CN107766650A - 面向任务的动态能力响应航电系统视景仿真工具实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向任务的动态能力响应航电系统视景仿真工具实现方法，视景仿真工具包括航空器模型模块、飞行场景模块、动态能力响应决策模块、雷达模块、资源配置可视化模块、通信网络可视化模块、系统功能显示模块、数据库接口模块、模型解析模块、用户交互接口模块及态势驱动模块。通过将航电系统动态能力响应过程图形化、虚拟化，进而在仿真模拟环境下，完成航电资源动态重构过程的虚拟化推演、决策与实现。进行系统动态能力响应过程的实时视景仿真，使设计人员得到直观、整体地理解动态重构航电系统的资源配置全过程，从而最优化资源分配，降低系统复杂程度，为动态重构航电系统概念设计、资源配置及决策选择等重要环节提供指导。

Description

面向任务的动态能力响应航电系统视景仿真工具实现方法

技术领域

本发明涉及计算机仿真技术领域，具体涉及一种面向任务的动态能力响应航电系统视景仿真工具实现方法。

背景技术

航电系统承载着民机主要飞行任务，其资源分配能力，是决定民机完成飞行任务能力的重要因素。随着航电系统的飞速发展及其数据复杂性与多样性的日益提高，使得动态重构航电系统的设计面临极大挑战。

由于传统的航电系统研制过程往往将系统视为一个整体，在模块级进行高度综合集成设计，使得设计过程高度复杂，难以实现资源分配最优化，任务性能提升困难。为使设计人员能够得到直观、整体、形象的视觉效果，进而更深层次理解动态重构航电系统的资源配置的全过程，从而实现资源分配最优化，降低系统复杂程度，提出了一种面向任务的动态能力响应航电系统视景仿真工具实现方法。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于：建立航电系统动态重构视景仿真平台，通过图像化信息反映航电资源重构过程，为动态重构航电系统设计与实现提供基础仿真技术支持。本发明提供一种面向任务的动态能力响应航电系统视景仿真工具实现方法。该方法通过将航电系统动态能力响应过程图形化、虚拟化，进而在仿真模拟环境下，完成面向各种任务的航电资源动态重构过程的虚拟化推演、决策与实现等活动。该方法是动态重构航电系统概念设计、资源配置及决策选择等重要环节的基础性技术。

该视景仿真工具实现方法可以根据不同的任务进行系统动态能力响应过程的实时视景仿真，使得设计人员能够得到直观、整体地理解动态重构航电系统的资源配置全过程，从而最优化资源分配，降低系统复杂程度，为动态重构航电系统概念设计、资源配置及决策选择等重要环节提供指导。

本发明采取的技术方案是：一种面向任务的动态能力响应航电系统视景仿真工具实现方法，其特征在于，所述面向任务的动态能力响应航电系统视景仿真工具包括：航空器模型模块、飞行场景模块、动态能力响应决策模块、雷达模块、资源配置可视化模块、通信网络可视化模块、系统功能显示模块、数据库接口模块、模型解析模块、用户交互接口模块及态势驱动模块。

