CN116469294A - 飞行模拟与空管模拟交互装置、联合训练系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞行模拟与空管模拟训练技术领域，更具体的说，涉及一种飞行模拟与空管模拟交互装置、联合训练系统及方法。本发明的交互装置，包括通用组件、显示服务组件、场景编辑工具、数据处理组件和飞行数据分析组件：所述场景编辑工具，用于设置训练场景并分发至飞行模拟机和空管模拟器；所述数据处理组件，用于提供飞行模拟机和空管模拟器之间数据的存储、处理功能，并将处理后的数据按联合训练要求进行分发至飞行模拟机和空管模拟器；所述飞行数据分析组件，用于提供飞行数据分析，判断飞行操纵是否满足联合训练要求。本发明为飞行模拟机、空管模拟器双方构建全新的空地联动训练场景，填补了飞行模拟机与空管模拟器一体化联合培训的空白。

Description

飞行模拟与空管模拟交互装置、联合训练系统及方法

技术领域

本发明涉及飞行模拟与空管模拟训练技术领域，更具体的说，涉及一种飞行模拟与空管模拟交互装置、联合训练系统及方法。

背景技术

鉴于民航设备发展情况以及近年来偶有发生的不安全事件的特征，目前，各方对飞行安全提出了新要求，大力进行飞行员技能全生命周期管理体系(ProfessionalismLifecycle Management System，PLM)建设，加强基于场景的训练。

随着航空器的自动化设备的发展，对飞行员的沟通、决策等方面有更多的训练要求，需要发展有针对性的训练场景，但是现有技术并不能满足上述训练要求。

举例来说，飞机的进离场阶段，是航空运行中安全风险最高的阶段，也是飞行训练着重关注的阶段。如何与空管交互是比较典型可以综合锻炼飞行员沟通、决策两项能力的场景。但是，目前的民航飞行模拟机还是以单机系统进行应用，多是针对飞机本身的故障进行仿真模拟，更重视机舱内部的环境，并不涉及到模拟需要对于飞行员的沟通以及决策的训练场景。

基于飞行-空管联动的训练场景应用，受限于飞行模拟机和空管模拟器的技术发展，一直未形成有效的联动应用，仅在航路验证方面推出过飞行模拟机与空管模拟器组合成的“空地一体化系统”。

图1揭示了现有技术的“空地一体化系统”的原理框图，如图1所示的用于航路验证的“空地一体化系统”，主要包括空中和地面两大系统：地面航路管制平台和机载设备仿真平台

地面航路管制平台，即CNS/ATM(Communication Navigation,Surveillance/AirTraffic Management，通讯导航，监视/空中交通管理)管制工作站系统110。

地面航路管制平台主要包括：CPDLC(Controller Pilot data LinkCommunications，管制员和驾驶员数据链通信)指令编解码器112、通信接口转换器111和通信接口转换器114、管理员指令终端113、地面VHF电台仿真设备115和数据存储116。

其中，通信接口转换器111为ARINC 618至ARINC 620接口转换，通信接口转换器114为RS232至XML接口转换；

机载设备仿真平台120，主要包括机载CPDLC模拟器121和机载VHF电台仿真设备122：

机载CPDLC模拟器121主要包括：CPDLC上行管制指令和应答指令仿真、CPDLC下行请求信息和管制员CPDLC指令应答信息仿真；

机载VHF电台仿真设备122与地面VHF电台仿真设备115相匹配。

地面航路管制平台，与机载系统130和外部数据获取系统140连接。机载系统130包括机载设备131和机载电台132。机载系统130通过电台133与地面航路管制平台通信。其中，机载设备131为FANS/LINK 2000+机载设备，机载电台132为机载VDL Mode 2/ACARS电台。

目前，上述技术方案只能做到简单的数据同步，把飞行模拟器(并不是D级全任务飞行模拟机)的飞行信息，如航向、空速、高度、飞机呼号等以报文形式发送给空管模拟器，部分替代空管模拟器的模拟机长席位的功能。

在图1所示的技术方案中，飞行模拟器由航电模拟模块、飞行操纵模块、视景显示模块以及声音模块组成。

空管模拟器由管制席位、模拟机长席位、中心机、服务器、数据库和通讯系统组成。学员操作管制席位，教员操作教员席位以及模拟机长席位。

典型航路验证程序包括以下步骤：

飞行模拟器按照预期的地速和飞行高度来飞行，标记转弯半径；

增加不利风速输入的情况下，测试转弯半径的变化，观察判断所需的转弯坡度角是否达到程序设计标准中给出的坡度角限制。

由此可见，现有技术在航路验证的情况下，飞行模拟器主要体现的是自身对飞机特性仿真的逼真度，与空管模拟器的交互非常有限，也并没有在训练场景方面有所应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种飞行模拟与空管模拟交互装置、联合训练系统及方法，解决现有技术飞行模拟技术难以适应飞行-空管联动的训练场景的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种飞行模拟与空管模拟交互装置，包括通用组件、显示服务组件、场景编辑工具、数据处理组件和飞行数据分析组件：

