CN106202669B - 一种智能作战飞机仿真装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能作战飞机仿真装置，包括控制面板、第一RS232标准串口、第二RS232标准串口、第三RS232标准串口、第一标准USB接口、第二标准USB接口、VGA输出端口、任务规划器模块、飞机组装器模块、仿真运行引擎模块；控制面板输入为用户按键，将输入转换为脉冲高电平，仿真开始指令，控制面板将仿真暂停指令、仿真继续指令、仿真复位指令、数据记录指令、电源关闭指令、串口设置指令、任务配置指令、组件配置指令输出到任务规划器模块、飞机组装器模块、仿真运行引擎模块；本发明内置的高逼真度仿真飞机实现了基于动力学/运动学的动态模型，提供符合基本工作原理的机载设备模型，以及高度逼真的智能行为。

Description

一种智能作战飞机仿真装置

技术领域

本发明属于计算机仿真领域，具体涉及一种针对智能作战飞机的仿真装置。

背景技术

作战飞机仿真是指通过建模和仿真技术创建与真实飞机特性相似、但由计算机软件构成的仿真飞机，由计算机驱动运行的过程。

作战飞机仿真需要模拟驾驶员的各项操作，实现自主的智能作战行为。智能仿真飞机具有广泛的应用市场。包括模拟空战、模拟驾驶等视频游戏领域，航空科研领域，以及军事作战仿真领域等。

在视频游戏领域，智能仿真飞机技术侧重于表现飞机的外部特性，包括外观、驾驶感受、烟火特效等，但很难从工作原理上保证仿真飞机的逼真性，如六自由度的动力学/运动学特征、机载设备的工作机理、以及基于真实飞行员经验的作战策略和机动过程等。

在航空科研以及军事作战仿真领域，智能仿真飞机一般采用定制开发，飞机模型的逼真度一般能够得到保证，但主要问题是：模型的可配置性不强且数据接口不通用，很难在定制领域之外进行应用。这造成了极大的科研资源浪费。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种智能作战飞机仿真装置，可创建具有智能、自主行为能力的仿真飞机，提供真实度高的飞机模型、灵活的配置手段以及标准的输入/输出接口，从而满足上述需求。

一种智能作战飞机仿真装置，包括控制面板、第一RS232标准串口、第二RS232标准串口、第三RS232标准串口、第一标准USB接口、第二标准USB接口、VGA输出端口、任务规划器模块、飞机组装器模块、仿真运行引擎模块；

控制面板输入为用户按键，将输入转换为脉冲高电平，仿真开始指令，控制面板将仿真暂停指令、仿真继续指令、仿真复位指令、数据记录指令、电源关闭指令、串口设置指令、任务配置指令、组件配置指令输出到任务规划器模块、飞机组装器模块、仿真运行引擎模块；

第一RS232标准串口输入来自仿真运行引擎模块，包括：1)飞机状态连续数据：位置、速度、姿态、机载设备状态；2)飞机操作数据：飞机驾驶操作、机载设备的操作、机载武器操作；第一RS232标准串口转换为RS-232兼容格式输出到外部的数据采集装置；

第二RS232标准串口、第三RS232标准串口为第一RS232标准串口的备用接口；

第一标准USB接口输入来自用户鼠标操作，第一标准USB接口转换为用户界面操作，输出到软件模块的用户配置界面；

第二标准USB接口输入来自用户鼠标操作，第二标准USB接口转换为用户界面数据输入，输出到软件模块的用户配置界面；

VGA输出端口输入来自仿真装置内置片上系统的视频输出，VGA输出端口进行RGB视频处理，输出到用户外接显示器；

任务规划器模块输入来自用户鼠标、键盘输入，任务规划器模块将输入转换为任务配置参数，输出到仿真运行引擎模块；

飞机组装器模块输入来自用户鼠标、键盘输入，飞机组装器模块将输入转换为飞机组装参数，输出到仿真运行引擎模块；

仿真运行引擎模块输入来自控制面板、任务规划器模块、飞机组装器模块，仿真运行引擎模块将输入转换为仿真模型运行配置参数，输出到控制面板、第一RS232标准串口、第二RS232标准串口、第三RS232标准串口。