本发明所述的航空器模型模块用于飞行器模型的选取，该模块以FBX形式存储各类飞行器模型，属于可扩展模块，任何FBX格式的模型均可手动加载到该模块中；所述的飞行场景模块存储有各类飞行器需要的不同飞行场景，该模块属于可扩展模块，可手动加载需要的场景模型；所述的动态能力响应决策模块根据不同的任务重构需求，从数据库接口模块中读取资源配置数据，选择需重构的资源、航电功能及通信网络，通过资源配置可视化模块、可视化通信网络模块及系统功能显示模块实现飞行器在不同任务阶段的实时可视化视景效果；所述的雷达模块用于显示飞行器间的空间位置、相对空速、飞行高度信息；所述的资源配置可视化模块用于显示任务的资源配置情况，包括驻留的APP应用软件、操作平台及通用硬件资源模块的实时动态能力响应过程；所述的通信网络可视化模块用于显示航电网络资源配置情况，包括传感器、数据处理模块、远程数据集中器、交换机及数据总线的实时动态能力响应过程；所述的系统功能显示模块用于显示飞行器在不同任务阶段功能的分配情况，包括飞控、显示、通信、导航及飞行管理功能的实时动态能力响应过程；所述的数据库接口模块用于实现实时显示系统对SQL Server数据库的访问功能，SQL Server数据库主要存储通信网络配置信息、资源配置信息及系统功能配置信息，在视景显示初始化阶段，将信息加载到动态能力响应决策模块；所述的模型解析模块用于解析不同任务阶段飞行器飞行轨迹、姿态及空域位置信息，并根据不同任务阶段配置相应的场景信息；所述的用户接口模块利用Delphi平台技术开发Unity 3D与用户操作的接口，包括视景显示系统初始化及任务阶段切换过程的人机交互；初始化实现飞行器模型选择、飞行场景模型选择；任务阶段切换通过按钮F1、按钮F2、按钮F3实现，按钮F1实现正常飞行到风切变阶段的切换，按钮F2实现风切变阶段到降雨阶段的切换，按钮F3实现降雨阶段到雷暴阶段的切换；所述的态势驱动模块通过操作驱动按钮呈现航空器在不同视角下的飞行姿态。

所述的面向任务的动态能力响应航电系统视景显示工具实现方法包括以下几个步骤：

步骤一：选择用户接口界面的飞行器模型选项，将飞行器模型加载到视景显示界面中；

步骤二：选择用户接口界面的飞行场景模型选项，将飞行场景模型加载到视景显示界面中；

步骤三：选择用户接口界面的仿真开始按钮，从数据库接口模块中读取实时任务数据，并将其传递给动态能力响应决策模块；

步骤四：模型解析模块启动解析各任务阶段飞行器与飞行场景对应的信息，实现信息与任务阶段的自动匹配；

步骤五：任务初始化，飞行器起飞，进入正常飞行模式视景显示；

步骤六：通过按钮F1、按钮F2、按钮F3依次实现任务阶段切换，并根据不同的任务重构需求，选择需重构的资源、航电功能及通信网络，将相应重构信息发送给资源配置可视化模块、可视化通信网络模块及系统功能显示模块，完成飞行器在不同任务阶段的动态能力响应实时视景显示。

本发明所述的雷达模块建立同心圆坐标绘制代码及对方飞机标识，初始化我方飞机与对方飞机之间距离，设定仿真时间，计算相对空速，描绘我方飞机与对方飞机的接近轨迹。

本发明所述的资源配置可视化模块用于显示航电系统典型通用处理模块的动态重构过程，通过代码设计实现驻留在典型通用处理模块上的APP、分区操作系统、输入输出接口模块、存储模块、计算模块的重构；APP、分区操作系统、输入输出接口模块、存储模块、计算模块均由长方体表示；绘制时，首先创建一个empty的gameobject，设置长方体的长、宽、高及顶点；长方体的绘制通过三角形实现，每个长方体共包含六个面，每个面上有两个三角形，因此需进一步设置索引三角形顶点及其顺序，以完成矩形绘制；其中，APP重构表现形式通过颜色切换实现；各硬件资源模块重构通过内部填充的长方体体积大小切换实现。

本发明所述的通信网络可视化模块其重构元素包括传感器、数据处理模块、数据集中器及交换机；具体表现形式均为工作状态与非工作状态的颜色切换；其中工作状态传感器为红色球体、数据处理模块为蓝色长方体、数据集中器为绿色长方体，交换机为黄色长方体，非工作状态下表示传感器的球体、数据处理模块的长方体、数据集中器的长方体及交换机的长方体均为灰色，数据传输逻辑为：传感器-数据处理模块-数据集中器-交换机，与这些工作部件相连的数据总线依照该逻辑逐渐延伸。

本发明所述的系统功能显示模块显示飞控功能、通信功能、导航功能、飞行管理功能及显示功能的资源占用情况；设计显示窗口为五边形，五个顶点为系统标志，内部五边形面积表示资源分配量，相应的，资源分配越多，内部五边形面积越大；绘制时，通过MeshFilter组件绘制该图形，将五边形拆解为三角形，通过生mesh.vertices存储平面的顶点信息，mesh.triangles存储绘制三角形的顶点顺序，完成图形绘制；通过任务阶段切换，五边形面积发变化，体现典型系统功能的资源配置情况。