所述通用组件，用于提供装置运行的基本管理功能；

所述显示服务组件，用于提供人机交互界面的编辑服务；

所述场景编辑工具，用于设置训练场景并分发至飞行模拟机和空管模拟器；

所述数据处理组件，用于提供飞行模拟机和空管模拟器之间数据的存储、处理功能，并将处理后的数据按联合训练要求进行分发至飞行模拟机和空管模拟器；

所述飞行数据分析组件，用于提供飞行数据分析，判断飞行操纵是否满足联合训练要求。

在一实施例中，所述场景编辑工具，用于定义训练场景的范围、确定飞行和空管协同训练的区域。

在一实施例中，所述飞行模拟与空管模拟交互装置，还包括语音组件：

所述语音组件，用于提供语音库和语音合成功能；

所述语音库，包括背景音语音库，用于模拟空中通话的电磁干扰背景音，为飞行员提供通话环境。

在一实施例中，所述语音库包括，包括不同区域口音的语音库，用于提供针对不同机场特色口音的空管指令。

在一实施例中，所述飞行数据分析组件，用于提供语音识别分析，判断飞行和空管双方受训人员的通话是否满足联合训练要求。

在一实施例中，所述数据处理组件所处理的数据包括飞行模拟机的交互数据、空管模拟器的交互数据以及飞行和空管双方受训人员的语音数据：

飞行模拟机的交互数据包括飞行模拟机的飞机姿态、位置、高度、速度、航向、设置的故障信息；

空管模拟器的交互数据包括空管模拟器的虚拟飞机的位置、高度、速度、航向、机场的自动终端情报服务信息。

为了实现上述目的，本发明提供了一种飞行模拟与空管模拟联合训练系统，其特征在于，包括飞行模拟机、空管模拟器以及交互装置：

所述飞行模拟机，用于接收空管模拟器的交互数据，模拟飞行环境并将飞行模拟机的交互数据发送至交互装置；

所述空管模拟器，用于接收飞行模拟机的交互数据，模拟空管环境并将空管模拟器的交互数据发送至交互装置；

所述交互装置，采用如上述任一项所述的飞行模拟与空管模拟交互装置，用于实现飞行模拟机和空管模拟器之间的联合训练数据交互。

在一实施例中，所述飞行模拟机，包括主计算机和若干飞行功能模块；

所述主计算机，用于处理飞行模拟机工作所需数据并经过交互装置发送交互数据给空管模拟器；

所述主计算机，用于接收交互装置处理过的空管模拟器交互数据并分发至对应的飞行功能模块；

所述飞行功能模块，用于执行飞行模拟机的相应功能。

在一实施例中，所述飞行功能模块，包括空中防撞系统、显示组件、声音系统和视景系统：

所述空中防撞系统，用于触发冲突警告；

所述显示组件，用于显示虚拟飞机的位置；

所述声音系统，用于播放合成的背景音、空管指令或空管人员的真实语音指令；

所述视景系统，用于生成飞行员可见的虚拟飞机图像。

在一实施例中，所述空管模拟器，包括数据处理主机和若干空管功能模块，所述空管功能模块包括空管教员模块、塔台管制模块和塔台机长模块：

所述数据处理主机，接收交互装置发送的飞行模拟机交互信息，处理后分发至对应的空管功能模块：

所述空管教员模块，根据交互装置发送的训练场景设置信息，完成训练数据的读取及空管模拟器系统中各模块初始化，生成空管模拟数据，对已完成的训练进行综合评估；

所述塔台管制模块，通过交互装置，发送语音指令给飞行模拟机并接收飞行模拟机发送的语音；

所述塔台机长模块，用于指挥生成虚拟飞机的航迹以及生成虚拟机长空管指令，通过交互装置与飞行模拟机进行语音交互。

在一实施例中，所述交互装置，提供终端管理和网络接入认证。

为了实现上述目的，本发明提供了一种飞行模拟与空管模拟联合训练方法，采用如上述飞行模拟与空管模拟联合训练系统实现，包括以下步骤：

训练课程编辑阶段，设置训练场景信息，参与联合训练的飞行模拟机接收机场信息并确认飞行科目，参与联合训练的空管模拟器导入训练场景信息至课程计划中，完成虚拟飞机的部署；

开始训练阶段，飞行模拟机接收空管模拟器的交互数据，模拟飞行环境并将飞行模拟机的交互数据发送至交互装置；空管模拟器接收飞行模拟机的交互数据，模拟空管环境并将空管模拟器的交互数据发送至交互装置，通过交互装置实现飞行模拟机和空管模拟器之间的联合训练数据交互。

