CN109903636B - 一种战斗机飞行员便携式俯仰倾斜错觉矫正训练器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种战斗机飞行员便携式俯仰倾斜错觉矫正训练器，包括用于为受训者虚拟呈现俯仰倾斜错觉的飞行场景的错觉虚拟成像装置、用于感应受训者是否产生错觉并在感应到受训者产生错觉后发送错觉信号给控制装置的错觉感应装置、用于在接收到错觉信号后向警示装置发送警报信号的控制装置和用于在接收到警报信号后向受训者发出警报的警示装置；错觉感应装置和警示装置分别与控制装置电连接。本发明使用简单、携带方便，使用不受时间、地点以及外界条件的限制，可极大的节约训练成本、提高训练效果，可广泛应用于战斗机飞行员倾斜、俯仰飞行错觉的矫正与训练。

Description

一种战斗机飞行员便携式俯仰倾斜错觉矫正训练器

技术领域

本发明属于飞行错觉训练设备技术领域，尤其涉及一种战斗机飞行员便携式俯仰倾斜错觉矫正训练器。

背景技术

飞行错觉(spatial disorientation inflight)亦称“飞行空间定向障碍”、“失定向”，是指飞行中飞行员对自身和飞机的状态、位置、方向、运动及飞行环境的不正确知觉。飞行错觉具有普遍性和突发性的特点，并且危害性极大，是通用机型、军用飞机飞行事故的重要原因；但其同时也是可以被预防的。飞行员认识到产生飞行错觉的客观条件和主观因素后，可以通过心理训练，去预防和克服它。

按照引起错觉的主要分析器的不同，飞行错觉可分为视性错觉、前庭性错觉和前庭本体视错觉。一般条件下，处于地面的直立人体主要是通过视觉器官进行空间定向，而前庭感受器和前庭本体感受器定向并不突出。此时，视觉器官是大脑通过外部信息进行空间定向的唯一渠道，如果视觉输入的空间定向信息错误，则很容易发生视性错觉，这也是三种错觉中最多发的一种，在战斗机飞行员中占93.3％。因此，战斗机飞行员均应进行相应训练来克服飞行错觉，提高飞行安全性。

针对战斗机飞行员的飞行错觉进行训练的设备很多，比如美国ETC公司的GL-4000型大型、固定空间定向训练模拟器就包含对战斗机飞行员俯仰、倾斜错觉进行训练的功能。中国物理工程研究院是目前国内唯一研制和生产飞行模拟器的单位。他们正在研制的一台样机，其性能已基本达到ETC公司ATFS-400产品的水平，但也是大型固定设备。尽管这些设备的训练项目比较全面，模拟程度也很高，但是设备庞大、笨重，只能固定使用、无法便携移动。并且耗电量大，使用麻烦，需要多名训练辅助人员辅助才能进行训练。而空军飞行部队所处地域大多偏远且分散，采用通常设置在大城市的一些模拟器训练中心的大型设备来进行集中训练存在困难。因此需要开发一种携带和使用方便的飞行错觉训练装置。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种战斗机飞行员便携式俯仰倾斜错觉矫正训练器，包括错觉虚拟成像装置、错觉感应装置、控制装置和警示装置，所述错觉感应装置和所述警示装置分别与所述控制装置电连接；其中：

错觉虚拟成像装置：用于为受训者虚拟呈现俯仰倾斜错觉的飞行场景；

错觉感应装置：用于感应受训者是否产生错觉，并在感应到受训者产生错觉后发送错觉信号给控制装置；

控制装置：用于在接收到错觉信号后向警示装置发送警报信号；

警示装置：用于在接收到警报信号后向受训者发出警报。

进一步的，所述错觉感应装置还用于在感应到受训者错觉消除后发送错觉解除信号给控制装置；

控制装置还用于在接收到错觉解除信号后向警示装置发送警报解除信号；

警示装置还用于在接收到警报解除信号后停止发出警报。

进一步的，所述错觉感应装置包括模拟飞行驾驶杆，和/或，压力传感坐垫；

所述模拟飞行驾驶杆上设置有驾驶杆产生移动即可触发的接触开关；

所述压力传感坐垫内设置有若干用于感应受训者臀部压力变化的压力传感器。

进一步的，所述错觉虚拟成像装置为VR眼镜。

进一步的，所述警示装置为语音警告播放器。

进一步的，所述矫正训练器还包括心率检测装置，所述心率检测装置用于监测受训者的心率变化。

进一步的，所述心率检测装置为心率手环。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过视觉虚拟成像原理，在受训者视觉范围内呈现飞机发生倾斜、俯仰姿态的虚拟场景，造成受训者的虚拟错觉，再通过错觉感应装置探测受训者肢体的相应变化，并向受训者发出警告，以达到矫正和训练的目的。本发明使用简单、携带方便，使用不受时间、地点以及外界条件的限制，可极大的节约训练成本、提高训练效果，可广泛应用于战斗机飞行员倾斜、俯仰飞行错觉的矫正与训练。

