CN105334753A - 一种近地告警视景仿真验证平台系统及其验证方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种近地告警视景仿真验证平台系统，包括虚拟现实接驳器，所述虚拟现实接驳器与导光操作控制面板、操作杆和油门杆连接，将所述导光操作控制面板、操作杆和油门杆输出的信号经过处理后输送到处理器单元；主控单元，形成仿真平台，通过虚拟现实接驳器采集导光操作控制面板、操作杆、油门杆控制信息，通过逻辑系统和粒子系统对飞机运行情况进行试验验证；图形显示和声音模拟系统，生成飞机状态视觉信息和飞机状态听觉信息，最终在显示器、声源发生器终端进行视景仿真验证。本发明安装简单、故障少、易维护、适应性高、测试环境多样、成本低、效率高，能够根据设定条件对飞机进行视景仿真验证，并通过实际操作，规避飞行风险，保障飞行安全。

Description

一种近地告警视景仿真验证平台系统及其验证方法
技术领域
本发明涉及飞机仿真验证领域，特别是一种近地告警视景仿真验证平台系统及其验证方法。
背景技术
随着我国国民经济的飞速发展，国际形势的日益迫切，对飞机的安全系统提出了更高的要求。航空飞行设备数量在不断增长。所有的飞行员，最关心的就是飞机安全告警，特别是近地告警，而采用现实手段验证近地告警设备的实际能力成本过高，危险度高，不具有可实现的意义。因此，近地告警视景仿真验证平台能提供有效的视景验证方案，采用数学手段验证设备数据具有适应性高、测试环境多样、成本低、效率高等诸多优势。
发明内容
本发明提供一种近地告警视景仿真验证平台系统，解决了现有手段周期过长、测试环境单一、成本巨大等问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种近地告警视景仿真验证平台系统，包括导光操作控制面板、操作杆和油门杆，其特征在于：近地告警视景仿真验证平台系统还包括虚拟现实接驳器，所述虚拟现实接驳器与导光操作控制面板、操作杆和油门杆连接，将所述导光操作控制面板、操作杆和油门杆输出的信号经过处理后输送到处理器单元；主控单元，建立世界空间坐标系，根据数据库中该坐标区域的高度信息，与卫星地图进行合成，建立飞机所处三维地形，根据时间和数据库提取自然资源，通过生态环境系统生成试验体所处自然环境建立，然后通过建模系统将所有模型统筹在一个界面内，形成仿真平台，通过虚拟现实接驳器采集导光操作控制面板、操作杆、油门杆控制信息，通过逻辑系统和粒子系统对飞机运行情况进行试验验证；图形显示和声音模拟系统，生成飞机状态视觉信息和飞机状态听觉信息，并传输至视频生成模块和音频生成模块，最终在显示器、声源发生器终端进行视景仿真验证。
根据本发明的优选实施例，所述主控单元包括控制系统，负责仿真验证平台内所有可控单元的人为信号控制，所述人为信号包括需设定的环境参数、飞机信息参数、计算级别；数据库，负责本仿真验证平台内所用元素的存储；地形匹配系统负责仿真验证平台所验证物体所处地形应与现实相匹配；生态环境系统负责仿真验证平台所验证物体所处自然环境的生成；天气系统控制仿真验证平台所验证物体所处天气情况；建模系统负责仿真验证平台所所有物体的建立；粒子系统负责仿真验证平台所验证物体所处环境的其他可运动单元的设定；逻辑系统负责仿真验证平台内所有物理特征的运算，逻辑系统按照飞机的空速、方向、环境变量、飞行姿态进行飞行模拟计算，然后由图形显示系统进行仿真显示，当发生粒子碰撞时反馈逻辑系统进行验证。
根据本发明的优选实施例，所述的显示器为IPS显示屏。
根据本发明的优选实施例，所述图形显示和声音模拟系统包括图形显示系统，在验证过程中，生成飞机状态视觉信息，并将信号传输至视频生成模块；声音模拟系统，在验证过程中生成飞机状态听觉信息，并将信号传输至音频生成模块；视频生成模块，将图形显示系统生成的飞机状态视觉信息转换成视频信号，发送给显示驱动模块，由显示驱动模块驱动显示器进行视景仿真显示；音频生成模块，将声音模拟系统生成的飞机状态听觉信息转换成声频信号，由声源发生器进行音频仿真。