在一实施例中，开始训练阶段：

飞行模拟机将飞行信息组装成报文信息传输给空管模拟器，实时更新双方相关训练信息；

空管模拟器，依据飞行模拟机的呼号进行监听；

当飞行模拟机飞入约定管制区域，空管模拟器区分显示飞行模拟机的标识，调配虚拟飞机实现特定科目的训练。

在一实施例中，开始训练阶段：

空管模拟器进行接管和设置训练区域内的局部气象条件信息，通过交互装置发送到飞行模拟机中，改变飞行模拟机环境设置的气象条件信息。

在一实施例中，开始训练阶段：

交互装置，接收参与联合训练的飞行模拟机和空管模拟器的音频数据，并进行解码、编码以及传输，实现参与联合训练的飞行模拟机和空管模拟器之间的语音交互。

在一实施例中，开始训练阶段：

飞行模拟机，接收空管模拟器中对应席位的语音，按照航班运行实际程序限制语音通话规则。

在一实施例中，开始训练阶段：

交互装置，根据不同的飞行阶段，调用对应的背景语音库，在传输音频数据时，加入电磁干扰背景音，模拟真实飞行中的通话环境；

交互装置，获取空管模拟器中的空管指令，进行语音合成后发送至飞行模拟机。

在一实施例中，开始训练阶段：

空管模拟器，通过交互装置发送场景演示指令；

飞行模拟机，通过交互装置接收场景演示指令，基于语音指令的识别，实现场景演示功能。

本发明提出的一种飞行模拟与空管模拟交互装置、联合训练系统及方法，为飞行模拟机、空管模拟器双方构建全新的空地联动训练场景，实现训练数据的实时交互，填补了飞行模拟机与空管模拟器一体化联合培训的空白，提高飞行员以及空管人员的专业技能水平，减少不安全事件发生，减少机组在实际运行中与地面沟通的心理压力。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1揭示了现有技术的空地一体化系统的原理框图；

图2揭示了根据本发明一实施例的飞行模拟与空管模拟交互装置的原理框图；

图3揭示了根据本发明一实施例的飞行模拟与空管模拟联合训练系统的原理框图；

图4揭示了根据本发明一实施例的飞行模拟与空管模拟联合训练系统的交互原理示意图；

图5揭示了根据本发明一实施例的飞行模拟与空管模拟联合训练方法流程图。

图中各附图标记的含义如下：

110CNS/ATM管制工作站系统；

111通信接口转换器；

112CPDLC指令编解码器；

113管理员指令终端；

114通信接口转换器；

115地面VHF电台仿真设备；

116数据库；

120机载设备仿真平台；

121机载CPDLC模拟器；

122机载VHF电台仿真设备；

130机载系统；

131机载设备；

132机载电台；

133电台；

140外部数据获取系统；

200飞行模拟与空管模拟交互装置/交互装置；

201显示服务组件；

202场景编辑工具；

203数据处理组件；

204飞行数据分析组件；

205语音组件；

206通用组件；

207操作系统；

310飞行模拟机；

311主计算机；

312声音系统；

313视景系统；

320飞行模拟机；

321主计算机；

322声音系统；

323视景系统；

330空管模拟器；

331数据处理主机；

332塔台管制模块；

333塔台机长模块；

334空管教员模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释发明，并不用于限定发明。

如图1所示的空地一体化系统，由于使用的CPDLC设备，其数据呈现的方式为将空管指令发送至机载打印机，应用场景为航路验证，数据处理以及分析针对的是整体通讯链路的完整性，与机组和空管人员的训练并不相同。

机组和空管人员的训练过程中，所关注的信息更多是人员的能力以及反应，数据存储量大，数据分析以及数据交互的实时性要求更高。

针对于上述现有技术的不足，本发明提出了一种飞行模拟与空管模拟交互装置，以改善现有技术中飞行模拟机与空管模拟器数据交互受限的情况，打通两个专业领域模拟系统之间的数据传输，使飞行模拟机和空管模拟器能够更为可靠地为对方提供满足各自的训练需求的各类数据。

图2揭示了根据本发明一实施例的飞行模拟与空管模拟交互装置的原理框图，如图2所示，本发明提出的一种飞行模拟与空管模拟交互装置200，包括通用组件206、显示服务组件201、场景编辑工具202、数据处理组件203和飞行数据分析组件204：