本发明的优点在于：

1)内置的高逼真度仿真飞机实现了基于动力学/运动学的动态模型，提供符合基本工作原理的机载设备模型，以及高度逼真的智能行为；

2)仿真装置采用模块化开发，可灵活配置并提供通用数据接口，具有即插即用的特点，在使用效率、可重用性上都得到了极大改善。

附图说明

图1是本发明智能作战飞机仿真装置示意图；

图2是仿真装置控制面板；

图3是仿真装置软件模块工作方式；

图4是任务规划器的用户图形界面I示意图。通过有限状态机定义飞机任务过程；

图5是任务规划器的用户图形界面II示意图。通过任务组装构造复杂任务过程；

图6是飞机组装器的图形用户界面示意图，可由用户指定使用哪些组件，以及这些组件和飞机本身的配置参数。

具体实施方式

本发明的一种智能作战飞机仿真装置，如图1至图3所示，包括控制面板101、第一RS232标准串口102、第二RS232标准串口103、第三RS232标准串口104，第一标准USB接口105、第二标准USB接口106、VGA输出端口107、任务规划器模块201、飞机组装器模块202、仿真运行引擎模块203。其中，101～107为仿真装置的硬件部分，201～203为智能作战飞机的软件部分。硬件部分向软件部分发送指令、并负责输出软件输出数据；软件部分运行在内置的片上系统(SOC)中，计算智能作战飞机仿真模型的各项数据。

各模块之间的数据交互和连接关系如下表所列：

下面对各个模块的功能进行说明。

如图2所示，控制面板101包括9个按键和1个指示灯；

按键按照上下两个区域布置，其中，下部区域从左到右的按键分别为：开始键、暂停键、继续键、复位键、上部区域从左到右的按键分别为：电源键、记录键、串口设置键、任务配置键、组件配置键、指示灯；

(1)开始键

向智能飞机仿真模型发送“仿真开始”指令。收到该指令后，飞机仿真模型开始运行，并通过第一RS232标准串口102、第二RS232标准串口103、或第三RS232标准串口(由用户指定)进行数据输出。当仿真已经开始后，该键按下无效。

(2)暂停键

向智能飞机仿真模型发送“仿真暂停”指令。收到该指令后，飞机仿真模型将进入暂停状态，输出的串口数据保持最后一次更新保持不变。注意，该功能与电源关闭键的功能不同，是仿真装置的一种正常工作状态；当仿真已经处于暂停状态时，该键按下无效。

(3)继续键

向智能飞机仿真模型发送“继续运行”指令。收到该指令后，若飞机仿真模型位于“暂停”状态，则恢复正常运行。当仿真已经处于正常运行状态时，该键按下无效。

(4)复位键

停止当前运行，清理上次运行数据并重新初始化。此时，再次按下开始键可重新运行仿真。

(5)电源键

仿真装置供电开关。

(6)记录键

按下后，仿真数据将自动记录到仿真装置的内置存储设备中。

(7)串口设置键

按下该键后，VGA端口输出的GUI界面切换到端口设置界面。此时，用户可通过接入的鼠标、键盘对三个串口进行设置，具体包括：

●各个串口哪个作为输出，哪个作为输入

●定义数据传输协议

●定义仿真运行的数据更新频率

●定义串口波特率

(8)任务配置键

按下该键后，仿真装置激活“任务规划器”软件模块201(图3)，VGA端口输出的GUI界面切换该软件模块的设置界面。此时，用户可通过接入的鼠标、键盘对飞机任务进行配置。任务配置采用有限状态机，如图4所示。通过有限状态机定义的行为单元，可以作为基本单元再次参与组装，如图5所示，构成更复杂的高层任务过程。定义完成任务可通过配置界面保存到仿真装置内置的存储单元中，以供下次重用。

(9)组件配置键

按下该键后，仿真装置激活“飞机组装器”软件模块202(图3)，VGA端口输出的GUI界面切换到该软件模块的设置界面，如图6所示。此时，用户可通过接入的鼠标、键盘对仿真飞机的组成部分、以及各部分的参数进行配置。整个仿真飞机的构建采用组件化的方式，用户可以选择使用哪些组件并对这些组件配置参数，如不同型号的雷达、机载武器等。这些组件初始存储在仿真装置内置的存储单元中。同样地，定义完成组件可进行保存以供下次重用。

(10)指示灯

仿真装置工作状态指示灯。绿色表示正常工作状态，黄色表示软件系统错误状态，红色表示硬件系统错误状态。

第一RS232标准串口102、第二RS232标准串口103、第三RS232标准串口104为仿真装置配备的三个RS232标准串口，作为仿真装置与外部使用环境之间数据输入、输出的标准接口。

第一标准USB接口105、第二标准USB接口106为两个标准USB接口，作为鼠标、键盘接口，允许用户对仿真装置进行操作，通过图形用户界面(GUI)对智能仿真飞机进行配置。

