CN104391734B - 合成环境下飞行器总体性能虚拟试验验证系统及方法 - Google Patents

Abstract

合成环境下飞行器总体性能虚拟试验验证系统及方法，系统包括飞行器运动与控制模拟单元、环境与对象交互接口单元、合成环境生成单元以及红外导引模拟器；本发明克服了克服现有飞行器试验技术的不足，开发了一款合成环境下飞行器总体性能虚拟试验验证系统，解决了飞行器飞行试验中验证周期长、成本高、样本少以及数学仿真试验中精度低的问题，实现了大气和光学等合成环境下对飞行器探测系统与控制系统的虚拟试验，为武器系统的作战效能评估提供支持。

Description

合成环境下飞行器总体性能虚拟试验验证系统及方法

技术领域

本发明涉及一种在大气、红外、电磁等合成环境下对飞行器探测系统与控制系统进行虚拟试验，从而验证飞行器总体性能的系统，属于虚拟试验技术领域。

背景技术

随着飞行器探测系统与制导控制系统的发展，其机动、探测、制导以及控制性能与大气、电磁、光学等合成环境因素的耦合越发紧密。传统飞行试验，验证周期长、成本高、样本少。数学仿真模型精度低，无法准确对飞行器总体性能进行验证。合成环境下飞行器总体性能虚拟试验验证系统以精确、标准化的合成环境数据为支撑，以VITA中间件为通讯平台，将细粒度的半实物仿真和传统的数学仿真相结合，构建一套合成环境下飞行器总体性能虚拟试验验证系统，充分验证合成环境下飞行器综合的探测、制导与控制性能，从而提高飞行器总体性能试验验证的精度，缩短研制周期，降低飞行试验成本。

目前，从国内外综合试验验证技术应用现状分析中可以看出，新一代飞行器的研制周期短，对总体性能的要求高，系统与环境的耦合度高，这对飞行器研制模式和方案验证的手段提出了新挑战。传统对飞行器总体性能的验证主要有两种方式，在产品研制初期进行的全数字仿真试验和研制末期开展的真实飞行试验。传统数学仿真试验，多采用数学建模的方式，往往存在全机复杂模型难以建立，简化数学模型可信度低，仿真试验缺少环境因素影响的问题。传统实际飞行试验，对总体性能的测试试验周期长、成本高、样本少，无法满足飞行器新的设计和试验需求。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有飞行器试验技术的不足，提供一种合成环境下飞行器总体性能虚拟试验验证系统，解决了飞行器飞行试验中验证周期长、成本高、样本少以及数学仿真试验中精度低的问题，为武器系统的作战效能评估提供支持。

本发明技术解决方案如下：合成环境下飞行器总体性能虚拟试验验证系统，包括飞行器运动与控制模拟单元、环境与对象交互接口单元、合成环境生成单元以及红外导引模拟器；

合成环境生成单元根据待仿真任务完成大气和红外特性建模，即建立大气模型、场景和目标的红外特性模型；对建立的场景和目标的红外特性模型进行大气热传输效应计算以及场景和目标热辐射计算，产生红外辐射图像数据，发送给环境与对象交互接口单元；读取大气模型生成的不同高度下的大气数据，将大气数据发送至环境与对象交互接口单元；

环境与对象交互接口单元接收合成环境生成单元发送来的红外辐射图像数据和大气数据，转换为合成环境数据Sedris标准格式；根据实际需要，通过界面配置的形式设定环境与对象交互接口单元和红外导引模拟器以及飞行器运动与控制模拟单元之间的环境数据通信协议，将转换成Sedris标准格式的红外图像数据发送给红外导引模拟器，将转换成Sedris标准格式的大气数据发送给飞行器运动与控制模拟单元；

红外导引模拟器接收环境与对象交互接口单元发送的Sedris标准格式的红外图像数据，经过图像识别，得到目标特征点信息，后对图像数据进行滤波、放大,检出处理，得到飞行器和目标特征点之间的位置、速度图像信息，并发送至飞行器运动与控制模拟单元；