所述通用组件206，用于提供装置运行的基本管理功能；

所述显示服务组件201，用于提供人机交互界面的编辑服务；

所述场景编辑工具202，用于设置训练场景并分发至飞行模拟机和空管模拟器；

所述数据处理组件203，用于提供飞行模拟机和空管模拟器之间数据的存储、处理功能，并将处理后的数据按联合训练要求进行分发至飞行模拟机和空管模拟器；

所述飞行数据分析组件204，用于提供飞行数据分析，判断飞行操纵是否满足联合训练要求。

更进一步的，所述通用组件206的基板管理功能包括但不限于实时任务调度服务、时间服务、消息服务、冗余服务、数据一致性维护、容错处理等服务。

更进一步的，本发明提出的交互装置，其网络通讯是在TCP/IP协议的应用层上实现，采用TCP(传输控制协议)或UDP(用户数据报协议)两种方式实现，网络层是实现跨平台通讯的基础，上层应用程序无需意识到跨平台的网络数据交互的存在。

更进一步的，显示服务组件201提供人机交互界面的编辑服务，支持对应用程序的开发和定制，实现在可操作的显示系统的开发。

更进一步的，场景编辑工具202，可以完成训练场景的设置，并分发至飞行模拟机以及空管模拟器。

训练场景的设置信息包括但不限于机场、飞机信息，以及飞行计划等。

场景编辑工具202，定义了训练场景的范围，确定了飞行和空管协同训练的区域，飞行模拟机若进入(或脱离)该区域，则自动开始(或退出)该训练场景，即开始(或中断)数据交互。

更进一步的，数据处理组件203，提供飞行模拟机和空管模拟器之间数据的存储、处理功能，并将处理后的数据按需分发，按联合训练要求进行分发至飞行模拟机和空管模拟器，满足在各自模拟机上的应用。

更进一步的，本发明提出的交互装置200还包括语音组件205。

语音组件205提供语音库和语音合成功能。

所述语音库，包括背景音语音库和针对不同区域口音的语音库。

所述背景音语音库，用于模拟空中通话的电磁干扰背景音，为飞行员提供更真实的通话环境。

所述针对不同区域口音的语音库(如日本、泰国、印度等)，可以针对不同机场，为飞行模拟机的受训人员发送符合当地口音特色的空管指令。

更进一步的，飞行数据分析组件204，用于提供飞行数据分析以及语音识别分析，判断飞行操纵与双方受训人员的通话是否满足联合训练要求。

在本实施例中，联合训练要求包括飞行标准程序。

在本实施例中，数据处理组件203处理的数据包括飞行模拟机的交互数据、空管模拟器的交互数据以及飞行和空管双方受训人员的语音数据。

其中，飞行模拟机的交互数据包括但不限于飞行模拟机的飞机姿态、位置、高度、速度、航向、设置的故障信息等；

空管模拟器的交互数据包括但不限于空管模拟器中虚拟飞机的位置、高度、速度、航向、机场的自动终端情报服务(Automatic Terminal Information Services，简称ATIS)信息等。

对于数据接口格式，依据航空规范，按照空-地数据链传输的工业标准进行，保证了数据传输的链路的完整性、数据格式的正确性和通信机制的可靠性。

上述交互装置200的所有组件和工具的软件部分均运行在操作系统207上。

本发明提出的飞行模拟与空管模拟交互装置，用于联接飞行模拟机和空管模拟器，使受训飞行员和空管人员可以“同时、异地”的在逼真的虚拟环境进行符合胜任力要求的训练。

近年来，随着国产民航模拟机的发展，已有不少最高等级的民航飞行模拟机。针对飞机进离场等真实场景，本发明提出一种飞行模拟与空管模拟的联合训练系统，使得飞行模拟机、空管模拟器双方能够通过交互装置，实现训练数据的实时交互，构建全新的空地联动训练场景，以提高飞行员以及空管人员对工作负荷的认识、提升受训人员的沟通效率以及复杂情景下的决策能力。

图3揭示了根据本发明一实施例的飞行模拟与空管模拟联合训练系统的原理框图，如图3所示，本发明提出的飞行模拟与空管模拟联合训练系统，包括飞行模拟机310、飞行模拟机320、空管模拟器330以及交互装置200：

所述飞行模拟机310和飞行模拟机320，用于接收空管模拟器330的交互数据，模拟飞行环境并将飞行模拟机的交互数据发送至交互装置200；

所述空管模拟器330，用于接收飞行模拟机310和飞行模拟机320的交互数据，模拟空管环境并将空管模拟器的交互数据发送至交互装置200；

所述交互装置200，采用如图2所述的飞行模拟与空管模拟交互装置，用于实现飞行模拟机310、飞行模拟机320和空管模拟器330之间的联合训练数据交互。

图4揭示了根据本发明一实施例的飞行模拟与空管模拟联合训练系统的交互原理示意图，如图3和图4所示，以飞行模拟机310为例，本发明提出的飞行模拟机310，包括主计算机311和若干飞行功能模块；

所述主计算机311，用于处理飞行模拟机310工作所需数据并经过交互装置200发送交互数据给空管模拟器330；

所述主计算机311，用于接收交互装置200处理过的空管模拟器330交互数据并分发至对应的飞行功能模块；

所述飞行功能模块，用于执行飞行模拟机的相应功能。

在本实施例中，主计算机311为HOST计算机，负责处理飞行模拟机310所需要的各种数据，负责发送交互数据信息给交互装置200，并经过交互装置200发送交互数据给空管模拟器330；

