CN112735221A

CN112735221A - 一种模拟飞行训练教学系统

Info

Publication number: CN112735221A
Application number: CN202011528775.8A
Authority: CN
Inventors: 李�浩; 郭乐江; 彭晓明
Original assignee: Air Force Early Warning Academy
Current assignee: Air Force Early Warning Academy
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2021-04-30

Abstract

本发明涉及一种模拟飞行训练教学系统，包括：主控系统，主控系统包括主控服务器、安装在主控服务器上的主控软件、与主控服务器连接的网络模块、CAN适配器和CAN总线；用于模拟飞机飞行的飞行仿真系统；座舱模拟系统；运动模拟系统，用于根据飞行仿真系统提供的飞行姿态信号提供运动感和过载感；用于产生飞机运行过程中的各种外部景象的视景显示系统；音响系统，用于模拟真实飞行的舱内舱外声音；教学系统用于视频教学、设置飞行科目及飞行环境，监控学员的操纵及实时指导；及训练评估系统，用于采集操作数据和动作数据，并评估飞行训练的质量。该系统能够生动直观、安全可靠、成本低、客观真实、并能有效评估学习效果、能提高教学质量。

Description

一种模拟飞行训练教学系统

技术领域

本发明涉及一种模拟教学系统，尤其是一种模拟飞行训练教学系统。

背景技术

飞行学员的实践性教学环节面临以下难题：

一是航空飞行具有高危险、高成本的特点，几乎不可能在实验室开展真实飞行过程中的实验项目；

二是在部队实际飞行训练现场，由于飞机飞行空域广，学员只能看到飞机的起飞、着陆，而对飞行轨迹、姿态则无法形成感性认识，更不可能进行飞行实验；

三是初级飞行学员人数众多，实践教学所需实物器材不足且成本很高，无法保障本科生实验教学需要；

四是无法对学员的学习情况进行准确的评估，教学质量提高难。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种能够生动直观、安全可靠、成本低、客观真实、并能有效评估学习效果、能提高教学质量的一种模拟飞行训练教学系统，具体技术方案为：

一种模拟飞行训练教学系统，包括：主控系统，所述主控系统包括主控服务器、安装在主控服务器上的主控软件、与主控服务器连接的网络模块、CAN适配器和CAN总线；飞行仿真系统，用于模拟飞机飞行过程、状态及其性能；座舱模拟系统，用于模拟驾驶和仪表显示；运动模拟系统，用于根据飞行仿真系统提供的飞行姿态信号提供运动感和过载感；视景显示系统，用于产生飞机运行过程中的各种外部景象；音响系统，用于模拟真实飞行的舱内舱外声音；教学系统，用于视频教学、设置飞行科目及飞行环境，监控学员的操纵及飞行状态实时指导；及训练评估系统，用于采集操作数据和动作数据，并评估飞行训练的质量；所述飞行仿真系统、所述座舱模拟系统、所述运动模拟系统、所述视景显示系统、所述音响系统、所述教学系统和所述训练评估系统均与所述飞行仿真系统连接。

进一步的，所述视景系统包括视景模拟软件和视景显示屏，所述视景模拟软件安装在所述主控服务器上，所述视景显示器安装在所述座舱模拟系统中，所述视景显示器通过网络模块与所述主控服务器连接。

进一步的，所述音响系统包括音响模拟软件和喇叭，所述音响模拟软件安装在所述主控服务器上，所述喇叭安装在所述座舱模拟系统中，所述喇叭通过网络模块与所述主控服务器连接。

进一步的，模拟座舱包括：操纵模块，用于模拟飞行操作；操作负荷模块，用于模拟操作阻尼；仪表模块，所述仪表模块用于模拟仪表显示飞行状态并采集飞行数据。

进一步的，所述运动模拟系统包括运动控制软件和六自由度运动平台，所述运动控制软件安装在所述主控服务器上，所述六自由度运动平台通过CAN总线与所述主控服务器连接。

进一步的，所述教学系统包括飞行原理、飞行控制系统原理和操作、仪表原理、电气设备原理、雷达原理、导航原理。

进一步的，所述训练评估系统包括：数据采集模块，所述数据采集模块用于采集并存储飞行数据；视频采集模块，所述视频采集模块用于拍摄并记录飞行员训练动作视频；视频跟踪模块，所述视频跟踪模块用于对飞行动视频进行处理，得到飞行动作的时间顺序和动作的时间间隔；标准动作库模块，用于存储进行评估飞行动作训练的标准动作顺序的数据；质量评估模块，根据飞行数据和/或飞行动作时间顺序和动作间隔时间对飞行训练进行评分。

进一步的，所述视频跟踪模块用于将飞行员训练动作视频进行分帧处理，并存为视频帧图像，并对视频的帧图像进行预处理，对动作区域定位，进行特征提取，得到飞行动作的时间顺序和操作顺序的时间间隔。