飞行器运动与控制模拟单元接收环境与对象交互接口单元发送来的大气数据，完成动力系统特性计算，生成发动机推力数据；根据接收的红外导引模拟器发送的飞行器和探测目标之间的位置、速度图像信息和测得的飞行器惯性信息，计算生成飞行器控制指令，并根据该控制指令得到飞行器喷管的偏转角度，进而结合计算得到的发动机推力数据，得到飞行器六自由度位置与速度信息。

所述的环境与对象交互接口单元包括标准环境接口和标准对象接口；所述的标准环境接口将合成环境生成单元发送来的红外辐射图像数据和大气数据转换为合成环境数据Sedris标准格式，并缓存到数据缓存区域；

所述的标准对象接口包括对象接口配置模块、标准Sedris数据接收区和对象模型通讯协议匹配与解析模块；

对象接口配置模块定义标准Sedris数据接收区的大小、内存地址、以及标准环境接口中标准Sedris数据缓存区的地址，将上述定义参数发送给标准Sedris数据接收区；定义对象模型通讯协议匹配与解析模块和对象模型之间的通讯协议，通讯协议具体包括数据长度、启始字节、设备地址、发送周期以及校验位，并将定义的通讯协议发送给对象模型通讯协议匹配与解析模块；所述的对象模型包括红外导引模拟器与飞行器运动与控制模拟单元；

标准Sedris数据接收区根据接收的定义参数在计算机内存区域中定义一块标准Sedris数据接收区，在仿真试验阶段，按照标准Sedris数据缓存区的地址参数，实时读取标准环境接口中数据缓存区的标准环境数据到标准Sedris数据接收区；

对象模型通讯协议匹配与解析模块接收通讯协议参数，在仿真试验阶段接收标准Sedris数据接收区发送来的标准环境数据，调用Windows系统中的timer定时器函数，采用C++中的循环结构体，按照通讯协议，将标准环境数据发送给对象模型，即标准红外数据发送给红外导引模拟器，标准大气数据发送给飞行器运动与控制模拟单元。

合成环境下飞行器总体性能虚拟试验验证方法，步骤如下：

(1)进行仿真初始化配置：根据待仿真任务，设置待仿真需要的大气数据的区域及高度参数；建立场景和目标的红外特性模型；定义Sedris转换的源环境数据的格式以及标准Sedris数据缓存区的大小、内存地址、以及标准Sedris数据接收区的地址；定义标准Sedris数据接收区的大小、内存地址、以及标准Sedris数据缓存区的地址；定义通讯协议的数据长度、启始字节、设备地址、发送周期以及校验位；

(2)根据步骤(1)中的初始化配置，在计算机内存区域中生成一块标准Sedris数据缓存区以及一块标准Sedris数据接收区；

(3)根据步骤(1)中的初始化配置，生成设定区域、高度下大气的温度、压力和密度数据，统称大气数据；并根据建立的场景和目标的红外特性模型，计算得到不同谱段下的红外辐射图像数据；

(4)将步骤(3)中生成的大气数据和红外辐射图像数据转换成标准Sedris格式并存储到步骤(2)生成的标准Sedris数据缓存区中；

(5)标准Sedris数据缓存区将存储的数据发送至标准Sedris数据接收区，在标准Sedris数据接收区调用Windows系统中的timer定时器函数，采用C++中的循环结构体，按照步骤(1)中定义的通讯协议，将接收的数据进行传输；

(6)提取传输大气数据中的压力信息，实时生成发动机推力数据；同时对传输的红外辐射图像数据，经过图像识别，得到目标特征点信息，后对图像数据进行滤波、放大,检出处理，得到飞行器和目标特征点之间的位置、速度图像信息；

