CN116580620A - 模拟飞行姿态显示的地平经纬网方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟飞行姿态显示的地平经纬网方法，该方法用于在各类飞行模拟器或模拟飞行软件上显示飞行姿态供驾驶者查看，实现对飞行姿态显示仪表的扩充。方法包括：获取当前飞机的飞行参数；根据飞行参数，在地平经纬线的动态显示模型中进行逆向推算，获取用于在视景中显示的经纬网空间方向；将包含了空间方向信息的地平经纬网在视景区域显示，以指示当前飞机的飞行姿态；模型包括：基于机体坐标系和大地坐标系预构新的原点随机体平移、方向与大地固联的空间方向坐标系，将新的空间方向坐标系的角刻度表达为地平子午面和地平纬度锥，并以经纬线形式呈现在视景平面上。上述方法帮助飞行员在复杂飞行环境下保持、快速建立或恢复空间定向。

Description

模拟飞行姿态显示的地平经纬网方法

技术领域

本发明涉及飞行模拟器显示技术领域，尤其涉及一种模拟飞行姿态显示的地平经纬网方法。

背景技术

飞行模拟器的视景是飞行员在驾驶的模拟器中查看外部空中及地面的景象，飞机姿态是指飞机刚体各轴相对当地地面和方位的角度。

通常，飞行员通过观察视景获知飞机姿态。在视景中尤以天地线，即在空中看到的远处天空与大地的交界线，为最明显特征，天地线的高低位置以及倾斜角度，可作为飞机的俯仰和滚转姿态参照；飞行员熟知的地形地貌和特殊标识，以及日月星辰，可作为飞机方位航向的姿态参照。除目视飞行以外，飞行员还能通过地平仪、罗盘等仪表或航电显示器画面获知飞行姿态。然而，在黑夜、复杂气象以及飞行员视野远离天地线时，参照仪表飞行就是必然选择，此时针对初学者，如何在复杂环境下感知飞机姿态，快速实现空间定位成为当前亟需解决的技术问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术的缺陷和不足，本发明实施例提供一种模拟飞行姿态显示的地平经纬网方法、计算设备和飞机模拟器。

(二)技术方案

第一方面，本发明实施例提供一种模拟飞行姿态显示的地平经纬网方法，其包括：

S10、获取当前飞机的飞行参数；

S20、根据所述飞行参数，在预先处理的地平经纬线的动态显示模型中进行逆向推算，获取用于显示飞行姿态的地平经纬网所需的空间方向；

S30、将包含了空间方向信息的地平经纬网在视景区域进行显示，以指示当前飞机的飞行姿态；

其中，所述预先处理的地平经纬线的动态显示模型包括：基于机体坐标系和大地坐标系、预先构建新的原点随机体平移、方向与大地固联的空间方向坐标系，将新的空间方向坐标系的角刻度表达为具有地平子午面和地平纬度锥的动态显示模型。

可选地，所述S10之前，所述方法还包括：

基于机体坐标系和大地坐标系、预先构建新的空间方向坐标系，获取具有地平子午面和地平纬度锥的动态显示模型；

具体地，基于机体坐标系和大地坐标系，建立原点随飞机平移、方向与大地固联的空间方向坐标系；空间方向坐标系为三个正交坐标轴的坐标系，且原点在飞机质心上，第一轴始终经过地球中心，第二轴始终指向地球正北；

基于空间方向坐标系，构建动态的地平赤道面、地平子午面和地平纬度锥的面模型，所述面模型与视景平面的交线构成动态地平经纬线，并叠加显示于视景上；

所述机体坐标系是对飞机刚体机体纵轴、机体横轴、机体立轴和机体水平面、机体对称面的描述，是驾驶者从飞机上观察外景的基准；

所述大地坐标系是对大地基准和飞机实时地理信息的描述，包含地球中心、地球北极点、大地经度、大地纬度、海拔高度；

所述地平赤道面为过视点且以重力线为法线的平面，用以指示视点处的地平面方向，在飞机保持水平飞行时与飞机的机体水平面重合；所述地平面为以重力线为法线，且与地球表面相切的平面；所述地平子午面为过重力线的平面族，其必与所述地平赤道面和地平面垂直，重力线为所有地平子午面的惟一交线；

所述地平纬度锥为以视点作为顶点，以重力线为旋转轴的圆锥面；

所述重力线为视点与地心的连线，指示视点处的重力方向，以指向地心为负向，其反向为正向；

所述视点为驾驶者在正常驾驶位双眼连线的中点，与所述飞机质心处于指定修正值的误差范围内。

可选地，所述模型中，过地球北极点的地平子午面为0°地平子午面，其他地平子午面与0°地平子午面按顺时针旋转的夹角为地平经度，范围0～360°；

地平纬度锥的母线与地平赤道面的夹角为地平纬度，范围±90°；地平赤道面是顶角为180°的特殊纬度锥，其纬度为0°；地平纬度锥在地平赤道面远离地心一侧的纬度为正，在另一侧的纬度为负。