根据本发明的优选实施例，所述显示驱动模块通过跨屏处理模块与多个显示器连接，所述跨屏处理模块为一对多多显示屏处理设备。
本发明的另一目的是提供一种近地告警视景仿真验证方法，解决了现有手段周期过长、测试环境单一、成本巨大等问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种近地告警视景仿真验证方法，包括以下步骤：A、通过虚拟现实接驳器选择试验验证用飞机的飞行参数；B、控制系统通过其坐标和数据库的比较，建立世界空间坐标系，根据数据库中地球该坐标区域的高度信息，与卫星地图进行合成，建立飞机所处三维地形，根据时间和数据库提取自然资源，通过生态环境系统自适应生成试验体所处自然环境建立，然后通过建模系统将所有模型统筹在一个界面内，形成仿真平台；C、采集飞机参数和虚拟现实接驳器、导光操作控制面板、操作杆、油门杆控制信息，通过逻辑系统和粒子系统对飞机运行情况进行试验验证，逻辑系统按照飞机的空速、方向、环境变量、飞行姿态进行飞行模拟，当发生粒子碰撞时反馈逻辑系统进行验证；D、图形显示系统生成飞机状态视觉信息，声音模拟系统生成飞机状态听觉信息，图形显示系统、声音模拟系统将信号传输至视频生成模块、音频生成模块，最终在显示器、声源发生器终端进行视景仿真验证。
本发明的优点在于：本发明安装简单、故障少、易维护、适应性高、测试环境多样、成本低、效率高，能够根据设定条件对飞机进行视景仿真验证，并通过实际操作，规避飞行风险，保障飞行安全。
附图说明
图1为本发明的硬件系统的结构示意图。
图2为本发明的软件系统的结构示意。
图3为本发明的系统原理图。
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
具体实施方式
第一步，构建系统硬件环境。图1分为硬件系统的结构示意图。硬件系统包括系统前端和系统后端，系统前端设有操作设备和显示屏，操作设备上设有导光操作控制面板、操作杆、油门杆、虚拟现实接驳器、跨屏处理模块及显示驱动模块，其中显示驱动模块通过跨屏处理模块与显示屏相连接，声频生成模块与声源发生器连接，系统后端设有后端主板，后端主板通过信号输入单元与虚拟现实接驳器连接，中央处理模块的输入端与后端主板和信息库连接，中央处理模块的输出端与视频生成模块、声频生成模块连接。所述的显示屏为IPS显示屏。所述的跨屏处理模块为一对多显示屏处理设备。
第二步，构建系统软件环境。软件编写包括上位机和下位机软件的编写。软件系统包括数据库、地形匹配系统、生态环境系统、天气系统、建模系统、粒子系统、逻辑系统、图形显示系统、声音模拟系统和控制系统。控制系统，负责仿真验证平台内所有可控单元的人为信号控制，数据库，负责本仿真验证平台内所用元素的存储，地形匹配系统负责仿真验证平台所验证物体所处地形应与现实相匹配，生态环境系统负责仿真验证平台所验证物体所处自然环境的生成，天气系统控制仿真验证平台所验证物体所处天气情况，建模系统负责仿真验证平台所所有物体的建立，粒子系统负责仿真验证平台所验证物体所处环境的其他可运动单元的设定，逻辑系统负责仿真验证平台内所有物理特征的运算，图形显示系统负责仿真验证平台最终输出图像显示。
第三步，开展系统仿真试验。本发明可安装于飞机地面模拟平台，也可作为单独试验平台进行试验，硬件系统安装时可将系统前端安装于操作平台，与系统后端通过电缆传输信号即可。当硬件系统接通后，具有导光操作控制面板、操作杆、油门杆和虚拟现实接驳器作为输入信号，显示屏与声源发生器作为输出终端。
使用本发明进行试验时，确认硬件系统安装调试完成后，显示器自动进入系统试验界面。此时，通过虚拟现实接驳器选择试验验证用飞机的飞行参数，A类已有飞行参数，包含：飞机型号、调整状态参数（完好、警戒、受损）、调整物理参数（重心调整、姿态调整、襟翼调整）、坐标、使用地球地图或理论地图、天气选择、时间选择、鸟群选择；B类自建飞行参数，包含：飞机三维模型（飞行、滑行动态模型）、发动机参数确定、阻尼动力确定、物理参数确定（强度分析、重心分析、伯努利分析）、操作界面、坐标、坐标、使用地球地图或理论地图、天气选择、时间选择、鸟群选择。