所要发送的数据信息包括但不限于飞机的位置/高度/速度等以及所有语音音频指令、虚拟飞机的位置/高度/速度等。

在本实施例中，飞行功能模块，包括但不限于空中防撞系统(Traffic CollisionAvoidance System，TCAS)、显示组件(Display Unit，DU)、声音系统312和视景系统313。

所述空中防撞系统，用于触发冲突警告；

所述显示组件，用于在导航显示(Navigation Display，ND)上显示虚拟飞机的位置；

所述声音系统312，用于播放合成的背景音、语音组件合成的空管指令音或空管人员的真实语音指令；

所述视景系统313，用于生成飞行员可见的虚拟飞机图像。

飞行模拟机320的运行方式与飞行模拟机310相同，其主计算机321、声音系统322和视景系统323的功能与飞行模拟机310对应的功能也相同，这里不再赘述。

对于飞行员训练，空管模拟器的主要作用为提供真实的管制环境，能够在真人对话的基础上构建出逼真的航班运行环境，因此需要进行大量数据处理以及应用。如图3和图4所示，本发明提出的空管模拟器330包括数据处理主机331和若干空管功能模块：

所述空管功能模块包括空管教员模块334、塔台管制模块332和塔台机长模块333：

所述数据处理主机331，接收交互装置200发送的飞行模拟机交互信息，处理后分发至对应的空管功能模块：

所述空管教员模块334，根据交互装置200发送的训练场景设置信息，完成训练数据的读取及空管模拟器系统中各模块初始化，生成空管模拟数据，对已完成的训练进行综合评估；

所述塔台管制模块332，通过交互装置200发送语音指令给飞行模拟机并接收飞行模拟机发送的语音；

所述塔台机长模块333，用于指挥生成虚拟飞机的航迹以及生成虚拟机长空管指令，通过交互装置200与飞行模拟机进行语音交互。

更进一步的，空管教员模块334，可以根据场景编辑工具202给出的训练课程，设置管制员、机长席位及管制空域的配置，并将设置的信息传输给数据处理主机331，完成训练数据的读取及空管模拟器系统中各模块初始化，并生成空管模拟数据，对已完成的训练进行综合评估。

空管模拟数据包括但不限于管制空域和空侧环境数据、编辑航空器机型数据。

在图1所示的现有技术方案中，使用的是飞行模拟器，并不是全任务飞行模拟机，而大部分飞行员的训练都要在飞行模拟机上完成，所以现有技术的训练对象更偏重的是空管人员。

在图1所示的现有技术方案中，飞行模拟器和空管模拟器两者交互的数据量有限，空管模拟器中的有效训练信息并没有与飞行模拟器进行交互，造成训练双方的信息并不能完全同步，无法还原实际运行场景，对情境意识的训练效果有限，其中，空管模拟器中的有效训练信息包括但不限于空管模拟器中拟定的traffic(交通冲突)信息，环境气象参数等。

本发明提出的飞行模拟机，是全任务飞行模拟机，对声音系统有着更高的要求，需要模拟真实机舱中的声音环境，从空地对话角度，对话中的背景噪音、由于双方同时发话造成的“抢麦”等现象都需要有所体现，这是现有技术方案中并没有实现的。

在图3和图4所示的实施例中，本发明的飞行模拟机的HOST主机以及空管模拟器的数据处理主机通过交互装置200进行数据交互联接。

需要说明的是，本发明中提到的飞行模拟机和空管模拟器是可以沿用现有设备的，因此，对于飞行模拟机和空管模拟器中没有描述的技术细节部分可以认为是与现有设备相一致或在现有设备基础上进行改善。

在本实施例中，交互装置200的主要硬件部分部署在飞行模拟机端，主要为一数据服务主机，负责进行数据的存储和处理；

在异地的空管模拟器上安装的软件客户端，通过网络与飞行模拟机上的交互装置主要硬件部分进行通讯。

在本实施例中，交互装置200负责处理飞行模拟机310、飞行模拟机320以及空管模拟器330给出的数据，进行数据的编码、解码以及使受训的双方或多方处于同一场景下。

交互装置200所要处理的数据进一步包括但不限于空域数据、航路航线、导航台信息、机场与跑道信息、扇区信息、双方的语音信息以及场景范围内所有虚拟飞机的信息等。

在本实施例中，交互装置200提供场景编辑工具202以及人机交互界面，可以方便教员规定训练的时间和计划、参与协同训练的模拟机数量和标识，训练区域的范围等；

在本实施例中，交互装置200也可以使飞行模拟机在不影响他人的情况下，便捷的进入和退出协同训练。

更进一步的，所述交互装置200，提供终端管理和网络接入认证。这里的终端管理即是指交互装置管理。由于需要经由外网进行传输，网络安全从终端管理和网络接入两方面保护，只有通过已认证的交互装置才能访问网络，以达到整体网络安全的目的。