(7)利用惯性测量器件测量飞行器的惯性信息以及飞行器和目标特征点之间的位置、速度图像信息，得到飞行控制指令，进而得到喷管摆角；

(8)利用得到的喷管摆角以及发动机推力数据得到飞行器六自由度位置与速度信息，本仿真周期结束；

(9)进入下一仿真周期，重复步骤(2)～(9)，直至仿真结束。

本发明与现有技术相比的有益效果：

(1)本发明将数字模型、半实物系统与环境数据相结合，提高了环境因素影响下，飞行器总体性能仿真与试验的精度与可信度，缩短了试验周期，降低了试验成本；

(2)本发明通过环境与对象交互接口单元，实现了标准环境模型与参数化对象模型之间的环境数据交互。

(3)本发明采用一体化的试验平台，实现了大气、红外2种环境下飞行器总体性能虚拟试验验证的试验方法和试验流程。

附图说明

图1为本发明系统组成框图；

图2为本发明红外特性计算流程图；

图3为本发明环境与对象交互接口单元组成框图。

具体实施方式

本系统的总体架构是基于VITA/中间件的分布式仿真试验平台，如图1所示，包括飞行器运动与控制模拟单元、环境与对象交互接口单元、合成环境生成单元以及红外导引模拟器组成；合成环境生成单元根据待仿真任务完成大气和红外特性建模，即建立大气模型、场景和目标红外特性模型；对建立的场景和目标的红外特性模型进行大气热传输效应计算以及场景和目标热辐射计算，产生红外辐射图像数据，发送给环境与对象交互接口单元；读取大气模型生成的不同高度下的大气数据，将大气数据发送至环境与对象交互接口单元；环境与对象交互接口单元接收合成环境生成单元发送来的红外图像数据和大气数据，转换为合成环境数据Sedris标准格式；根据实际需要，通过界面配置的形式设定环境与对象交互接口单元和红外导引模拟器以及飞行器运动与控制模拟单元之间的环境数据通信协议，将转换成Sedris标准格式的红外辐射图像数据发送给红外导引模拟器，将转换成Sedris标准格式的大气数据发送给飞行器运动与控制模拟单元；红外导引模拟器接收环境与对象交互接口单元发送的Sedris标准格式的红外辐射图像数据，经过图像识别，得到目标特征点信息，后对图像数据进行滤波、放大,检出处理，得到飞行器和目标特征点之间的位置、速度图像信息，并发送至飞行器运动与控制模拟单元；飞行器运动与控制模拟单元接收环境与对象交互接口单元发送来的大气数据，完成动力系统特性计算，生成发动机推力数据；接收红外导引模拟器发送的飞行器和探测目标之间的位置、速度信息和测得的飞行器惯性信息，计算生成飞行器控制指令，并根据该控制指令得到飞行器喷管的偏转角度，进而结合计算得到的发动机推力数据，得到飞行器六自由度位置与速度信息。每部分的具体说明和系统仿真试验流程如下：

(一)合成环境生成单元

合成环境生成单元包括材质分类子模块、红外特性计算模块和大气数据生成模块；

1、材质分类子模块

材质分类子模块主要完成场景和目标的红外特性模型的建立。场景和目标的红外特性模型的建立具体为：

(1)获取场景和目标的卫星影像图或者航拍图像或者目标纹理贴图，作为材质分类的输入；

(2)对输入的贴图或者图片进行图像分析，在图像或者贴图上将具有相同材料属性的物质(例如海洋、湖波、河流等)划归为一类，并在图像或者贴图上用折线将相应的图像区域划出，将不同材质属性物体的图像信息进行分类存储，从而分别形成多个材质掩膜文件；

(3)结合图像掩膜文件以及红外材质库的信息，对于不同的材质分类，生成不同的材质编码文件(MCM)和材质系统文件(.ms)用于场景和目标红外特性的计算；材质编码文件和材质系统文件统称为场景和目标的红外特性模型。

红外材质库包括200多种红外材质文件，每个材质文件显示了所指定材质在不同温度下短波吸收率和长波吸收率，目前为商用产品能够购买。

2、大气数据生成模块

大气数据生成模块获取NRLMSISE-00三维参考大气模型中的大气源数据，将大气源数据进行时间和坐标系的转换得到以经纬度为单位的不同高度下的大气数据；

(1)选取公开的NRLMSISE-00三维参考大气模型，调用SEDRIS标准的支持库，利用该支持库中的gtd7(struct nrlmsise_input*input,struct nrlmsise_flags*flags,struct nrlmsise_output*output)接口函数直接获取上述三维参考大气模型中的大气源数据；