当所需信息输入进入控制系统后，控制系统通过其坐标和数据库的比较，建立世界空间坐标系，根据数据库中地球该坐标区域的高度信息，与卫星地图进行合成，自适应建立飞机所处三维地形，根据时间和数据库提取自然资源如河流、海洋、山川、森林等自然地貌，通过生态环境系统自适应生成试验体所处自然环境建立，然后通过建模系统将所有模型统筹在一个界面内，形成仿真平台。通采集飞机参数和虚拟现实接驳器、导光操作控制面板、操作杆、油门杆控制信息，通过逻辑系统和粒子系统对飞机运行情况进行试验验证。
试验过程中，图形显示系统生成飞机状态视觉信息，包含：驾驶舱飞行第一视角实景，飞机自由观察视角实景，航空地图信息、飞行状态信息、飞行包线阈值信息、撞地信息。声音模拟系统生成飞机状态听觉信息，包含；驾驶舱环境声音、台模拟声源、高空环境声音、生态环境音效、开普勒合成声效、粒子碰撞声效。图形显示系统、声音模拟系统将信号传输至视频生成模块、音频生成模块，最终在显示器、声源发生器终端进行视景仿真验证。
按控制系统进行控制后，逻辑系统按照飞机的空速、方向、环境变量、飞行姿态进行飞行模拟，当发生粒子碰撞时（撞地、撞山、撞海、其他飞行器、飞鸟等）反馈逻辑系统进行验证。
由上分析，得到一种近地告警视景仿真验证平台系统，如图1所示，包括导光操作控制面板、操作杆和油门杆，其特征在于：近地告警视景仿真验证平台系统还包括虚拟现实接驳器，所述虚拟现实接驳器与导光操作控制面板、操作杆和油门杆连接，将所述导光操作控制面板、操作杆和油门杆输出的信号经过处理后输送到处理器单元；主控单元，建立世界空间坐标系，根据数据库中该坐标区域的高度信息，与卫星地图进行合成，建立飞机所处三维地形，根据时间和数据库提取自然资源，通过生态环境系统生成试验体所处自然环境建立，然后通过建模系统将所有模型统筹在一个界面内，形成仿真平台，通过虚拟现实接驳器采集导光操作控制面板、操作杆、油门杆控制信息，通过逻辑系统和粒子系统对飞机运行情况进行试验验证；图形显示和声音模拟系统，生成飞机状态视觉信息和飞机状态听觉信息，并传输至视频生成模块和音频生成模块，最终在显示器、声源发生器终端进行视景仿真验证。
根据本发明的优选实施例，所述主控单元包括控制系统，负责仿真验证平台内所有可控单元的人为信号控制，所述人为信号包括需设定的环境参数、飞机信息参数、计算级别；数据库，负责本仿真验证平台内所用元素的存储；地形匹配系统负责仿真验证平台所验证物体所处地形应与现实相匹配；生态环境系统负责仿真验证平台所验证物体所处自然环境的生成；天气系统控制仿真验证平台所验证物体所处天气情况；建模系统负责仿真验证平台所所有物体的建立；粒子系统负责仿真验证平台所验证物体所处环境的其他可运动单元的设定；逻辑系统负责仿真验证平台内所有物理特征的运算，逻辑系统按照飞机的空速、方向、环境变量、飞行姿态进行飞行模拟计算，然后由图形显示系统进行仿真显示，当发生粒子碰撞时反馈逻辑系统进行验证。
根据本发明的优选实施例，所述的显示器为IPS显示屏。
根据本发明的优选实施例，所述图形显示和声音模拟系统包括图形显示系统，在验证过程中，生成飞机状态视觉信息，并将信号传输至视频生成模块；声音模拟系统，在验证过程中生成飞机状态听觉信息，并将信号传输至音频生成模块；视频生成模块，将图形显示系统生成的飞机状态视觉信息转换成视频信号，发送给显示驱动模块，由显示驱动模块驱动显示器进行视景仿真显示；音频生成模块，将声音模拟系统生成的飞机状态听觉信息转换成声频信号，由声源发生器进行音频仿真。
根据本发明的优选实施例，所述显示驱动模块通过跨屏处理模块与多个显示器连接，所述跨屏处理模块为一对多多显示屏处理设备。