VGA输出端口107为VGA输出端口，作为用户显示设备输出。

如图3所示，智能作战飞机的软件系统的组成如图3所示。其中三个关键模块分别为行为规划器、飞机组装器以及仿真运行引擎，各自的作用为：

(1)任务规划器模块201

通过有限状态机和流程图的方式规划仿真飞机的任务过程。任务是可嵌套的，即通过GUI界面(图4、图5)将简单任务进行组装、连接，构造成更加复杂的任务过程。规划完成的任务可存储到内置存储器，也可以重新取出重用。

(2)飞机组装器模块202

允许用户选择飞机可以假装哪些组件，以及这些组件和飞机自身的参数配置。组装完成的飞机配置可存储到内置存储器，也可重新取出重用。

(3)仿真运行引擎模块203

加载飞机模型以及相关配置信息，创建虚拟飞机实例，按照指定的仿真周期运行。智能作战飞机的输入、输出信息由仿真运行引擎处理，如图3所示。其输入、输出信息共分为5类：

●飞机状态(输出)：飞机的运动状态，包括位置、速度、角速度、加速度、机载武器信息、机载设备信息。必需，可通过串口输出。

●飞机获取的探测/情报信息(输出)：飞机通过自身的探测设备获取的探测信息或目标情报信息。可选，可通过串口输出。

●飞机对其它对象的指令(输出)：在飞机编队或多兵种协同作战方式下，飞机可能对其它作战单元下达指令。可选，可通过串口输出。

●外部对飞机的指令(输入)：外部对飞机的指令信息。可选，可通过串口输入。

●飞机所处仿真空间的环境信息(输入)：包括陆地、大气等自然环境信息，也包括电磁环境信息。可选，可通过串口输出。

按下控制面板的“记录键”，这些运行时信息将自动保存到仿真装置的内置存储器中。

智能作战飞机仿真装置操作步骤：

智能作战飞机仿真装置的操作步骤简述如下：

步骤1：用户按下“电源键”供电，等待仿真装置初始化完成；

步骤2：按下“组件配置键”配置飞机组件和参数。如果有必要，保存当前配置信息；

步骤3：按下“任务配置键”配置飞机的任务过程。如果有必要，保存当前配置信息；

步骤4：按下“串口设置键”，配置每个串口的输入、输出任务以及通信字段协议。

步骤5：如果需要记录，按下“记录键”，记录仿真过程中产生的信息。

步骤6：按下“开始键”，开始仿真过程。在此过程中，用户可通过VGA端口观察数据。

步骤7：如果有必要，按下“暂停键”，暂停仿真过程。

步骤8：如果有必要，按下“继续键”，继续仿真过程。

步骤9：仿真结束或必要时，按下“复位键”，则仿真装置清理上次仿真遗留的各项数据，但保留上次的任务配置、组件配置和端口配置，重新初始化。此时，可返回到步骤5重新仿真，或直接关闭电源。

Claims (5)

1.一种智能作战飞机仿真装置，包括控制面板、第一RS232标准串口、第二RS232标准串口、第三RS232标准串口、第一标准USB接口、第二标准USB接口、VGA输出端口、任务规划器模块、飞机组装器模块、仿真运行引擎模块；

控制面板输入为用户按键，将输入转换为脉冲高电平，控制面板将仿真开始指令、仿真暂停指令、仿真继续指令、仿真复位指令、数据记录指令、电源关闭指令、串口设置指令、任务配置指令、组件配置指令输出到任务规划器模块、飞机组装器模块、仿真运行引擎模块；

第一RS232标准串口输入来自仿真运行引擎模块，包括：1)飞机状态连续数据：位置、速度、姿态、机载设备状态；2)飞机操作数据：飞机驾驶操作、机载设备的操作、机载武器操作；第一RS232标准串口将输入的数据转换为RS-232兼容格式输出到外部的数据采集装置；

第二RS232标准串口、第三RS232标准串口为第一RS232标准串口的备用接口；

第一标准USB接口输入来自用户鼠标操作，第一标准USB接口将输入的用户鼠标操作转换为用户界面操作，输出到软件模块的用户配置界面；

第二标准USB接口输入来自用户鼠标操作，第二标准USB接口将输入的用户鼠标操作转换为用户界面数据输入，输出到软件模块的用户配置界面；

VGA输出端口输入来自仿真装置内置片上系统的视频输出，VGA输出端口进行RGB视频处理，输出到用户外接显示器；

任务规划器模块输入来自用户鼠标、键盘输入，任务规划器模块将输入转换为任务配置参数，输出到仿真运行引擎模块；

飞机组装器模块输入来自用户鼠标、键盘输入，飞机组装器模块将输入转换为飞机组装参数，输出到仿真运行引擎模块；

仿真运行引擎模块输入来自控制面板、任务规划器模块、飞机组装器模块，仿真运行引擎模块将输入转换为仿真模型运行配置参数，输出到控制面板、第一RS232标准串口、第二RS232标准串口、第三RS232标准串口。