(2)采用C/C++语言基本运行库中时间管理和计算支持功能的mktime和gmtime函数，将大气源数据以秒为单位的时间格式(使用time_t类型表示)转换为，SEDRIS中YYYYMMDDHHMMSS格式的时间表示(使用SE_Time_Value类型表示)；

(3)将大气源数据进行时间和坐标系的转换得到以经纬度为单位的不同高度下的大气数据。

为了提高分辨率，将步骤(3)中的大气数据利用线性插值的方式得到精度更高的数据，将生成的大气数据输出给飞行器运动与控制模拟单元。

3、红外特性计算模块

如图2，红外特性计算模块主要完成红外粒子特效计算(例如火焰、尾烟以及烟雾等)和场景和目标红外特性计算。场景和目标红外特性计算利用第三方软件Modtran4.0实现，具体步骤为：首先，利用Modtran4.0API建立大气模型；使用ModtranGUI建立大气模型的配置，并将配置保存为mcd文件；解析mcd文件到大气配置结构体中，在Modtran4.0API中的ssEnvironment类中，定义了相关的结构体和枚举类型，从而对应mcd中的大气辐射衰减因子；利用Modtran4.0API中的ssSensor传感器结构体设置红外传感器的波长，Altitude结构体设置传感器的高度；根据传感器参数(ssSensor传感器结构体包含)、目标高度，传感器与目标的距离，利用Modtran4.0API计算大气的透过率、大气路径辐射、大气散射辐射，得到不同谱段下的红外辐射数据；将计算结果输出给飞行器运动与控制模拟单元。

(二)环境与对象交互接口单元

如图3，环境与对象交互接口单元主要包括标准环境接口和标准对象接口两部分，主要接收合成环境生成单元发送来的大气与红外环境数据，完成环境数据Sedris标准转换以及环境模型与对象模型通讯协议匹配，将标准环境数据发送给对象模型，即标准红外数据发送给红外导引模拟器，标准大气数据发送给飞行器运动与控制模拟单元。

1、标准环境接口

标准环境接口包括环境接口配置模块、Sedris数据转换与解析模块以及标准Sedris数据缓存区，主要将合成环境生成单元发送来的红外辐射图像数据和大气数据，转换为合成环境数据Sedris标准格式，并缓存到数据缓存区域。数据标准化过程如下：

(1)在系统初始化配置阶段，利用环境接口配置模块对标准环境接口进行配置。配置采用.xml文件形式，在文件中定义Sedris数据转换与解析模块要进行标准Sedris转换的源环境数据的格式，如是红外数据与对象模型交互在.xml文件中定义”fpf to stf”模式，如是大气数据与对象模型交互在在.xml文件中定义”gards to stf”模式，定义参数发送给Sedris数据转换与解析模块；在文件中定义标准Sedris数据缓存区的大小(例200M)、其内存地址(例OX1000)、以及标准对象接口中标准Sedris数据接收区的地址(例OX2000)，定义参数发送给Sedris数据缓存区；

(2)Sedris数据转换与解析模块在初始化配置阶段接收环境接口配置模块发送来的环境数据转换格式参数以及在系统仿真试验阶段合成环境生成单元发实时送来的大气数据与红外辐射图像数据(统称环境数据)，将环境数据转换成Sedris标准格式，并发送到标准Sedris数据缓存区，环境数据转换方法可参照专利“多谱段合成环境模拟系统”(ZL201310525248.5)中合成环境数据Sedris标准化单元对合成环境数据进行转换的步骤；