进一步的，所述图像预处理包括依次进行的灰度处理、基于全阈值的二值化处理和灰度拉伸。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种模拟飞行训练教学系统能够生动直观、安全可靠、成本低、客观真实、并能有效评估学习效果、能提高教学质量。

附图说明

图1是一种模拟飞行训练教学系统的结构框图；

图2是训练评估系统的结构框图；

图3是视频跟踪模块的处理流程图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种模拟飞行训练教学系统，包括：主控系统，所述主控系统包括主控服务器、安装在主控服务器上的主控软件、与主控服务器连接的网络模块、CAN适配器和CAN总线；飞行仿真系统，用于模拟飞机飞行过程、状态及其性能；座舱模拟系统，用于模拟驾驶和仪表显示；运动模拟系统，用于根据飞行仿真系统提供的飞行姿态信号提供运动感和过载感；视景显示系统，用于产生飞机运行过程中的各种外部景象；音响系统，用于模拟真实飞行的舱内舱外声音；教学系统，用于视频教学、设置飞行科目及飞行环境，监控学员的操纵及飞行状态实时指导；及训练评估系统，用于采集操作数据和动作数据，并评估飞行训练的质量；所述飞行仿真系统、所述座舱模拟系统、所述运动模拟系统、所述视景显示系统、所述音响系统、所述教学系统和所述训练评估系统均与所述飞行仿真系统连接。

视景系统包括视景模拟软件和视景显示屏，所述视景模拟软件安装在所述主控服务器上，所述视景显示器安装在所述座舱模拟系统中，所述视景显示器通过网络模块与所述主控服务器连接。

视景显示屏安装在座舱模拟系统中。

音响系统包括音响模拟软件和喇叭，所述音响模拟软件安装在所述主控服务器上，所述喇叭安装在所述座舱模拟系统中，所述喇叭通过网络模块与所述主控服务器连接。

喇叭安装在座舱模拟系统中。

模拟座舱包括：操纵模块，用于模拟飞行操作；操作负荷模块，用于模拟操作阻尼；仪表模块，所述仪表模块用于模拟仪表显示飞行状态并采集飞行数据。

操纵模块主要包括驾驶杆、方向舵、油门以及各种旋钮。

运动模拟系统包括运动控制软件和六自由度运动平台，所述运动控制软件安装在所述主控服务器上，所述六自由度运动平台通过CAN总线与所述主控服务器连接。

教学系统包括飞行原理、飞行控制系统原理和操作、仪表原理、电气设备原理、雷达原理、导航原理。

如图2和图3所示，训练评估系统包括：数据采集模块，所述数据采集模块用于采集并存储飞行数据；视频采集模块，所述视频采集模块用于拍摄并记录飞行员训练动作视频；视频跟踪模块，所述视频跟踪模块用于对飞行动视频进行处理，得到飞行动作的时间顺序和动作的时间间隔；标准动作库模块，用于存储进行评估飞行动作训练的标准动作顺序的数据；质量评估模块，根据飞行数据和/或飞行动作时间顺序和动作间隔时间对飞行训练进行评分。

飞行数据用于评估飞行状态。

视频采集模块通过摄像头采集视频。摄像头安装在模拟座舱内。

视频跟踪模块用于将飞行员训练动作视频进行分帧处理，并存为视频帧图像，并对视频的帧图像进行预处理，对动作区域定位，进行特征提取，得到飞行动作的时间顺序和操作顺序的时间间隔。

动作区域定位就是在已给连续变化的图片中准确地定位到操作动作发生变化的区域，动作区域定位后进而进行图像分割，从而更容易的实现动作识别。图片中区域定位算法有区域生长、区域分解、区域填充等，这些方法能很好的解决一些比较复杂的区域定位问题。

操作动作以驾驶杆、方向舵、油门和各种旋钮为参考点，能准确检测到动作顺序的变化。

由于独立处理视频帧图像，因此检测时不受飞行员动作影响，只需要检测驾驶杆、方向舵、油门和各种旋钮的状态变化即可完成飞行顺序和时间间隔的检测，简化检测，检测的准确性高。

图像预处理包括依次进行的灰度处理、基于全阈值的二值化处理和灰度拉伸。

完成某一项作战任必须经过一些有序的操作，与标准动作操作顺序比较。

飞行员通过操纵模块可实现对飞机的操纵控制。操纵模块负责采集飞行员的操纵动作变化以及各种状态开关及电门等信号，并将这些信号经过放大、调理、模数转换，通过CAN总线传送至飞行模拟系统，由飞行模拟系统解析出飞机的状态并生成控制指令，飞行模拟系统将控制指令发送给相关设备，完成负荷力感生成、仪表指示灯的驱动、座舱运动控制及视景音效生成。同时飞行模拟系统还接收教学系统对训练课目等的设置并做出相应处理，产生特情状况，并对飞行员的处置动作进行评判。