本发明提出的飞行模拟与空管模拟联合训练系统，通过调取飞行模拟机数据与空管模拟器进行联动；同时可以接收空管模拟器给出的指令和数据信息，转化成飞行模拟机可以使用的数据，反驱飞行模拟机的各个相关功能模块，实现生成视景、播放声音、触发DU显示以及TCAS警告等功能。

基于上述飞行模拟与空管模拟联合训练系统，本发明提出了飞行模拟与空管模拟联合训练方法，可以在构建的训练场景中进行联合训练，在该训练场景中能够让飞行员体验到真实的机场通讯情况，提升飞行员与不同区域的空管人员的相互沟通理解能力(口音、繁忙程度)，同时，可以让空管人员在训练中就可以熟悉真实飞行员对空管指令的反应以及飞机性能，提高指挥效率，为双方同时提供针对程序操作的标准化、沟通能力、以及决策能力的训练。

图5揭示了根据本发明一实施例的飞行模拟与空管模拟联合训练方法流程图，如图5所示，本发明提出的飞行模拟与空管模拟联合训练方法，包括以下步骤：

步骤S1、训练课程编辑阶段，设置训练场景信息，参与联合训练的飞行模拟机接收机场信息并确认飞行科目，参与联合训练的空管模拟器导入训练场景信息至课程计划中，完成虚拟飞机的部署；

步骤S2、开始训练阶段，飞行模拟机接收空管模拟器的交互数据，模拟飞行环境并将飞行模拟机的交互数据发送至交互装置；空管模拟器接收飞行模拟机的交互数据，模拟空管环境并将空管模拟器的交互数据发送至交互装置，通过交互装置实现飞行模拟机和空管模拟器之间的联合训练数据交互。

下文将对这些步骤进行详细描述。应理解，在本发明范围内，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，相互关联，从而构成优选的技术方案。

在训练课程编辑阶段，将任一飞行模拟机作为训练主机，在训练主机上使用交互装置中的场景编辑工具，编辑或者调用训练场景；

场景信息包括使用的机场、飞行模拟机的数量、标识和各自的飞行计划等；

更进一步的，训练课程编辑阶段，可与其他参与训练的终端进行认证和连接；

其中，终端也包括飞行模拟机与空管模拟器，参与联合训练的飞行模拟机只接收机场信息以及确认飞行科目即可，参与联合训练的空管模拟器需要导入以上训练场景信息到自己的课程计划中，完成虚拟飞机的部署。

完成训练课程编辑的终端，向训练主机发送准备完成的指令信息，等待由训练主机发布训练开始指令。

在开始训练阶段，训练开始后，飞行模拟机的飞行信息组装成报文信息传输给空管模拟器的数据处理单元，实时更新双方各自相关训练信息，相关训练信息包括飞行数据、气象数据和轨迹等。

空管模拟器将依据飞行模拟机的呼号进行监听；

一旦飞行模拟机飞入约定管制区域，空管模拟器中的空管教员模块收到相应信息，将以不同颜色区分显示飞行模拟机的标识，方便教员调配虚拟飞机实现特定科目的训练。

所述特定科目，包括但不限于：依据飞行模拟机的位置，调配虚拟飞机，触发飞行模拟机的TCAS警告，或者向其发布跟飞指令等；

飞行模拟机可以接收到虚拟飞机的信息，在导航显示或者视景上看到对应的飞机。

更进一步的，在开始训练阶段，空管模拟器进行接管和设置训练区域内的局部气象条件信息，通过交互装置发送到飞行模拟机中，改变飞行模拟机环境设置中的气象条件信息。

气象条件信息包括但不限于风速风向、能见度条件，跑道视程以及跑道道面条件等。

飞行模拟机教员可以按需增加紊流、风切变等特定的气象因素。

更进一步的，在开始训练阶段，训练开始后，各终端的音频数据以流媒体的形式通过网络进行传输；

交互装置，接收参与联合训练的飞行模拟机和空管模拟器的音频数据，并进行解码、编码以及传输，实现参与联合训练的飞行模拟机和空管模拟器之间的语音交互，以及实现各终端的远程通话。

更进一步的，在开始训练阶段，飞行模拟机，在选定与地面的通讯频率后(如进近、塔台频率)后，可以接收到空管模拟器中对应席位的语音。飞行人员和空管人员的语音通话规则，依据航班运行的实际程序进行限制，可以模拟“抢麦”现象。