(3)标准Sedris数据缓存区在系统初始化配置阶段接收环境接口配置模块发送来的接口配置参数，在计算机内存区域中定义一块配置参数中定义的特定大小、特定地址的标准Sedris数据缓存区。在仿真试验阶段，实时接收Sedris数据转换与解析模块发送来的标准Sedris环境数据，在标准Sedris数据缓存区存储，并根据配置参数中标准对象接口中标准Sedris数据接收区的地址，发送到标准对象接口中标准Sedris数据接收区。

2、标准对象接口

标准对象接口包括对象接口配置模块、对象模型通讯协议匹配与解析模块、以及标准Sedris数据接收区，主要将标准环境接口发送来的标准Sedris环境数据以定义的通讯协议发送给红外导引模拟器和飞行器运动与控制模拟单元，其中标准红外数据发送给红外导引模拟器，标准大气数据发送给飞行器运动与控制模拟单元。标准环境数据与对象模型通讯协议匹配步骤如下：

(1)在系统初始化配置阶段，利用对象接口配置模块对标准对象接口进行配置。配置采用.xml文件形式，在文件中定义对象模型通讯协议匹配与解析模块和对象模型(包括红外导引模拟器与飞行器运动与控制模拟单元)之间的通讯协议，通讯协议具体包括数据长度(例16个字节)、启始字节(0XFA)、设备地址(0X01)、发送周期(10ms)以及校验位(CS)，定义参数发送给对象模型通讯协议匹配与解析模块；在文件中定义标准Sedris数据接收区的大小(例200M)、其内存地址(例OX2000)、以及标准环境接口中标准Sedris数据缓存区的地址(例OX1000)，定义参数发送给标准Sedris数据接收区；

(2)标准Sedris数据接收区在系统初始化配置阶段接收对象接口配置模块发送来的接口配置参数，在计算机内存区域中定义一块配置参数中定义的特定大小、特定地址的标准Sedris数据接收区。在仿真试验阶段，按照标准Sedris数据缓存区的地址参数，实时读取Sedris数据缓存区的标准环境数据到标准Sedris数据接收区；

(3)对象模型通讯协议匹配与解析模块在初始化配置阶段接收对象接口配置模块发送来的通讯协议参数，在仿真试验阶段接收标准Sedris数据接收区发送来的标准环境数据，调用Windows系统中的timer定时器函数，采用C++中的循环结构体，按照通讯协议，将标准环境数据发送给对象模型，即标准红外数据发送给红外导引模拟器，标准大气数据发送给飞行器运动与控制模拟单元。

3、红外导引模拟器

红外导引模拟器由红外数据接收接口、图像识别模块以及图像滤波与检出模块组成，主要接收环境与对象交互接口单元发送的Sedris标准格式的红外辐射图像数据，经过图像处理识别和处理后，得到飞行器和目标之间的位置、速度误差，并将位置和速度误差发送至飞行器运动与控制模拟单元。

红外导引模拟器红外数据接收接口主要采用DVI硬件数字接口，接口通讯协议与环境与对象交互接口中对象接口配置模块中设置的通讯协议相匹配；图像识别模块主要采用相关法和投影法；图像滤波与检出模块采用分布式处理机结构处理图像信息。

红外导引模拟器目前为商用试验产品，能够订制、购买。

(四)飞行器运动与控制模拟单元

飞行器运动与控制模拟单元由惯性测量器件数学模块、飞行控制计算模块、动力系统计算模块、伺服系统模拟模块和动力学与运动学特性仿真模块组成，主要是接收环境与对象交互接口单元发送来的大气数据以及红外导引模拟器发送来的飞行器和目标特征点之间的位置、速度信息，结合环境数据得到飞行器六自由度位置与速度信息，具体实现步骤如下：

飞行器运动与控制模拟单元接收环境与对象交互接口单元发送来的大气数据，完成动力系统特性计算，生成发动机推力数据；接收红外导引模拟器发送的飞行器和探测目标之间的位置、速度信息和测得的飞行器惯性信息，计算生成飞行器控制指令，并根据该控制指令得到飞行器喷管的偏转角度，进而结合计算得到的发动机推力数据，得到飞行器六自由度位置与速度信息。