本发明所述的面向任务的动态能力响应航电系统视景仿真工具实现方法由四个进程实现，分别为视景处理进程、数据处理进程、动态能力响应进程及视景显示进程；视景处理进程：完成模型解析模块、航空器模型模块、飞行场景模块及态势驱动模块的功能实现；数据处理进程：完成实时显示系统对SQL Server数据库的访问功能，对动态能力响应决策模块接收的数据进行处理，实现数据可视化功能；动态能力响应进程：用于重构决策方案的确定，按照当前任务与目标任务间的差异，选择相应的重构策略，并将重构决策方案传递给资源配置模块、通信网络模块及系统功能模块，实现任务动态能力响应；视景显示进程：完成航空器模型模块、飞行场景模块、态势驱动模块、雷达模块、资源配置可视化模块、通信网络可视化模块及系统功能显示模块的视景显示功能；四个进程的实现逻辑为：通过视景处理进程启动用户接口界面；完成场景与航空器模型加载后，开启数据处理进程，用于读取与处理重构配置方案数据；根据目标任务，由动态能力响应进程选择重构策略；视景显示进程最终予以实现可视化视景仿真效果。

本发明具有的优点在于：

（1）本发明充分利用Unity 3D与SQL Server数据库连接技术，实现航电数据与可视化视景效果的转换，为动态重构航电系统概念设计提供基础性技术。

（2）本发明利用Delphi平台的技术特点，通过其快速应用程序开发技术及可视化编程环境设计了人机交互界面，使得系统操作过程清晰化、简便化。

（3）本发明为典型的视景仿真系统，能清晰显示各种任务下系统的实时动态能力响应过程，能够将设计人员需要的数字化信息转换为易于理解的视景信息，从而有效提高设计人员从整体角度分析航电资源配置的能力，降低系统开发过程中资源浪费的问题。

附图说明

图1为本发明提出的面向任务的动态能力响应航电系统视景仿真工具实现方法的总体结构图；

图2为本发明提出的面向任务的动态能力响应航电系统视景仿真工具实现方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明提出的面向任务的动态能力响应航电系统视景仿真工具包括：航空器模型模块、飞行场景模块、动态能力响应决策模块、雷达模块、资源配置可视化模块、通信网络可视化模块、系统功能显示模块、数据库接口模块、模型解析模块、用户交互接口模块及态势驱动模块。

本发明航空器模型模块用于飞行器模型的选取，该模块以FBX形式存储各类飞行器模型，属于可扩展模块，任何FBX格式的模型均可手动加载到该模块中；飞行场景模块存储有各类飞行器需要的不同飞行场景，包括天空模型、机场模型、山地模型、建筑模型等，该模块属于可扩展模块，可手动加载需要的场景模型；动态能力响应决策模块根据不同的任务重构需求，从数据库接口模块中读取资源配置数据，选择需重构的资源、航电功能及通信网络，通过资源配置可视化模块、可视化通信网络模块及系统功能显示模块实现飞行器在不同任务阶段的实时可视化视景效果；雷达模块用于显示飞行器间的空间位置、相对空速、飞行高度信息；资源配置可视化模块用于显示任务的资源配置情况，包括驻留的APP应用软件、操作平台及通用硬件资源模块的实时动态能力响应过程；通信网络可视化模块用于显示航电网络资源配置情况，包括传感器、数据处理模块、远程数据集中器、交换机及数据总线的实时动态能力响应过程；系统功能显示模块用于显示飞行器在不同任务阶段功能的分配情况，包括飞控、显示、通信、导航及飞行管理功能的实时动态能力响应过程；数据库接口模块用于实现实时显示系统对SQL Server数据库的访问功能，SQL Server数据库主要存储通信网络配置信息、资源配置信息及系统功能配置信息，在视景显示初始化阶段，将信息加载到动态能力响应决策模块；模型解析模块用于解析不同任务阶段飞行器飞行轨迹、姿态及空域位置信息，并根据不同任务阶段配置相应的场景信息；用户接口模块利用Delphi平台技术开发Unity 3D与用户操作的接口，包括视景显示系统初始化及任务阶段切换过程的人机交互，初始化实现飞行器模型选择、飞行场景模型选择；任务阶段切换通过按钮F1、按钮F2、按钮F3实现，按钮F1实现正常飞行到风切变阶段的切换，按钮F2实现风切变阶段到降雨阶段的切换，按钮F3实现降雨阶段到雷暴阶段的切换；态势驱动模块通过操作驱动按钮呈现航空器在不同视角下的飞行姿态。

