变形对心房颤动导管消融模拟的真实感至关重要.在分析消融导管导向原理的基础上,提出了一种改进的混合质点-弹簧模型,并开发了一个实时的导管消融训练仿真系统.该模型将导管离散为若干个节点,相邻节点之间连接着长度相同的... 导管的运动与变形对心房颤动导管消融模拟的真实感至关重要.在分析消融导管导向原理的基础上,提出了一种改进的混合质点-弹簧模型,并开发了一个实时的导管消融训练仿真系统.该模型将导管离散为若干个节点,相邻节点之间连接着长度相同的弹簧,模型考虑了弹簧力、阻力、弯曲力以及发生碰撞后的碰撞外力.训练仿真系统主要用于模拟导管在左心房内的运动、变形以及对左心房的采点重建过程,仿真结果表明:导管的运动与实际相符,基本满足医生训练的需求. 展开更多

关键词 消融导管 质点弹簧模型 物理建模 虚拟训练

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飞行训练仿真系统中实时数据同步模型设计与实现 被引量：1

19

作者 林万洪 邓华 +2 位作者 熊颖 晁建刚 杨进 《载人航天》 CSCD 2017年第2期191-196,共6页

针对下一代航天飞行训练模拟器分布式仿真系统对仿真数据管理与实时同步的高要求,分析了国内外仿真系统数据同步技术发展现状,在前期任务数据分发模型的基础上,提出了基于组播、共享内存和订阅发布技术的局域网仿真数据高速同步方法,设... 针对下一代航天飞行训练模拟器分布式仿真系统对仿真数据管理与实时同步的高要求,分析了国内外仿真系统数据同步技术发展现状,在前期任务数据分发模型的基础上,提出了基于组播、共享内存和订阅发布技术的局域网仿真数据高速同步方法,设计了一种基于数据语义标识的通信模型。仿真试验表明:此模型合理高效,与上一代同步技术比较,同步时钟提高到10 ms内,相同节点数目时,40 ms仿真周期内数据量提高了近一倍,开发效率提高了一倍以上。 展开更多

关键词 飞行训练仿真系统 分布式仿真 数据同步

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基于深度学习目标识别的航天员训练场景理解技术 被引量：1

20

作者 陈炜 孙庆伟 +1 位作者 胡福超 晁建刚 《载人航天》 CSCD 北大核心 2023年第2期143-149,共7页

增强现实(AR)是航天员训练的有效途径,其关键技术是场景重建与空间定位。针对当前AR设备只能进行场景空间静态识别,无法感知目标动态变化的问题,提出了深度学习与AR技术相结合的目标识别与位姿估计方法。采用YOLO v5神经网络实现了小训... 增强现实(AR)是航天员训练的有效途径,其关键技术是场景重建与空间定位。针对当前AR设备只能进行场景空间静态识别,无法感知目标动态变化的问题,提出了深度学习与AR技术相结合的目标识别与位姿估计方法。采用YOLO v5神经网络实现了小训练样本量的操作目标识别,结合深度信息实现了目标点云分割,与目标CAD模型点云进行ICP匹配后估计出目标的三维空间位姿,从而在AR显示空间中实现目标的动态定位与虚实融合。结果表明:YOLO v5的识别平均精度可以达到0.995,虚实结构可以准确叠加。该方法可有效提高AR设备的场景理解能力,扩展航天员AR训练手段。 展开更多

关键词 目标识别 点云匹配 增强现实 航天员训练 场景理解

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