(1)飞行器运动与控制模拟单元接收环境与对象交互接口单元发送来的大气数据，发送给动力系统计算模块，提取大气数据中的压力信息Pa，按照发动机推力基本公式进行计算，实时得到发动机的推力数据，发送给动力学与运动学特性仿真模块，推力基本公式如下所示：

式中:F--发动机推力

F₁--气流对发动机壁的作用力

F₂--发动机外壁上的大气压强产生的合力

A_e--喷管出口截面积

p_e--喷管出口压强

--喷管的流量质量

u_e--喷气速度

p_a--发动机外壁上的大气压强

(2)惯性测量器件数学模块模拟惯性测量器件的功能，实时输出飞行器在弹体坐标系(ox₁y₁z₁)下的角速度(ω_x1、ω_y1、ω_z1)和线加速度(υ_x1、υ_y1、υ_z1)，发送至飞行控制计算模块；

(3)飞行控制计算模块接收红外导引模拟器发送的飞行器和探测目标之间的位置、速度信息和惯性测量器件数学模块发送来的角速度(ω_x1、ω_y1、ω_z1)和线加速度(υ_x1、υ_y1、υ_z1)信息，采用通用红外成像相关跟踪算法，得到飞行控制指令u，并发送给伺服系统模拟模块；

(4)伺服系统模拟模块接收来飞行控制计算模块发送来的控制指令u,根据控制指令与喷管摆角的线性关系θ＝λu(λ为线性常数)，得到喷管摆角θ，并发送给动力学与运动学特性仿真模块；

(5)动力学与运动学特性仿真模块接收伺服系统模拟模块发送来的喷管摆角θ以及动力系统发送来的来的发送机推力F，根据理论力学动量定理，建立通用飞行器质心运动方程，根据动量矩定理，建立通用飞行器相对质心的转动运动方程，得到飞行器新的六自由度位置(υ_x1、υ_y1、υ_z1)和姿态(ω_x1、ω_y1、ω_z1)信息，通用质心运动方程和转动运动方程如下：

质心运动方程为：

式中:F_x1--发动机推力、气动力和干扰力在弹体坐标系ox₁轴上的分量

F_y1--发动机推力、气动力和干扰力在弹体坐标系oy₁轴上的分量

F_z1--发动机推力、气动力和干扰力在弹体坐标系oz₁轴上的分量

ω_x1--飞行器在ox₁轴上的角速度分量

ω_x1--飞行器在oy₁轴上的角速度分量

ω_x1--飞行器在oz₁轴上的角速度分量

υ_x1--飞行器在ox₁轴上的线速度分量

υ_y1--飞行器在oy₁轴上的线速度分量

υ_z1--飞行器在oz₁轴上的线速度分量

转动运动方程为：

式中:L_x1--飞行器在弹体坐标系ox₁轴上的所有外力矩之和的分量

L_y1--飞行器在oy₁轴上的所有外力矩之和的分量

L_z1--飞行器在oz₁轴上的所有外力矩之和的分量

J_x1--飞行器转动惯量在o x₁轴上的分量

J_y1--飞行器转动惯量在o y₁轴上的分量

J_z1--飞行器转动惯量在O z₁轴上的分量

ω_x1--飞行器在ox₁上的角速度分量

ω_x1--飞行器在oy₁上的角速度分量

ω_x1--飞行器在oz₁上的角速度分量

以上飞行器运动与控制模拟单元所用计算公式、算法以及定理为各个专业通用公知知识。

合成环境下飞行器总体性能虚拟试验验证系统实现了大气和红外2种环境数据与对象模型的虚拟试验验证，具体试验步骤如下：

(1)进行仿真初始化配置：根据待仿真任务，设置待仿真需要的大气数据的区域及高度参数；建立场景和目标的红外特性模型；定义Sedris转换的源环境数据的格式(对于大气数据定义”gards to stf”模式，对于红外辐射图像数据定义”fpf to stf”模式)以及标准Sedris数据缓存区的大小例如200M、内存地址OX1000、以及标准Sedris数据接收区的地址OX2000；定义标准Sedris数据接收区的大小200M、内存地址OX2000、以及标准Sedris数据缓存区的地址OX1000；定义通讯协议的数据长度16个字节、启始字节0XFA、设备地址0X01、发送周期10ms以及校验位CS；