如图2所示，面向任务的动态能力响应航电系统视景显示工具实现方法包括以下几个步骤：

步骤一：选择用户接口界面的飞行器模型选项，将飞行器模型加载到视景显示界面中。

步骤二：选择用户接口界面的飞行场景模型选项，将飞行场景模型加载到视景显示界面中。

步骤三：选择用户接口界面的仿真开始按钮，从数据库接口模块中读取实时任务数据，并将其传递给动态能力响应决策模块。

步骤四：模型解析模块启动解析各任务阶段飞行器与飞行场景对应的信息，包括飞行轨迹、姿态及空域位置、场景等，实现信息与任务阶段的自动匹配。

步骤五：任务初始化，飞行器起飞，进入正常飞行模式视景显示。

步骤六：通过按钮F1、按钮F2、按钮F3依次实现任务阶段切换，并根据不同的任务重构需求，选择需重构的资源、航电功能及通信网络，将相应重构信息发送给资源配置可视化模块、可视化通信网络模块及系统功能显示模块，完成飞行器在不同任务阶段的动态能力响应实时视景显示。

在雷达模块中，建立同心圆坐标绘制代码及对方飞机标识，初始化我方飞机与对方飞机之间距离，设定仿真时间，计算相对空速，描绘我方飞机与对方飞机的接近轨迹。

资源配置可视化模块用于显示航电系统典型通用处理模块的动态重构过程，通过代码设计实现驻留在典型通用处理模块上的APP、分区操作系统、输入输出接口模块、存储模块、计算模块的重构；APP、分区操作系统、输入输出接口模块、存储模块、计算模块均由长方体表示；绘制时，首先创建一个empty的gameobject，设置长方体的长、宽、高及顶点；长方体的绘制通过三角形实现；每个长方体共包含六个面，每个面上有两个三角形，因此需进一步设置索引三角形顶点及其顺序，以完成矩形绘制；其中，APP重构表现形式通过颜色切换实现；各硬件资源模块重构通过内部填充的长方体体积大小切换实现。

在通信网络可视化模块中，其重构元素包括传感器、数据处理模块、数据集中器及交换机；具体表现形式均为工作状态与非工作状态的颜色切换；其中工作状态传感器为红色球体、数据处理模块为蓝色长方体、数据集中器为绿色长方体，交换机为黄色长方体，非工作状态下表示传感器的球体、数据处理模块的长方体、数据集中器的长方体及交换机的长方体均为灰色，数据传输逻辑为：传感器-数据处理模块-数据集中器-交换机，与这些工作部件相连的数据总线依照该逻辑逐渐延伸。

在系统功能显示模块中，显示飞控功能、通信功能、导航功能、飞行管理功能及显示功能的资源占用情况；设计显示窗口为五边形，五个顶点为系统标志，内部五边形面积表示资源分配量，相应的，资源分配越多，内部五边形面积越大；绘制时，通过Mesh Filter组件绘制该图形，将五边形拆解为三角形，通过生mesh.vertices存储平面的顶点信息，mesh.triangles存储绘制三角形的顶点顺序，完成图形绘制；通过任务阶段切换，五边形面积发变化，体现典型系统功能的资源配置情况。

面向任务的动态能力响应航电系统视景仿真工具实现方法由四个进程实现，分别为视景处理进程、数据处理进程、动态能力响应进程及视景显示进程。

视景处理进程：完成模型解析模块、航空器模型模块、飞行场景模块及态势驱动模块的功能实现。

数据处理进程：完成实时显示系统对SQL Server数据库的访问功能，对动态能力响应决策模块接收的数据进行处理，实现数据可视化功能。

动态能力响应进程：用于重构决策方案的确定，按照当前任务与目标任务间的差异，选择相应的重构策略，并将重构决策方案传递给资源配置模块、通信网络模块及系统功能模块，实现任务动态能力响应。

