CN105185189A - 一种飞行模拟平台 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种飞行模拟平台，包括：运动模拟系统、模拟器设备、视景单元和系统集成单元；其中，所述模拟器设备分别与运动模拟系统和系统集成单元相接，所述视景单元与模拟器设备通讯。本发明将半虚拟技术、视频手部定位技术、三维视景技术等先进技术相配合，使得飞行员在飞行模拟中所看到的视景更加真实性、多样性；采用FlightGear飞行模拟软件进行飞行模拟场景的建模，更加真实、通用，大大的提高了视景效果，本发明可以根据不同的机型的需要进行调换，在很大程度上解决了目前在飞行模拟器技术及设备的单一使用的局限性，节约了成本，并且采用了针对性的采用了防晕眩技术，切实的解决了目前模拟器易对飞行员造成晕眩的弊端。

Description

一种飞行模拟平台
技术领域
本发明涉及飞行模拟技术开发技术领域，特别涉及一种飞行模拟平台。
背景技术
在我国的航空飞行领域，每年都需要对众多的飞行员进行培训模拟飞行，目前我国的飞行模拟器的一个普遍特征：成本昂贵、研究周期体积庞大、任务模式单一、可维护性差、难以进行功能扩展。在一定程度上占据了培训单位的很大的成本支出，并且目前的飞行模拟技术也有很大的局限性，例如飞行员的晕眩现象，单个模拟器的使用的局限性，飞行员手部操作的不便性等都对飞行员的模拟飞行带来一定的困扰，也严重影响着我国的飞行员培养的整体水平的发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种飞行模拟平台，以解决现有飞行模拟器成本昂贵、研究周期体积庞大、任务模式单一、可维护性差、难以进行功能扩展的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种飞行模拟平台，包括：运动模拟系统、模拟器设备、视景单元和系统集成单元；其中，所述模拟器设备分别与运动模拟系统和系统集成单元相接，所述视景单元与模拟器设备通讯。
进一步的，在所述的飞行模拟平台中，所述运动模拟系统的数量为三组，每组包括两个运动模拟单元。
进一步的，在所述的飞行模拟平台中，所述每个运动模拟单元包括：底座、直线电机、套筒、伸缩杆和球铰链；其中，
所述球铰链的一端与所述底座相固定，另一端与所述直线电机固定；所述直线电机的一端与套筒的一端连接；所述伸缩杆的一端设有一铰链，另一端套于套筒内。
进一步的，在所述的飞行模拟平台中，所述模拟器设备包括：座椅、支撑底盘、台架和操作台；所述支撑底盘包括脚刹、油门、操纵杆、枕垫和安全带；其中，
所述支撑底盘呈圆形，并一端凸出设有支撑块；所述座椅和台架分别安装在所述支撑底盘上；所述操作台安装在所述台架上；所述操作台上设有方向盘和按键；所述脚刹、油门和操纵杆设置在所述支撑底盘和台架之间，并固定在支撑底盘上；所述枕垫设置在座椅上，所述安全带设置在枕垫的两侧。
进一步的，在所述的飞行模拟平台中，所述铰链为三接头铰链，一头与所述支撑底盘铰接，另两头与伸缩杆铰接。
进一步的，在所述的飞行模拟平台中，还包括半虚拟单元。
进一步的，在所述的飞行模拟平台中，所述半虚拟单元包括半虚拟座舱和半虚拟视频交互单元。
进一步的，在所述的飞行模拟平台中，所述视景单元包括视景头盔和组合跟踪装置；其中，所述组合跟踪装置包括角速度陀螺、加速度计、电磁位置跟踪器、卡尔曼滤波器。
进一步的，在所述的飞行模拟平台中，所述系统集成单元包括两个高性能微机工作站，分别相对设置于台架内侧的左右两侧。