附图说明

图1为本发明的战斗机飞行员便携式俯仰倾斜错觉矫正训练器的原理框图。

具体实施方式

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。

一种战斗机飞行员便携式俯仰倾斜错觉矫正训练器，如图1所示，包括VR眼镜、模拟飞行驾驶杆、压力传感坐垫、语音警告播放器和控制装置，模拟飞行驾驶杆、压力传感坐垫、语音警告播放器分别与控制装置电连接；其中：

VR眼镜用于为受训者虚拟呈现俯仰倾斜错觉的飞行场景；

模拟飞行驾驶杆上设置有驾驶杆产生前后左右移动即可触发的接触开关；模拟飞行驾驶杆用于当受训者操控驾驶杆前后左右移动时发送错觉信号给控制装置，以及当受训者将驾驶杆回复到中立位时发送错觉解除信号给控制装置；

压力传感坐垫内设置有八个用于感应受训者臀部压力变化的压力传感器，八个压力传感器以臀部压力面积称扇形分布；压力传感坐垫用于当受训者臀部向前后左右偏移时发送错觉信号给控制装置，以及用于当受训者臀部恢复到不偏移状态时发送错觉解除信号给控制装置；

控制装置用于在接收到错觉信号后向语音警告播放器发送警报信号，以及在接收到错觉解除信号后向语音警告播放器发送警报解除信号；

语音警告播放器用于在接收到警报信号后向受训者发出报警音，以及在接收到警报解除信号后停止继续发出警报。

受训者使用本发明进行训练时，首先佩戴好VR眼镜，将压力传感坐垫放在臀下，将模拟飞行驾驶杆放在胸前桌面上。VR眼镜不需要与其他装置进行连接，只用来对飞行员视觉器官产生虚拟错觉。模拟飞行驾驶杆、压力传感坐垫、语音警告播放器和控制装置通过电连接实现各自的功能。监督训练的主试人员也同时佩戴和受训者同步的VR眼镜。受训者和主试人员打开VR眼镜的虚拟成像开关，在VR眼镜中呈现一个虚拟座舱，VR眼镜的镜片前方会虚拟呈现显示屏，显示屏上的仪表板模拟真实战斗机的仪表显示，包括一个可以指示飞行姿态的水平仪(可以指示左右倾斜或上下俯仰)。

在训练过程中，VR眼镜中会依次虚拟呈现“左倾斜错觉、右倾斜错觉、上仰错觉和下俯错觉”的飞行场景。各种错觉的虚拟诱发机理如下：

(1)倾斜错觉：在“座舱”左上方呈现太阳光、或左上方的云层透光度比其他方向明亮，尽管虚拟座舱的水平仪指示水平，但是受训者仍然感觉“飞机”带有一个坡度。因为正常人在地面是通过视觉判断自身状态的，即上方为天空，下方为地面，上亮，下暗的思维定式遂即产生向左倾斜的错觉。同样，如果是右上方出现较其他方向明亮的现象，则会产生右倾斜错觉。

(2)俯仰错觉：在“座舱”外虚拟呈现天空乌云密布、即将大雨倾盆，天空阴暗、而海面明亮的虚拟环境，此时受训者会根据“上亮下暗”的思维定式，错误地将海面误认为天空，感觉“飞机”带有上仰的角度，为保持“平飞”，受训者会前推操纵杆，结果使本来就是平直飞的姿态改为“下俯”姿态。同样，虚拟晴天，视线良好的海面飞行场景，由于海天一线，长时间无参照物贴海面低空飞行，受训者会产生“飞机”下俯错觉，此时受训者会错误地拉操纵杆，反而将平直飞的姿态错误地改为了爬升飞行。

当受训者意识到诱发出现飞行错觉时，受训者应向主试人员报告发生了某种错觉。主试人员应叮嘱受训者须时刻保持身体呈正直位坐于压力传感器坐垫上，手握放置在胸前桌面上的模拟飞行驾驶杆，若因错觉而导致了错误的驾驶动作(向左、右、前、后扳动了驾驶杆)，或因错觉发生了错误的躯体姿势(向左、右、前、后倾斜身体)，导致臀部对坐垫的压力范围发生变化，模拟飞行驾驶杆或压力传感坐垫会发送错觉信号给控制装置，控制装置接收到错觉信号后向语音警告播放器发送警报信号，语音警告播放器播放警报音。