2.根据权利要求1所述的一种智能作战飞机仿真装置，所述的控制面板包括9个按键和1个指示灯；

按键按照上下两个区域布置，其中，下部区域从左到右的按键分别为：开始键、暂停键、继续键、复位键、上部区域从左到右的按键分别为：电源键、记录键、串口设置键、任务配置键、组件配置键、指示灯；

(1)开始键

向智能飞机仿真模型发送“仿真开始”指令；收到该指令后，飞机仿真模型开始运行，并通过第一RS232标准串口、第二RS232标准串口、或第三RS232标准串口进行数据输出；当仿真已经开始后，该键按下无效；

(2)暂停键

向智能飞机仿真模型发送“仿真暂停”指令；收到该指令后，飞机仿真模型将进入暂停状态，输出的串口数据保持最后一次更新保持不变；注意，该功能与电源关闭键的功能不同，是仿真装置的一种正常工作状态；当仿真已经处于暂停状态时，该键按下无效；

(3)继续键

向智能飞机仿真模型发送“继续运行”指令；收到该指令后，若飞机仿真模型位于“暂停”状态，则恢复正常运行；当仿真已经处于正常运行状态时，该键按下无效；

(4)复位键

停止当前运行，清理上次运行数据并重新初始化；此时，再次按下开始键重新运行仿真；

(5)电源键

仿真装置供电开关；

(6)记录键

按下后，仿真数据将自动记录到仿真装置的内置存储设备中；

(7)串口设置键

按下该键后，VGA端口输出的GUI界面切换到端口设置界面；此时，用户通过接入的鼠标、键盘对三个串口进行设置，具体包括：

·各个串口哪个作为输出，哪个作为输入

·定义数据传输协议

·定义仿真运行的数据更新频率

·定义串口波特率

(8)任务配置键

按下该键后，仿真装置激活任务规划器模块，VGA端口输出的GUI界面切换该软件模块的设置界面；此时，用户通过接入的鼠标、键盘对飞机任务进行配置；任务配置采用有限状态机，通过有限状态机定义的行为单元，作为基本单元再次参与组装，构成更复杂的高层任务过程；定义完成任务通过配置界面保存到仿真装置内置的存储单元中，以供下次重用；

(9)组件配置键

按下该键后，仿真装置激活飞机组装器模块，VGA端口输出的GUI界面切换到该软件模块的设置界面，此时，用户通过接入的鼠标、键盘对仿真飞机的组成部分、以及各部分的参数进行配置；整个仿真飞机的构建采用组件化的方式，用户选择使用哪些组件并对这些组件配置参数，组件初始存储在仿真装置内置的存储单元中；同样地，定义完成组件进行保存以供下次重用；

(10)指示灯

仿真装置工作状态指示灯；绿色表示正常工作状态，黄色表示软件系统错误状态，红色表示硬件系统错误状态。

3.根据权利要求1所述的一种智能作战飞机仿真装置，所述的任务规划器模块通过有限状态机和流程图的方式规划仿真飞机的任务过程；任务是嵌套的，即通过GUI界面将简单任务进行组装、连接，构造成更加复杂的任务过程；规划完成的任务存储到内置存储器，或者重新取出重用。

4.根据权利要求1所述的一种智能作战飞机仿真装置，所述的飞机组装器模块允许用户选择飞机假装哪些组件，以及这些组件和飞机自身的参数配置；组装完成的飞机配置存储到内置存储器，或者重新取出重用。

5.根据权利要求1所述的一种智能作战飞机仿真装置，所述的仿真运行引擎模块加载飞机模型以及相关配置信息，创建虚拟飞机实例，按照指定的仿真周期运行；智能作战飞机的输入、输出信息由仿真运行引擎处理，其输入、输出信息共分为5类：

·飞机状态：飞机的运动状态，包括位置、速度、角速度、加速度、机载武器信息、机载设备信息；必需，通过串口输出；

·飞机获取的探测/情报信息：飞机通过自身的探测设备获取的探测信息或目标情报信息；可选，通过串口输出；

·飞机对其它对象的指令：在飞机编队或多兵种协同作战方式下，飞机对其它作战单元下达指令；可选，通过串口输出；

·外部对飞机的指令：外部对飞机的指令信息；可选，通过串口输入；

·飞机所处仿真空间的环境信息：包括陆地、大气等自然环境信息，也包括电磁环境信息；可选，通过串口输出；

按下控制面板的“记录键”，这些运行时信息将自动保存到仿真装置的内置存储器中。