本发明提供的飞行模拟平台，具有以下有益效果：本发明将半虚拟技术、视频手部定位技术、三维视景技术等先进技术相配合，使得飞行员在飞行模拟中所看到的视景更加真实性、多样性；采用FlightGear飞行模拟软件进行飞行模拟场景的建模，更加真实、通用，大大的提高了视景效果，本发明可以根据不同的机型的需要进行调换，在很大程度上解决了目前在飞行模拟器技术及设备的单一使用的局限性，节约了成本，并且采用了针对性的采用了防晕眩技术，切实的解决了目前模拟器易对飞行员造成晕眩的弊端。
附图说明
图1是本发明实施例的飞行模拟平台的整体结构示意图；
图2是本发明实施例的飞行模拟平台的正视图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的飞行模拟平台作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
为克服目前飞行模拟技术开发领域的技术及设备的不足，提供一种基于半虚拟技术、视频手部定位技术及三维视景技术的飞行模拟平台。
如图1所示，本发明提供的一种飞行模拟平台，包括：运动模拟系统、模拟器设备、视景单元、系统集成单元和半虚拟单元；其中，所述模拟器设备分别与运动模拟系统和系统集成单元相接，所述视景单元与模拟器设备通讯。
下面具体介绍各部件的组成：
所述模拟器设备包括：支撑底盘7、座椅16、台架10和操作台11；所述支撑底盘包括脚刹15、油门14、操纵杆9、枕垫8和安全带17；其中，所述支撑底盘7呈圆形，并一端凸出设有支撑块；所述座椅16和台架10分别安装在所述支撑底盘7上；所述座椅16倚靠在后端的支撑块上；所述操作台11安装在所述台架10上，操作台11与台架10呈可拆卸连接，可以根据不同的机型选择不同的更具针对性操作台用于飞行的模拟；所述操作台11上设有方向盘13和按键12，按键12是根据不同机型的可触摸操作实物部分而针对设计，且旁边设置有摄像头(图中未示出)；所述脚刹15、油门14和操纵杆9设置在所述支撑底盘7和台架10之间，并固定在支撑底盘7上，；所述枕垫8设置在座椅16上，所述安全带17设置在枕垫16的两侧。
所述每个运动模拟系统包括：底座1、球铰链2直线电机3、套筒4和伸缩杆5；其中，所述球铰链2的一端与所述底座1相固定，另一端与所述直线电机3固定；所述直线电机3的一端与套筒4的一端连接；所述伸缩杆5的一端设有一铰链6，另一端套于套筒4内。所述运动模拟系统的数量为三组，每组包括两个运动模拟单元。所述铰链6为三接头铰链，一头与所述支撑底盘7铰接，另两头与伸缩杆5铰接。
整个飞行模拟平台采用六自由度的并联机构设计，可以保证在飞行模拟过程中运动的多样性还保证了并联机构位置和速度等正逆求解简单高效，有利于实时算法的实现，解决了目前模拟器在飞行模拟过程中仍存在的位置正解求解困难的一系列问题；运动模拟系统是一个串行的过程，先由操纵杆和油门的位置作为输入，利用飞机动力学方程实时解算出飞机三个平动自由度的线加速度和三个转动自由度的角速度，然后传递给动感模拟算法得出在运动平台有限的工作空间里面上平台的参考运动轨迹，由于运动平台六自由度的Stewart平台，接着可以使用逆运动学计算出每条腿上的参考伸长量，最后利用PID控制算法控制执行器跟踪每个连接轴套的参考伸长量完成运动模拟。
所述半虚拟单元包括半虚拟座舱(图中未示出)和半虚拟视频交互单元(图中未示出)，其中舱外和舱内视景一律由计算机软件生成，达到虚拟现实的效果，其中根据不同机型的不同要求，模拟器的部分设备采用1:1的实物，例如方向盘、脚刹、操纵杆、开关等；其中半虚拟视频交互在按键的开关附近埋设摄像头，这样使手指越接近开关时检测精度越高(在手指尖处均带上)定位器，通过初始摄像机标定后，利用摄像机采集到的图像对特征点进行检测定位，确定用户指尖的图像坐标，并通过指尖特征点位置关系进行手型确定，由手型调整指尖偏差，提高手指定位精度，最终获知整个手部的手尖部分所要传递的信息。