(2)根据步骤(1)中的初始化配置，在计算机内存区域中生成一块标准Sedris数据缓存区以及一块标准Sedris数据接收区；

(3)根据步骤(1)中的初始化配置，生成设定区域、高度下大气的温度、压力和密度数据，统称大气数据；并根据建立的场景和目标的红外特性模型，计算得到不同谱段下的红外辐射图像数据；

(4)将步骤(3)中生成的大气数据和红外辐射图像数据转换成标准Sedris格式并存储到步骤(2)生成的标准Sedris数据缓存区中；

(5)标准Sedris数据缓存区将存储的数据发送至标准Sedris数据接收区，在标准Sedris数据接收区调用Windows系统中的timer定时器函数，采用C++中的循环结构体，按照步骤(1)中定义的通讯协议，将接收的数据进行传输；

(6)提取传输大气数据中的压力信息Pa，按照发动机推力基本公式进行计算，实时生成发动机推力数据；同时对传输的红外辐射图像数据，经过图像识别，得到目标特征点信息，后对图像数据进行滤波、放大,检出处理，得到飞行器和目标特征点之间的位置、速度图像信息；

(7)利用惯性测量器件测量飞行器的惯性信息(角速度(ω_x1、ω_y1、ω_z1)和线加速度(υ_x1、υ_y1、υ_z1)信息)以及飞行器和目标特征点之间的位置、速度图像信息，采用通用红外成像相关跟踪算法，得到飞行控制指令u，根据控制指令与喷管摆角的线性关系θ＝λu(λ为线性常数)进而得到喷管摆角θ；

(8)利用得到的喷管摆角θ以及发动机推力F根据理论力学动量定理，建立通用飞行器质心运动方程，根据动量矩定理，建立通用飞行器相对质心的转动运动方程，得到飞行器新的六自由度位置(υ_x1、υ_y1、υ_z1)和姿态(ω_x1、ω_y1、ω_z1)信息，本仿真周期结束；

(9)进入下一仿真周期，重复步骤(2)～(9)，直至仿真结束。在本次仿真试验完成后，结束本次试验，重新设置步骤(1)的参数，从第(2)到(9)步骤开始重新仿真试验。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (2)

1.合成环境下飞行器总体性能虚拟试验验证系统，其特征在于：包括飞行器运动与控制模拟单元、环境与对象交互接口单元、合成环境生成单元以及红外导引模拟器；

合成环境生成单元根据待仿真任务完成大气和红外特性建模，即建立大气模型、场景和目标的红外特性模型；对建立的场景和目标的红外特性模型进行大气热传输效应计算以及场景和目标热辐射计算，产生红外辐射图像数据，发送给环境与对象交互接口单元；读取大气模型生成的不同高度下的大气数据，将大气数据发送至环境与对象交互接口单元；

环境与对象交互接口单元接收合成环境生成单元发送来的红外辐射图像数据和大气数据，转换为合成环境数据Sedris标准格式；根据实际需要，通过界面配置的形式设定环境与对象交互接口单元和红外导引模拟器以及与飞行器运动与控制模拟单元之间的环境数据通信协议，将转换成Sedris标准格式的红外辐射图像数据发送给红外导引模拟器，将转换成Sedris标准格式的大气数据发送给飞行器运动与控制模拟单元；

红外导引模拟器接收环境与对象交互接口单元发送的Sedris标准格式的红外辐射图像数据，经过图像识别，得到目标特征点信息，后对图像数据进行滤波、放大,检出处理，得到飞行器和目标特征点之间的位置、速度信息，并发送至飞行器运动与控制模拟单元；