本发明的一种近地告警视景仿真验证方法，包括以下步骤：A、通过虚拟现实接驳器选择试验验证用飞机的飞行参数；B、控制系统通过其坐标和数据库的比较，建立世界空间坐标系，根据数据库中地球该坐标区域的高度信息，与卫星地图进行合成，建立飞机所处三维地形，根据时间和数据库提取自然资源，通过生态环境系统自适应生成试验体所处自然环境建立，然后通过建模系统将所有模型统筹在一个界面内，形成仿真平台；C、采集飞机参数和虚拟现实接驳器、导光操作控制面板、操作杆、油门杆控制信息，通过逻辑系统和粒子系统对飞机运行情况进行试验验证，逻辑系统按照飞机的空速、方向、环境变量、飞行姿态进行飞行模拟，当发生粒子碰撞时反馈逻辑系统进行验证；D、图形显示系统生成飞机状态视觉信息，声音模拟系统生成飞机状态听觉信息，图形显示系统、声音模拟系统将信号传输至视频生成模块、音频生成模块，最终在显示器、声源发生器终端进行视景仿真验证。
下面就本发明的试验验证方法进行具体说明。
其中步骤B中建模包括：
飞行器设置，需输入待测飞行器的外形尺寸数模、起飞重量、发动机推力、重心点位置等信息。
环境设置，首先，设置测试所在空域。按位置调取地形信息、生态环境信息。然后设定风力、云层数量、厚度、太阳方位等天气信息。
最后设定测算精度，所述测算精度包括5级，分别为0级~5级。
当精度设定为0级时，地面无植被信息、河流不计算流水速度，峡谷、山峰、海浪等地貌特征不计算风力、风向改变；
步骤C中的试验验证仅计算以下信息：
a)受飞机发动机影响，飞机飞行状态的改变；
b)受重力影响，飞机飞行状态的改变；
c)受整体风向、风力影响，飞机飞行状态的改变；
d)受障碍物影响，飞机飞行状态的改变；
运行模式：
当所有要素建立完成后，逻辑系统按照万有引力定律（方向为世界坐标向下）、动量守恒定律（方向为运动方向、穿越方向、碰撞方向）、力学定律等规则信息对飞机进行运动则设定。当飞机碰撞条件达成时，模拟截止。
当精度设定为1级时，显示地面植被情况，但是河流不计算流水速度，峡谷、山峰、海浪等地貌特征不计算风力、风向改变；
步骤C中的试验验证计算以下信息：
a)受飞机发动机影响，飞机飞行状态的改变；
b)受重力影响，飞机飞行状态的改变；
c)受整体风向、风力影响，飞机飞行状态的改变；
d)受障碍物影响，飞机飞行状态的改变；
计算逻辑同0级。
当精度设定为2级时，显示地面植被情况，计算流水速度对气流影响，峡谷、山峰、海浪等地貌特征时以粒子状态计算风向、风力改变（需根据计算能力设定粒子碰撞消散次数）；
步骤C中的试验验证计算以下信息：
a)受飞机发动机影响，飞机飞行状态的改变；
b)受重力影响，飞机飞行状态的改变；
c)受粒子碰撞影响，飞机飞行状态的改变；
d)受障碍物影响，飞机飞行状态的改变；
当精度设定为3级时，显示地面植被情况，阳光光照环境下驾驶舱影响情况，计算流水速度对气流影响，峡谷、山峰、海浪等地貌特征时以粒子状态计算风向、风力改变（需根据计算能力设定粒子碰撞消散次数），计算穿云时状态影响。
步骤C中的试验验证计算以下信息：
a)受飞机发动机影响，飞机飞行状态的改变；
b)受重力影响，飞机飞行状态的改变；
c)受粒子碰撞影响，飞机飞行状态的改变；
d)受障碍物影响，飞机飞行状态的改变；
当精度设定为4级时，显示地面植被情况，阳光光照环境下驾驶舱影响情况，计算流水速度对气流影响，峡谷、山峰、海浪等地貌特征时以粒子状态计算风向、风力改变（需根据计算能力设定粒子碰撞消散次数），计算穿云时状态影响，计算同飞鸟相遇时，对飞机状态的影响
步骤C中的试验验证计算以下信息：
a)受飞机发动机影响，飞机飞行状态的改变；
b)受重力影响，飞机飞行状态的改变；
c)受粒子（风）碰撞影响，飞机飞行状态的改变；
d)受粒子（云）碰撞影响，飞机飞行状态的改变；
e)受粒子（飞鸟）碰撞影响，飞机飞行状态的改变；
f)受障碍物影响，飞机飞行状态的改变；
在本发明中，超过2级运算时，空气被作为匀质的粒子分布空间，这些粒子受环境力（需设定）影响，进行集体运动，形成风，粒子之间相互碰撞，形成风的各种类别，粒子经过地表、河流、海洋、山川、峡谷时，经过碰撞，形成各种风的改变，计算粒子同飞机相遇时对飞机的帮助与影响，云、飞鸟是密度较大的粒子的组合，在飞机穿云时，计算其同粒子之间碰撞而形成的阻力变化。在飞机与飞鸟相遇时，计算碰撞部位与粒子碰撞时产生的变化。飞机依靠粒子飞行或发生改变，进而模拟实际环境的影响。