所述视景单元包括视景头盔和组合跟踪装置；其中，所述组合跟踪装置包括角速度陀螺、加速度计、电磁位置跟踪器、卡尔曼滤波器；其中舱内舱外的视景均由视景头盔实现并且虚拟的视景均由FlightGear飞行模拟软件进行建模，同时采用人体头部位置跟踪技术检测飞行员头部的位置和姿态，配合视景的生成以及半实物虚拟现实座舱的人机交互；组合跟踪装置用于减缓飞行员在模拟飞行中产生的晕眩状况，其中角速度陀螺、加速度计和传统的电磁位置跟踪器分别用于实时测量头部运动的角速度、加速度和位置信息，通过卡尔曼滤波器等算法预测头部运动，并利用数据融合方法产生更高的数据精度和数据可靠性，有效消除由于视景延迟造成的眩晕。
所述系统集成单元包括两个高性能微机工作站，分别相对设置于台架内侧的左右两侧。一台实时求解飞机动力学方程并通过洗出算法转换成模拟器上平台的运动参数实现运动平台的控制；另一台则根据飞机运动数据实时变换虚拟视景的绘制和渲染，实现景物与飞机的运动一致。
本发明的具体运行方式为：飞行员首先坐于座椅上并系好安全带，带上视景头盔及指尖处的定位器，启动整个模拟器，并选择自己所需的机型及相关的参数要求，此时从试镜头盔里就能够看到所对应的模拟场景，然后可以根据自身飞行模拟的要求，通过手指尖的图像位置的处理，系统会自行识别飞行员所要传递的指令信息，飞行员通过对操纵杆和油门的操作，飞机的高性能微机工作站就会自行运算处六个自由度每个自由度所需伸长的量，从而连接轴套就会进行相应的伸缩工作，飞行员若要对其他机型进行飞行模拟，只需要将系统关闭并换上相对应机型的操作台即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (9)

1.一种飞行模拟平台，其特征在于，包括：运动模拟系统、模拟器设备、视景单元和系统集成单元；其中，所述模拟器设备分别与运动模拟系统和系统集成单元相接，所述视景单元与模拟器设备通讯。
2.如权利要求1所述的飞行模拟平台，其特征在于，所述运动模拟系统的数量为三组，每组包括两个运动模拟单元。
3.如权利要求2所述的飞行模拟平台，其特征在于，所述每个运动模拟单元包括：底座、直线电机、套筒、伸缩杆和球铰链；其中，
所述球铰链的一端与所述底座相固定，另一端与所述直线电机固定；所述直线电机的一端与套筒的一端连接；所述伸缩杆的一端设有一铰链，另一端套于套筒内。
4.如权利要求3所述的飞行模拟平台，其特征在于，所述模拟器设备包括：座椅、支撑底盘、台架和操作台；所述支撑底盘包括脚刹、油门、操纵杆、枕垫和安全带；其中，
所述支撑底盘呈圆形，并一端凸出设有支撑块；所述座椅和台架分别安装在所述支撑底盘上；所述操作台安装在所述台架上；所述操作台上设有方向盘和按键；所述脚刹、油门和操纵杆设置在所述支撑底盘和台架之间，并固定在支撑底盘上；所述枕垫设置在座椅上，所述安全带设置在枕垫的两侧。
5.如权利要求4所述的飞行模拟平台，其特征在于，所述铰链为三接头铰链，一头与所述支撑底盘铰接，另两头与伸缩杆铰接。
6.如权利要求1所述的飞行模拟平台，其特征在于，还包括半虚拟单元。
7.如权利要求6所述的飞行模拟平台，其特征在于，所述半虚拟单元包括半虚拟座舱和半虚拟视频交互单元。
8.如权利要求1所述的飞行模拟平台，其特征在于，所述视景单元包括视景头盔和组合跟踪装置；其中，所述组合跟踪装置包括角速度陀螺、加速度计、电磁位置跟踪器、卡尔曼滤波器。
9.如权利要求4所述的飞行模拟平台，其特征在于，所述系统集成单元包括两个高性能微机工作站，分别相对设置于台架内侧的左右两侧。
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