更进一步的，在开始训练阶段，若空管模拟器中有席位空缺，交互装置的语音组件可以根据不同的飞行阶段，调用对应的背景语音库，模拟真实飞行中的通话环境；也可以由飞行教员操作，按阶段发送符合Doc 4444标准的空管指令，其中，背景语音库可以由实际飞行中的舱音剪辑合成。

指令内容中的特殊字段，如机场、导航台、跑道信息等，需要在训练准备期间编辑完成，以便训练中直接选择(训练中只可以调整数字段的内容)以提高效率，由语音合成系统合成并发送到模拟机扬声器或机组耳机通道中。

交互装置，获取空管模拟器中的空管指令，进行语音合成后发送至飞行模拟机。

同时，交互装置的语音组件还会在传输的音频数据中随机加入采集自实际舱音中的电子噪音，以模拟“信号干扰”的情况。

更进一步的，交互装置的语音合成系统还有多种特色的音色库，学习自国际航班中的舱音录音数据，可以让受训人员体验在实际运行中“人员口音”的情境。

受训人员各自的指令/沟通语音都将进行存储，并加以识别和分析，对应各自的通话标准程序，进行准确率的评判；也可以依据时间，将语音和飞行员的操纵数据进行关联，判断飞行员操纵的及时性。

当飞行员训练结束或者教员主动退出后，空管模拟器上的对应飞机信息可交还给空管模拟器的机长席位控制。

更进一步的，开始训练阶段，空管模拟器，通过交互装置发送场景演示指令；飞行模拟机，通过交互装置接收场景演示指令，基于语音指令的识别，实现场景演示功能。

例如，飞行模拟机识别到空管给出“hold on runway xx due final traffic”这一特殊指令，使视景系统调用对应图像，让飞行员能够在视景中观察到降落飞机，该降落飞机的信息与空管模拟器中一致。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

本发明提出的一种飞行模拟与空管模拟交互装置、联合训练系统及方法，采用信息化的方式实现了空地飞行机组与管制员一体化联合培训，能够真实模拟机场运行流程，填补了飞行模拟机与空管模拟器一体化联合培训的空白。

本发明提出的一种飞行模拟与空管模拟交互装置、联合训练系统及方法，可以进一步提高飞行员以及管制员的整体空间、项目协调、相互沟通、相互配合的能力，提高飞行员以及空管人员的专业技能水平，减少不安全事件发生，在一定程度上也会减少机组在实际运行中与地面沟通的心理压力。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“联接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (18)

1.一种飞行模拟与空管模拟交互装置，其特征在于，包括通用组件、显示服务组件、场景编辑工具、数据处理组件和飞行数据分析组件：

所述通用组件，用于提供装置运行的基本管理功能；

所述显示服务组件，用于提供人机交互界面的编辑服务；

所述场景编辑工具，用于设置训练场景并分发至飞行模拟机和空管模拟器；

所述数据处理组件，用于提供飞行模拟机和空管模拟器之间数据的存储、处理功能，并将处理后的数据按联合训练要求进行分发至飞行模拟机和空管模拟器；

所述飞行数据分析组件，用于提供飞行数据分析，判断飞行操纵是否满足联合训练要求。

2.根据权利要求1所述的飞行模拟与空管模拟交互装置，其特征在于，所述场景编辑工具，用于定义训练场景的范围、确定飞行和空管协同训练的区域。

3.根据权利要求1所述的飞行模拟与空管模拟交互装置，其特征在于，还包括语音组件：

所述语音组件，用于提供语音库和语音合成功能；

所述语音库，包括背景音语音库，用于模拟空中通话的电磁干扰背景音，为飞行员提供通话环境。

4.根据权利要求3所述的飞行模拟与空管模拟交互装置，其特征在于，所述语音库包括，包括不同区域口音的语音库，用于提供针对不同机场特色口音的空管指令。

5.根据权利要求3或权利要求4所述的飞行模拟与空管模拟交互装置，其特征在于，所述飞行数据分析组件，用于提供语音识别分析，判断飞行和空管双方受训人员的通话是否满足联合训练要求。

6.根据权利要求3或权利要求4所述的飞行模拟与空管模拟交互装置，其特征在于，所述数据处理组件所处理的数据包括飞行模拟机的交互数据、空管模拟器的交互数据以及飞行和空管双方受训人员的语音数据：