飞行器运动与控制模拟单元接收环境与对象交互接口单元发送来的大气数据，完成动力系统特性计算，生成发动机推力数据；根据接收的红外导引模拟器发送来的飞行器和探测目标之间的位置、速度图像信息和测得的飞行器惯性信息，计算生成飞行器控制指令，并根据该控制指令得到飞行器喷管的偏转角度，进而结合计算得到的发动机推力数据，得到飞行器六自由度位置与速度信息；

所述的环境与对象交互接口单元包括标准环境接口和标准对象接口；所述的标准环境接口将合成环境生成单元发送来的红外辐射图像数据和大气数据转换为合成环境数据Sedris标准格式，并缓存到数据缓存区域；

所述的标准对象接口包括对象接口配置模块、标准Sedris数据接收区和对象模型通讯协议匹配与解析模块；

对象接口配置模块定义标准Sedris数据接收区的大小、内存地址、以及标准环境接口中标准Sedris数据缓存区的地址，将上述定义参数发送给标准Sedris数据接收区；定义对象模型通讯协议匹配与解析模块和对象模型之间的通讯协议，通讯协议具体包括数据长度、启始字节、设备地址、发送周期以及校验位，并将定义的通讯协议发送给对象模型通讯协议匹配与解析模块；所述的对象模型包括红外导引模拟器与飞行器运动与控制模拟单元；

标准Sedris数据接收区根据接收的定义参数在计算机内存区域中定义一块标准Sedris数据接收区，在仿真试验阶段，按照标准Sedris数据缓存区的地址参数，实时读取标准环境接口中数据缓存区的标准环境数据到标准Sedris数据接收区；

对象模型通讯协议匹配与解析模块接收通讯协议参数，在仿真试验阶段接收标准Sedris数据接收区发送来的标准环境数据，调用Windows系统中的timer定时器函数，采用C++中的循环结构体，按照通讯协议，将标准环境数据发送给对象模型，即标准红外数据发送给红外导引模拟器，标准大气数据发送给飞行器运动与控制模拟单元。

2.合成环境下飞行器总体性能虚拟试验验证方法，其特征在于步骤如下：

(1)进行仿真初始化配置：根据待仿真任务，设置待仿真需要的大气数据的区域及高度参数；建立场景和目标的红外特性模型；定义Sedris转换的源环境数据的格式以及标准Sedris数据缓存区的大小、内存地址、以及标准Sedris数据接收区的地址；定义标准Sedris数据接收区的大小、内存地址、以及标准Sedris数据缓存区的地址；定义通讯协议的数据长度、启始字节、设备地址、发送周期以及校验位；

(2)根据步骤(1)中的初始化配置，在计算机内存区域中生成一块标准Sedris数据缓存区以及一块标准Sedris数据接收区；

(3)根据步骤(1)中的初始化配置，生成设定区域、高度下大气的温度、压力和密度数据，统称大气数据；并根据建立的场景和目标的红外特性模型，计算得到不同谱段下的红外辐射图像数据；

(4)将步骤(3)中生成的大气数据和红外辐射图像数据转换成标准Sedris格式并存储到步骤(2)生成的标准Sedris数据缓存区中；

(5)标准Sedris数据缓存区将存储的数据发送至标准Sedris数据接收区，在标准Sedris数据接收区调用Windows系统中的timer定时器函数，采用C++中的循环结构体，按照步骤(1)中定义的通讯协议，将接收的数据进行传输；

(6)提取传输大气数据中的压力信息，实时生成发动机推力数据；同时对传输的红外辐射图像数据，经过图像识别，得到目标特征点信息，后对图像数据进行滤波、放大,检出处理，得到飞行器和目标特征点之间的位置、速度图像信息；

(7)利用惯性测量器件测量飞行器的惯性信息以及飞行器和目标特征点之间的位置、速度图像信息，得到飞行控制指令，进而得到喷管摆角；

(8)利用得到的喷管摆角以及发动机推力数据得到飞行器六自由度位置与速度信息，本仿真周期结束；

(9)进入下一仿真周期，重复步骤(2)～(9)，直至仿真结束。