CN105590496A - 一种便携式无人直升机飞行操作员模拟训练系统 - Google Patents

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吴永建
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Abstract

本发明提供了一种便携式无人直升机飞行操作员模拟训练系统，属于无人直升机培训设备领域。所述系统包括操纵模块、干扰模块、处理模块、视景显示数据转换模块以及模拟训练平台，其中，所述处理模块用于接收所述操纵模块与所述干扰模块发来的信息，并将所述信息转换成相应的目标姿态信息和直升机运动信息，所述视景显示数据转换模块用于将目标姿态信息转换为可呈现的视景信息，所述模拟训练平台承载所述飞行操作员，并根据直升机运动信息做对应的模拟运动。在飞行仿真过程中，操作员根据看到的无人直升机目标姿态完成操纵控制，模拟了飞行操作员在真实环境下操作时的体感，提升飞行操作员在各种复杂环境中的操控能力，降低了训练成本。

Description

一种便携式无人直升机飞行操作员模拟训练系统
技术领域
本发明属于无人直升机培训设备领域，具体涉及一种便携式无人直升机飞行操作员模拟训练系统。
背景技术
对无经验者来说动力飞行是相当危险的尝试，因此自很久以前就不断地有各种方法让新飞行员在非真实飞行的情况下学习控制飞机。先后有“木桶”飞行模拟器、林克训练机等，提供比飞机的危险性较低且成本较便宜的仪表飞行教学环境。
无人直升机无飞行员在机体上操作，要把飞行员操纵直升机的平衡、补偿、解耦等技术，准确地反映到飞行控制系统中去，飞控系统至今仍不够完美，在细微的参数变化上，飞控系统不能像飞行员那样通过模糊操作进行机体的姿态调整，因此必须先进行模拟飞行培训。根据视景显示系统的不同，有屏幕式、柱幕式，以及带多自由度平台的球幕式，建设成本代价巨大，而且有人直升机训练模拟器大多需要逼真的振抖系统；无人直升机操作人员主要是在不使用自主起降功能时进行视距内全权限操作，仅根据视距内机体姿态趋势进行预判控制，对周围实时场景的模拟，以及真实座舱环境的要求不高。因此需要一款专门针对无人直升机飞行操作员培训的设备。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种便携式无人直升机飞行操作员模拟训练系统，该无人直升机飞行操作员模拟训练系统借鉴有人机飞行模拟器的原理，根据无人直升机飞行操作员模拟训练的实际需要，设计的一款便携式的模拟训练系统，所述系统包括：操纵模块、干扰模块、处理模块、视景显示数据转换模块以及模拟训练平台，其中，所述处理模块用于接收所述操纵模块与所述干扰模块发来的信息，并将所述信息转换成相应的目标姿态信息和直升机运动信息，所述视景显示数据转换模块用于将目标姿态信息转换为可呈现的视景信息，所述模拟训练平台承载所述飞行操作员，并根据直升机运动信息做对应的模拟运动。
优选的是，所述处理模块包括接收单元、指令转换单元以及发送单元，所述接收单元用于接收所述操纵模块发来的操纵杆位移指令，也包括接收所述干扰模块发送来的干扰信息；
所述指令转换单元用于将所述操纵杆位移指令转换为目标姿态信息，也包括将所述干扰信息转换为直升机运动信息，并将所述直升机运动信息转化为直升机模拟设备上若干点的运动信息；
所述发送单元用于将所述目标姿态信息呈现给飞行操作员与培训教员，也包括将直升机模拟设备上若干点的运动信息发送到模拟训练平台的控制单元中，所述模拟训练平台的控制单元控制模拟训练平台做相应摆动。
在上述方案中优选的是，在所述指令转换单元包括飞控模块与动力学模型解算模块，所述飞控模块包括数模转换单元，所述操纵杆位移指令为数字信号，所述目标姿态信息为模拟信号；所述动力学模型解算模块根据干扰信息做直升机的受力分析。
在上述方案中优选的是，所述干扰信息包括外部干扰信息与内部干扰信息，均储存在所述干扰模块的数据库中，所述外部干扰信息是指直升机运动环境的变化带来的干扰，所述内部干扰信息是指包括直升机飞控系统、动力系统在内的故障干扰。
在上述方案中优选的是，所述视景显示数据转换模块将视景信息转换成佩戴显示设备可接收的数据格式，所述佩戴显示设备由飞行操作员佩戴。
在上述方案中优选的是，所述视景信息为3D视景信息。
使用该无人直升机飞行操作员模拟训练系统，飞行操作人员使用佩戴式显示设备，沉浸无边框显示环境模拟操作无人直升机。培训模拟平台可模拟海况，佩戴显示设备可无边框地显示模拟海况下的场景，真实模拟飞行操作员在甲板操作时的体感，提升飞行操作员在各种复杂环境中的操控能力，降低训练成本。
附图说明
图1为本发明便携式无人直升机飞行操作员模拟训练系统的一优选实施例的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
下面通过实施例对本发明做进一步详细说明。