视景显示进程：完成航空器模型模块、飞行场景模块、态势驱动模块、雷达模块、资源配置可视化模块、通信网络可视化模块及系统功能显示模块的视景显示功能。

四个进程的实现逻辑为：通过视景处理进程启动用户接口界面；完成场景与航空器模型加载后，开启数据处理进程，用于读取与处理重构配置方案数据；根据目标任务，由动态能力响应进程选择重构策略；视景显示进程最终予以实现可视化视景仿真效果。

Claims (6)

1.一种面向任务的动态能力响应航电系统视景仿真工具实现方法，其特征在于，所述面向任务的动态能力响应航电系统视景仿真工具包括：航空器模型模块、飞行场景模块、动态能力响应决策模块、雷达模块、资源配置可视化模块、通信网络可视化模块、系统功能显示模块、数据库接口模块、模型解析模块、用户交互接口模块及态势驱动模块；

所述的航空器模型模块用于飞行器模型的选取，该模块以FBX形式存储各类飞行器模型，属于可扩展模块，任何FBX格式的模型均可手动加载到该模块中；

所述的飞行场景模块存储有各类飞行器需要的不同飞行场景，该模块属于可扩展模块，可手动加载需要的场景模型；

所述的动态能力响应决策模块根据不同的任务重构需求，从数据库接口模块中读取资源配置数据，选择需重构的资源、航电功能及通信网络，通过资源配置可视化模块、可视化通信网络模块及系统功能显示模块实现飞行器在不同任务阶段的实时可视化视景效果；

所述的雷达模块用于显示飞行器间的空间位置、相对空速、飞行高度信息；

所述的资源配置可视化模块用于显示任务的资源配置情况，包括驻留的APP应用软件、操作平台及通用硬件资源模块的实时动态能力响应过程；

所述的通信网络可视化模块用于显示航电网络资源配置情况，包括传感器、数据处理模块、远程数据集中器、交换机及数据总线的实时动态能力响应过程；

所述的系统功能显示模块用于显示飞行器在不同任务阶段功能的分配情况，包括飞控、显示、通信、导航及飞行管理功能的实时动态能力响应过程；

所述的数据库接口模块用于实现实时显示系统对SQL Server数据库的访问功能，SQLServer数据库主要存储通信网络配置信息、资源配置信息及系统功能配置信息，在视景显示初始化阶段，将信息加载到动态能力响应决策模块；

所述的模型解析模块用于解析不同任务阶段飞行器飞行轨迹、姿态及空域位置信息，并根据不同任务阶段配置相应的场景信息；

所述的用户接口模块利用Delphi平台技术开发Unity 3D与用户操作的接口，包括视景显示系统初始化及任务阶段切换过程的人机交互；初始化实现飞行器模型选择、飞行场景模型选择；任务阶段切换通过按钮F1、按钮F2、按钮F3实现，按钮F1实现正常飞行到风切变阶段的切换，按钮F2实现风切变阶段到降雨阶段的切换，按钮F3实现降雨阶段到雷暴阶段的切换；

所述的态势驱动模块通过操作驱动按钮呈现航空器在不同视角下的飞行姿态；

所述的面向任务的动态能力响应航电系统视景显示工具实现方法包括以下几个步骤：

步骤一：选择用户接口界面的飞行器模型选项，将飞行器模型加载到视景显示界面中；

步骤二：选择用户接口界面的飞行场景模型选项，将飞行场景模型加载到视景显示界面中；

步骤三：选择用户接口界面的仿真开始按钮，从数据库接口模块中读取实时任务数据，并将其传递给动态能力响应决策模块；

步骤四：模型解析模块启动解析各任务阶段飞行器与飞行场景对应的信息，实现信息与任务阶段的自动匹配；

步骤五：任务初始化，飞行器起飞，进入正常飞行模式视景显示；

步骤六：通过按钮F1、按钮F2、按钮F3依次实现任务阶段切换，并根据不同的任务重构需求，选择需重构的资源、航电功能及通信网络，将相应重构信息发送给资源配置可视化模块、可视化通信网络模块及系统功能显示模块，完成飞行器在不同任务阶段的动态能力响应实时视景显示。