当发生飞机位置与地貌位置交叉时，判定飞机触地。
本发明中所涉及的具体仿真及验证所涉及的算法为现有技术，在此不再赘述。
以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种近地告警视景仿真验证平台系统，包括导光操作控制面板、操作杆和油门杆，其特征在于：近地告警视景仿真验证平台系统还包括虚拟现实接驳器，所述虚拟现实接驳器与导光操作控制面板、操作杆和油门杆连接，将所述导光操作控制面板、操作杆和油门杆输出的信号经过处理后输送到处理器单元；主控单元，建立世界空间坐标系，根据数据库中该坐标区域的高度信息，与卫星地图进行合成，建立飞机所处三维地形，根据时间和数据库提取自然资源，通过生态环境系统生成试验体所处自然环境建立，然后通过建模系统将所有模型统筹在一个界面内，形成仿真平台，通过虚拟现实接驳器采集导光操作控制面板、操作杆、油门杆控制信息，通过逻辑系统和粒子系统对飞机运行情况进行试验验证；图形显示和声音模拟系统，生成飞机状态视觉信息和飞机状态听觉信息，并传输至视频生成模块和音频生成模块，最终在显示器、声源发生器终端进行视景仿真验证。
2.如权利要求1所述的近地告警视景仿真验证平台系统，其特征在于所述主控单元包括控制系统，负责仿真验证平台内所有可控单元的人为信号控制；数据库，负责本仿真验证平台内所用元素的存储；地形匹配系统负责仿真验证平台所验证物体所处地形应与现实相匹配；生态环境系统负责仿真验证平台所验证物体所处自然环境的生成；天气系统控制仿真验证平台所验证物体所处天气情况；建模系统负责仿真验证平台所所有物体的建立；粒子系统负责仿真验证平台所验证物体所处环境的其他可运动单元的设定；逻辑系统负责仿真验证平台内所有物理特征的运算，逻辑系统按照飞机的空速、方向、环境变量、飞行姿态进行飞行模拟计算，然后由图形显示系统进行仿真显示，当发生粒子碰撞时反馈逻辑系统进行验证。
3.如权利要求1所述的近地告警视景仿真验证平台系统，其特征在于所述图形显示和声音模拟系统包括图形显示系统，在验证过程中，生成飞机状态视觉信息，并将信号传输至视频生成模块；声音模拟系统，在验证过程中生成飞机状态听觉信息，并将信号传输至音频生成模块；视频生成模块，将图形显示系统生成的飞机状态视觉信息转换成视频信号，发送给显示驱动模块，由显示驱动模块驱动显示器进行视景仿真显示；音频生成模块，将声音模拟系统生成的飞机状态听觉信息转换成声频信号，由声源发生器进行音频仿真。
4.如权利要求1所述的近地告警视景仿真验证平台系统，其特征在于所述的显示器为IPS显示屏。
5.如权利要求1所述的近地告警视景仿真验证平台系统，其特征在于所述显示驱动模块通过跨屏处理模块与多个显示器连接，所述跨屏处理模块为一对多多显示屏处理设备。
6.如权利要求1所述的近地告警视景仿真验证平台系统，其特征在于：所述的平台系统为近地告警验证系统。
7.一种近地告警视景仿真验证方法，包括以下步骤：A、通过虚拟现实接驳器选择试验验证用飞机的飞行参数；B、控制系统通过其坐标和数据库的比较，建立世界空间坐标系，根据数据库中地球该坐标区域的高度信息，与卫星地图进行合成，建立飞机所处三维地形，根据时间和数据库提取自然资源，通过生态环境系统自适应生成试验体所处自然环境建立，然后通过建模系统将所有模型统筹在一个界面内，形成仿真平台；C、采集飞机参数和虚拟现实接驳器、导光操作控制面板、操作杆、油门杆控制信息，通过逻辑系统和粒子系统对飞机运行情况进行试验验证，逻辑系统按照飞机的空速、方向、环境变量、飞行姿态进行飞行模拟，当发生粒子碰撞时反馈逻辑系统进行验证；D、图形显示系统生成飞机状态视觉信息，声音模拟系统生成飞机状态听觉信息，图形显示系统、声音模拟系统将信号传输至视频生成模块、音频生成模块，最终在显示器、声源发生器终端进行视景仿真验证。
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