飞行模拟机的交互数据包括飞行模拟机的飞机姿态、位置、高度、速度、航向、设置的故障信息；

空管模拟器的交互数据包括空管模拟器的虚拟飞机的位置、高度、速度、航向、机场的自动终端情报服务信息。

7.一种飞行模拟与空管模拟联合训练系统，其特征在于，包括飞行模拟机、空管模拟器以及交互装置：

所述飞行模拟机，用于接收空管模拟器的交互数据，模拟飞行环境并将飞行模拟机的交互数据发送至交互装置；

所述空管模拟器，用于接收飞行模拟机的交互数据，模拟空管环境并将空管模拟器的交互数据发送至交互装置；

所述交互装置，采用如权利要求1-6中任一项所述的飞行模拟与空管模拟交互装置，用于实现飞行模拟机和空管模拟器之间的联合训练数据交互。

8.根据权利要求7所述的飞行模拟与空管模拟联合训练系统，其特征在于，所述飞行模拟机，包括主计算机和若干飞行功能模块；

所述主计算机，用于处理飞行模拟机工作所需数据并经过交互装置发送交互数据给空管模拟器；

所述主计算机，用于接收交互装置处理过的空管模拟器交互数据并分发至对应的飞行功能模块；

所述飞行功能模块，用于执行飞行模拟机的相应功能。

9.根据权利要求8所述的飞行模拟与空管模拟联合训练系统，其特征在于，所述飞行功能模块，包括空中防撞系统、显示组件、声音系统和视景系统：

所述空中防撞系统，用于触发冲突警告；

所述显示组件，用于显示虚拟飞机的位置；

所述声音系统，用于播放合成的背景音、空管指令或空管人员的真实语音指令；

所述视景系统，用于生成飞行员可见的虚拟飞机图像。

10.根据权利要求7所述的飞行模拟与空管模拟联合训练系统，其特征在于，所述空管模拟器，包括数据处理主机和若干空管功能模块，所述空管功能模块包括空管教员模块、塔台管制模块和塔台机长模块：

所述数据处理主机，接收交互装置发送的飞行模拟机交互信息，处理后分发至对应的空管功能模块：

所述空管教员模块，根据交互装置发送的训练场景设置信息，完成训练数据的读取及空管模拟器系统中各模块初始化，生成空管模拟数据，对已完成的训练进行综合评估；

所述塔台管制模块，通过交互装置，发送语音指令给飞行模拟机并接收飞行模拟机发送的语音；

所述塔台机长模块，用于指挥生成虚拟飞机的航迹以及生成虚拟机长空管指令，通过交互装置与飞行模拟机进行语音交互。

11.根据权利要求7所述的飞行模拟与空管模拟联合训练系统，其特征在于，所述交互装置，提供终端管理和网络接入认证。

12.一种飞行模拟与空管模拟联合训练方法，采用如权利要求7-11的飞行模拟与空管模拟联合训练系统实现，其特征在于，包括以下步骤：

训练课程编辑阶段，设置训练场景信息，参与联合训练的飞行模拟机接收机场信息并确认飞行科目，参与联合训练的空管模拟器导入训练场景信息至课程计划中，完成虚拟飞机的部署；

开始训练阶段，飞行模拟机接收空管模拟器的交互数据，模拟飞行环境并将飞行模拟机的交互数据发送至交互装置；空管模拟器接收飞行模拟机的交互数据，模拟空管环境并将空管模拟器的交互数据发送至交互装置，通过交互装置实现飞行模拟机和空管模拟器之间的联合训练数据交互。

13.根据权利要求12所述的飞行模拟与空管模拟联合训练方法，其特征在于，开始训练阶段：

飞行模拟机将飞行信息组装成报文信息传输给空管模拟器，实时更新双方相关训练信息；

空管模拟器，依据飞行模拟机的呼号进行监听；

当飞行模拟机飞入约定管制区域，空管模拟器区分显示飞行模拟机的标识，调配虚拟飞机实现特定科目的训练。

14.根据权利要求12所述的飞行模拟与空管模拟联合训练方法，其特征在于，开始训练阶段：

空管模拟器进行接管和设置训练区域内的局部气象条件信息，通过交互装置发送到飞行模拟机中，改变飞行模拟机环境设置的气象条件信息。

15.根据权利要求12所述的飞行模拟与空管模拟联合训练方法，其特征在于，开始训练阶段：

交互装置，接收参与联合训练的飞行模拟机和空管模拟器的音频数据，并进行解码、编码以及传输，实现参与联合训练的飞行模拟机和空管模拟器之间的语音交互。

16.根据权利要求15所述的飞行模拟与空管模拟联合训练方法，其特征在于，开始训练阶段：

飞行模拟机，接收空管模拟器中对应席位的语音，按照航班运行实际程序限制语音通话规则。

17.根据权利要求15所述的飞行模拟与空管模拟联合训练方法，其特征在于，开始训练阶段：

交互装置，根据不同的飞行阶段，调用对应的背景语音库，模拟真实飞行中的通话环境；

交互装置，获取空管模拟器中的空管指令，进行语音合成后发送至飞行模拟机。

18.根据权利要求12所述的飞行模拟与空管模拟联合训练方法，其特征在于，开始训练阶段：

空管模拟器，通过交互装置发送场景演示指令；

飞行模拟机，通过交互装置接收场景演示指令，基于语音指令的识别，实现场景演示功能。