2.根据权利要求1所述的面向任务的动态能力响应航电系统视景仿真工具实现方法，其特征在于，所述的雷达模块建立同心圆坐标绘制代码及对方飞机标识，初始化我方飞机与对方飞机之间距离，设定仿真时间，计算相对空速，描绘我方飞机与对方飞机的接近轨迹。

3.根据权利要求1所述的面向任务的动态能力响应航电系统视景仿真工具实现方法，其特征在于，所述的资源配置可视化模块用于显示航电系统典型通用处理模块的动态重构过程，通过代码设计实现驻留在典型通用处理模块上的APP、分区操作系统、输入输出接口模块、存储模块、计算模块的重构；APP、分区操作系统、输入输出接口模块、存储模块、计算模块均由长方体表示；绘制时，首先创建一个empty的gameobject，设置长方体的长、宽、高及顶点；长方体的绘制通过三角形实现，每个长方体共包含六个面，每个面上有两个三角形，因此需进一步设置索引三角形顶点及其顺序，以完成矩形绘制；其中，APP重构表现形式通过颜色切换实现；各硬件资源模块重构通过内部填充的长方体体积大小切换实现。

4.根据权利要求1所述的面向任务的动态能力响应航电系统视景仿真工具实现方法，其特征在于，所述的通信网络可视化模块其重构元素包括传感器、数据处理模块、数据集中器及交换机；具体表现形式均为工作状态与非工作状态的颜色切换；其中工作状态传感器为红色球体、数据处理模块为蓝色长方体、数据集中器为绿色长方体，交换机为黄色长方体，非工作状态下表示传感器的球体、数据处理模块的长方体、数据集中器的长方体及交换机的长方体均为灰色，数据传输逻辑为：传感器-数据处理模块-数据集中器-交换机，与这些工作部件相连的数据总线依照该逻辑逐渐延伸。

5.根据权利要求1所述的面向任务的动态能力响应航电系统视景仿真工具实现方法，其特征在于，所述的系统功能显示模块显示飞控功能、通信功能、导航功能、飞行管理功能及显示功能的资源占用情况；设计显示窗口为五边形，五个顶点为系统标志，内部五边形面积表示资源分配量，相应的，资源分配越多，内部五边形面积越大；绘制时，通过MeshFilter组件绘制该图形，将五边形拆解为三角形，通过生mesh.vertices存储平面的顶点信息，mesh.triangles存储绘制三角形的顶点顺序，完成图形绘制；通过任务阶段切换，五边形面积发变化，体现典型系统功能的资源配置情况。

6.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4或权利要求5所述的面向任务的动态能力响应航电系统视景仿真工具实现方法，其特征在于，该实现方法由四个进程实现，分别为视景处理进程、数据处理进程、动态能力响应进程及视景显示进程；

视景处理进程：完成模型解析模块、航空器模型模块、飞行场景模块及态势驱动模块的功能实现；

数据处理进程：完成实时显示系统对SQL Server数据库的访问功能，对动态能力响应决策模块接收的数据进行处理，实现数据可视化功能；

动态能力响应进程：用于重构决策方案的确定，按照当前任务与目标任务间的差异，选择相应的重构策略，并将重构决策方案传递给资源配置模块、通信网络模块及系统功能模块，实现任务动态能力响应；

视景显示进程：完成航空器模型模块、飞行场景模块、态势驱动模块、雷达模块、资源配置可视化模块、通信网络可视化模块及系统功能显示模块的视景显示功能；

四个进程的实现逻辑为：通过视景处理进程启动用户接口界面；完成场景与航空器模型加载后，开启数据处理进程，用于读取与处理重构配置方案数据；根据目标任务，由动态能力响应进程选择重构策略；视景显示进程最终予以实现可视化视景仿真效果。