研究认为，发生轻度错觉时，首先发生操作行为偏差，错觉严重时会有躯体参与。比如受训者可能因发生左倾斜错觉，首先会通过驾驶杆“纠正”，向右扳动驾驶杆来改平(重新保持飞行平衡)，这是刚刚发生错觉时的现象；如果受训者仍然无法克服或摆脱这种错觉，会加重对错觉的体验，并开始向右倾斜身体，右侧臀部对坐垫的压力会逐渐增大。因此，可将模拟飞行驾驶杆触发的报警音设置为一级报警音，将压力传感坐垫触发的报警音设置为二级报警音，语音警告播放器可分别播放“一级报警音：你已发生错觉，请回杆中立位”或“二级报警音：你已发生严重错觉，请回杆中立位”的告警。若受训者一直不“回杆”，则报警音一直持续，直到受训者归位(中立位)操纵杆，报警音才会停止。

受训者刚采用本发明进行训练时，以受训者在报告发生了错觉后维持驾驶杆在“中立位”3秒未触发报警音为合格。通过反复训练，受训者会对虚拟错觉逐渐适应，从报告发生错觉到触发报警音的时间可能会逐渐延长，直至即使报告“发生了错觉”，也可以做到始终保持驾驶杆在中立位，不触发报警音，即达到训练目标。

本发明提供的训练器是通过虚拟成像技术，模拟空中环境条件下产生上仰、下俯，左倾斜、右倾斜的视景，给视觉器官输入一个错误的场景，使受训者错误地感觉自身在空中上仰、下俯，左倾斜、右倾斜，即造成“虚拟视性错觉”，然后通过模拟飞行驾驶杆和压力传感坐垫探测和感知因“虚拟视性错觉”而发生的肢体动作或姿态的变化，再通过语音警告播放器将肢体动作或姿态的变化报告给受训者，达到体验“虚拟视性错觉”的目的。经过反复的训练，最终达到消除因视性错觉诱发的错误的肢体动作或姿态的变化，实现飞行错觉的最终矫正。

与固定大型设备比较，本发明提供的训练器体积小，所有装置均可集成于一手提箱中，携带方便；使用简单，可以针对上仰下俯、左右倾斜错觉进行训练；解决了战斗机飞行员需要经常训练，但又要集中组织实施的难题，不受时间、地点、条件的限制，还可节约训练成本和提高训练效果。

在本发明中，优选的，所述矫正训练器还包括用于监测受训者的心率变化的心率手环。心率手环可采用现在市场上常见的蓝牙心率手环。受训者将蓝牙心率手环佩戴在手腕上，主试人员可以通过蓝牙心率手环监控受训者对错觉体验的反应和适应性，即使受训者发生了错觉没有立即报告，主试人员也可以通过心率和主观表现而察觉。研究认为，不容易发生错觉的飞行员的平均心率是80-90次/min，这种心率是放松、或适度紧张的表现，而发生错觉时心率会达到100次/min以上，并伴有面色苍白、出冷汗、眩晕等自主神经功能紊乱表现。如果受试者在训练过程中虽然没有被模拟飞行驾驶杆和压力传感坐垫监测到肢体动作或姿态发生错误变化，但被蓝牙心率手环监测到心率过快，则应适当延长受试时间。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种战斗机飞行员便携式俯仰倾斜错觉矫正训练器，其特征在于，所述矫正训练器包括错觉虚拟成像装置、错觉感应装置、控制装置和警示装置，所述错觉感应装置和所述警示装置分别与所述控制装置电连接；其中：

错觉虚拟成像装置：用于为受训者虚拟呈现俯仰倾斜错觉的飞行场景；

错觉感应装置：用于感应受训者是否产生错觉，并在感应到受训者产生错觉后发送错觉信号给控制装置；

控制装置：用于在接收到错觉信号后向警示装置发送警报信号；

警示装置：用于在接收到警报信号后向受训者发出警报；

所述错觉感应装置包括模拟飞行驾驶杆，和/或，压力传感坐垫；

所述模拟飞行驾驶杆上设置有驾驶杆产生移动即可触发的接触开关；

所述压力传感坐垫内设置有若干用于感应受训者臀部压力变化的压力传感器；所述若干个压力传感器以臀部压力面积呈扇形分布。

2.根据权利要求1所述的训练器，其特征在于，所述错觉感应装置还用于在感应到受训者错觉消除后发送错觉解除信号给控制装置；

控制装置还用于在接收到错觉解除信号后向警示装置发送警报解除信号；

警示装置还用于在接收到警报解除信号后停止发出警报。

3.根据权利要求1所述的训练器，其特征在于，所述错觉虚拟成像装置为VR眼镜。

4.根据权利要求1所述的训练器，其特征在于，所述警示装置为语音警告播放器。

5.根据权利要求1所述的训练器，其特征在于，所述矫正训练器还包括心率检测装置，所述心率检测装置用于监测受训者的心率变化。

6.根据权利要求5所述的训练器，其特征在于，所述心率检测装置为心率手环。

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