本实施例以飞行操作员模拟海上直升机运动为例，提供了一种便携式无人直升机飞行操作员模拟训练系统，该无人直升机飞行操作员模拟训练系统借鉴有人机飞行模拟器的原理，根据无人直升机飞行操作员模拟训练的实际需要，设计的一款便携式的模拟训练系统，所述系统包括：操纵模块、干扰模块、处理模块、视景显示数据转换模块以及模拟训练平台，其中，所述处理模块用于接收所述操纵模块与所述干扰模块发来的信息，并将所述信息转换成相应的目标姿态信息和直升机运动信息，所述视景显示数据转换模块用于将目标姿态信息转换为可呈现的视景信息，所述模拟训练平台承载所述飞行操作员，并根据直升机运动信息做对应的模拟运动。
所述处理模块包括接收单元、指令转换单元以及发送单元，所述接收单元用于接收所述操纵模块发来的操纵杆位移指令，也包括接收所述干扰模块发送来的干扰信息；
所述指令转换单元用于将所述操纵杆位移指令转换为目标姿态信息，也包括将所述干扰信息转换为直升机运动信息，并将所述直升机运动信息转化为直升机模拟设备上若干点的运动信息；
所述发送单元用于将所述目标姿态信息呈现给飞行操作员与培训教员，也包括将直升机模拟设备上若干点的运动信息发送到模拟训练平台的控制单元中，所述模拟训练平台的控制单元控制模拟训练平台做相应摆动。
本实施例中，在所述指令转换单元包括飞控模块与动力学模型解算模块，所述飞控模块包括数模转换单元，所述操纵杆位移指令为数字信号，所述目标姿态信息为模拟信号；所述动力学模型解算模块根据干扰信息做直升机的受力分析。
本实施例中，所述干扰信息包括外部干扰信息与内部干扰信息，均储存在所述干扰模块的数据库中，所述外部干扰信息是指直升机运动环境的变化带来的干扰，所述内部干扰信息是指包括直升机飞控系统、动力系统在内的故障干扰。
需要说明的是，所述视景显示数据转换模块将视景信息转换成佩戴显示设备可接收的数据格式，所述佩戴显示设备由飞行操作员佩戴。
可以理解的是，所述视景信息为3D视景信息。这样，当飞行操作员佩戴佩戴所述佩戴显示设备时，视野全部沉浸在3D视景场景中，在实时感受到甲板运动的同时，来锻炼直升机操纵技能。
图1为无人直升机飞行操作员模拟训练系统组成原理图，图形工作站作为控制中心主要完成以下功能：
a)接收操作员拨动操纵器产生的操纵控制量；
b)接收培训教员的加干扰设置；
c)利用飞行控制率和动力学模型解算出直升机的目标姿态等信息；
d)视景处理软件接收并处理直升机的目标姿态信息和培训模拟台的运动信息，并以3D视景的方式呈现在电脑显示屏上，用于培训教员的观察；
e)视景显示数据转换软件将3D视景信息转换成佩戴显示设备可接收的数据格式，操作员戴上佩戴显示设备，视野全部沉浸在3D视景场景中，在实时感受到甲板运动的同时，来锻炼直升机操纵技能。
在飞行仿真过程中，培训教员通过操作电脑显示屏上的设置对操作员进行加干扰设置，操作员根据看到的无人直升机目标姿态完成操纵控制。
使用该无人直升机飞行操作员模拟训练系统，飞行操作人员使用佩戴式显示设备，沉浸无边框显示环境模拟操作无人直升机。培训模拟平台可模拟海况，佩戴显示设备可无边框地显示模拟海况下的场景，真实模拟飞行操作员在甲板操作时的体感，提升飞行操作员在各种复杂环境中的操控能力，降低训练成本。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种便携式无人直升机飞行操作员模拟训练系统，其特征在于，包括：操纵模块、干扰模块、处理模块、视景显示数据转换模块以及模拟训练平台，其中，所述处理模块用于接收所述操纵模块与所述干扰模块发来的信息，并将所述信息转换成相应的目标姿态信息和直升机运动信息，所述视景显示数据转换模块用于将目标姿态信息转换为可呈现的视景信息，所述模拟训练平台承载所述飞行操作员，并根据直升机运动信息做对应的模拟运动。
2.如权利要求1所述的便携式无人直升机飞行操作员模拟训练系统，其特征在于：所述处理模块包括接收单元、指令转换单元以及发送单元，所述接收单元用于接收所述操纵模块发来的操纵杆位移指令，也包括接收所述干扰模块发送来的干扰信息；
所述指令转换单元用于将所述操纵杆位移指令转换为目标姿态信息，也包括将所述干扰信息转换为直升机运动信息，并将所述直升机运动信息转化为直升机模拟设备上若干点的运动信息；
所述发送单元用于将所述目标姿态信息呈现给飞行操作员与培训教员，也包括将直升机模拟设备上若干点的运动信息发送到模拟训练平台的控制单元中，所述模拟训练平台的控制单元控制模拟训练平台做相应摆动。
3.如权利要求1所述的便携式无人直升机飞行操作员模拟训练系统，其特征在于：在所述指令转换单元包括飞控模块与动力学模型解算模块，所述飞控模块包括数模转换单元，所述操纵杆位移指令为数字信号，所述目标姿态信息为模拟信号；所述动力学模型解算模块根据干扰信息做直升机的受力分析。
4.如权利要求1所述的便携式无人直升机飞行操作员模拟训练系统，其特征在于：所述干扰信息包括外部干扰信息与内部干扰信息，均储存在所述干扰模块的数据库中，所述外部干扰信息是指直升机运动环境的变化带来的干扰，所述内部干扰信息是指包括直升机飞控系统、动力系统在内的故障干扰。
5.如权利要求1所述的便携式无人直升机飞行操作员模拟训练系统，其特征在于：所述视景显示数据转换模块将视景信息转换成佩戴显示设备可接收的数据格式，所述佩戴显示设备由飞行操作员佩戴。
6.如权利要求5所述的便携式无人直升机飞行操作员模拟训练系统，其特征在于：所述视景信息为3D视景信息。
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