例如，驾驶杆后拉，机头应上仰，飞机上升；向右压杆，飞机应向右倾斜；蹬左方向舵，机头应向左偏转。飞机状态参数的变化，都在相应的指示仪表上表示出来，如高度表、罗盘、地平仪的刻度都有相应变化。同时，要根据当前驾驶杆的角度和飞机的速度给负荷控制器信息，控制执行机构施加给驾驶杆的力，模拟飞行员操纵飞机时受的杆力；并且也要实时的把飞机参数送给视景系统、音响系统，生成模拟器的视景环境和声音环境，以达到良好模拟训练的效果。

本发明提供的一种模拟飞行训练教学系统能够使学员熟悉并能考察学员对航电设备掌握情况、飞行训练程序掌握情况、对非正常飞行的处理能力；不仅能够满足模拟飞行训练的需求，而且能够体现出航空飞行的特点，能够使航空飞行员真正得到相应的锻炼，确保飞行的安全性与稳定性。

在模拟飞行训练中能够将飞行员的飞行效果得以有效的展现，并做出有效的评估；能真实地反映飞行员的飞行情况，记录飞行员的整个训练过程中，以便做出科学评估；该系统能对飞行训练效果进行回放和评分，使飞行员能够从中发现自己所存在的问题，进而实现良好的改进，为飞行员提供一个真实的训练场景，提升飞行技术。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种模拟飞行训练教学系统，其特征在于，包括：

主控系统，所述主控系统包括主控服务器、安装在主控服务器上的主控软件、与主控服务器连接的网络模块、CAN适配器和CAN总线；

飞行仿真系统，用于模拟飞机飞行过程、状态及其性能；

座舱模拟系统，用于模拟驾驶和仪表显示；

运动模拟系统，用于根据飞行仿真系统提供的飞行姿态信号提供运动感和过载感；

视景显示系统，用于产生飞机运行过程中的各种外部景象；

音响系统，用于模拟真实飞行的舱内舱外声音；

教学系统，用于视频教学、设置飞行科目及飞行环境，监控学员的操纵及飞行状态实时指导；及

训练评估系统，用于采集操作数据和动作数据，并评估飞行训练的质量；

所述飞行仿真系统、所述座舱模拟系统、所述运动模拟系统、所述视景显示系统、所述音响系统、所述教学系统和所述训练评估系统均与所述飞行仿真系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种模拟飞行训练教学系统，其特征在于，

所述视景系统包括视景模拟软件和视景显示屏，所述视景模拟软件安装在所述主控服务器上，所述视景显示器安装在所述座舱模拟系统中，所述视景显示器通过网络模块与所述主控服务器连接。

3.根据权利要求1所述的一种模拟飞行训练教学系统，其特征在于，

所述音响系统包括音响模拟软件和喇叭，所述音响模拟软件安装在所述主控服务器上，所述喇叭安装在所述座舱模拟系统中，所述喇叭通过网络模块与所述主控服务器连接。

4.根据权利要求1所述的一种模拟飞行训练教学系统，其特征在于，

模拟座舱包括：

操纵模块，用于模拟飞行操作；

操作负荷模块，用于模拟操作阻尼；

仪表模块，所述仪表模块用于模拟仪表显示飞行状态并采集飞行数据。

5.根据权利要求1所述的一种模拟飞行训练教学系统，其特征在于，

所述运动模拟系统包括运动控制软件和六自由度运动平台，所述运动控制软件安装在所述主控服务器上，所述六自由度运动平台通过CAN总线与所述主控服务器连接。

6.根据权利要求1所述的一种模拟飞行训练教学系统，其特征在于，

所述教学系统包括飞行原理、飞行控制系统原理和操作、仪表原理、电气设备原理、雷达原理、导航原理。

7.根据权利要求4所述的一种模拟飞行训练教学系统，其特征在于，

所述训练评估系统包括：

数据采集模块，所述数据采集模块用于采集并存储飞行数据；

视频采集模块，所述视频采集模块用于拍摄并记录飞行员训练动作视频；

视频跟踪模块，所述视频跟踪模块用于对飞行动视频进行处理，得到飞行动作的时间顺序和动作的时间间隔；

标准动作库模块，用于存储进行评估飞行动作训练的标准动作顺序的数据；

质量评估模块，根据飞行数据和/或飞行动作时间顺序和动作间隔时间对飞行训练进行评分。

8.根据权利要求7所述的一种模拟飞行训练教学系统，其特征在于，

所述视频跟踪模块用于将飞行员训练动作视频进行分帧处理，并存为视频帧图像，并对视频的帧图像进行预处理，对动作区域定位，进行特征提取，得到飞行动作的时间顺序和操作顺序的时间间隔。

9.根据权利要求8所述的一种模拟飞行训练教学系统，其特征在于，

所述图像预处理包括依次进行的灰度处理、基于全阈值的二值化处理和灰度拉伸。