可选地，所述飞行参数包括：实时的俯仰角、偏航角、滚转角、大地经纬度和海拔高度数据；

所述S20包括：

根据实时的俯仰角、偏航角和滚转角以及大地经纬度和海拔高度数据，逆向推算地平赤道面相对飞机纵轴的第一夹角、0°地平子午面相对飞机纵轴的第二夹角、地平赤道面相对飞机横轴的第三夹角；

将第一夹角作为用于在视景中显示经纬网的中心纬度；

将第二夹角作为用于在视景中显示经纬网的中心经度；

将第三夹角作为用于在视景中显示经纬网相对机体对称面的倾斜角度；

且地平子午面与视景平面的交线作为地平经线；地平纬度锥面与视景平面的交线作为地平纬线；所述地平经线和所述地平纬线为多条；

所述地平经纬网所需的空间方向包括：中心地平纬度、中心地平经度、倾斜角度和多条地平经线、多条地平纬线。

可选地，所述S30包括：

将所述包含空间方向的地平经纬网与视景叠加显示，形成延伸和扩展视景天地线的抽象飞机姿态信息；

其中，将中心地平纬度、中心地平经度、倾斜角度和多条地平经线、多条地平纬线投影到模拟器视景显示器上，或投影到真实飞机的前方视野中，形成平面形式的经纬网格影像；

所述视景平面上叠加显示的与天地线平行且间隔均匀的线段族为地平纬线，纬线的间隔表示俯仰角度，纬线族跟随天地线上下移动代表飞机俯仰姿态变化；当纬线向下移动时，表示飞机正上仰；

所述视景平面上叠加显示的与天地线垂直且间隔均匀的线段族为地平经线；经线的间隔表示航向角度，经线族左右移动代表飞机航向姿态变化；当经线向左移动时，表示飞机向右偏转；

地平经纬网格的左右倾斜代表飞机滚转角度即坡度；当经纬网顺时针旋转时，表示飞机左坡度滚转。

可选地，所述S30还包括：

所述视景平面上叠加显示的地平经线包括：在10°整数倍处的经线，其中0°经线为粗线，以指定颜色显示；当飞机水平飞行时，经线为一组平行竖线；当飞机向上或向下垂直飞行时，经线为36条以一点为中心的放射线；

所述视景平面上叠加显示的纬线包括：在10°整数倍处的纬线，其中0°纬线为粗线，以指定颜色显示；当飞机水平飞行时，纬线为一组大致平行的横线；当飞机向上或向下垂直飞行时，纬线为一组同心圆。

可选地，所述S10包括：

接收驾驶者在操作飞机时触发的用于叠加显示地平经纬网的指令，则获取当前飞机的飞行参数；

所述飞机包括实际飞行中的真实飞机或模拟飞行中的虚拟飞机；

相应地，所述方法还包括：

接收驾驶者操作飞机时触发的用于关闭地平经纬网的指令，则停止获取当前飞机的飞行参数并关闭视景区域显示的地平经纬网。

可选地，所述S10还包括：判断当前获取飞机的飞行参数是否为正常飞行的飞行参数，若是，则执行S20，否则，获取预先处理的动态显示经纬线的模型的默认显示的空间方向，将默认显示的空间方向在视景区域叠加显示，且提示错误飞行参数信息。

第二方面，本发明实施例还提供一种计算设备，其包括：存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序执行上述第一方面任一所述的模拟飞行姿态显示的地平经纬网方法的步骤。

第三方面，本发明实施例还提供一种飞行模拟器，包括上述第二方面所述的计算设备，该计算设备和所述飞行模拟器中的飞行参数仪表具有电气与数据连接。

(三)有益效果

通过本发明实施例的方法，可以实现在视景平面增加经纬网方式的空间方向信息，以较好地识别和确认当前飞机的姿态，帮助无模拟飞行或真实飞行经验者快速学习初级模拟飞行，或作为视景天地线的扩展，以抽象模拟飞行方式进行能力考核；另一方面也可看作抽象的综合地平仪与罗盘，作为飞机姿态显示仪表的扩充，帮助飞行员在复杂飞行环境下辅助感知飞机姿态，保持、快速建立或恢复空间定向。

针对不熟悉飞行和飞机仪表的新飞行员或需要以模拟飞行方式进行能力测评者，在初始驾驶飞行模拟器的时候，只能完全依赖目视天地线飞行，但天地线会在大俯仰角或低能见度下消失，同时天地线也不能指示航向。基于本发明的模拟飞行姿态显示的地平经纬网方法，能通过经纬网最直观地指示飞行姿态，以扩充视景天地线和地标信息，并扩充发展飞行姿态显示仪表。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种模拟飞行姿态显示的地平经纬网方法的流程示意图；

图2为本发明另一实施例提供的一种模拟飞行姿态显示的地平经纬网方法的流程示意图；

图3至图5分别为本发明实施例展示的叠加在视景平面上的地平经纬网呈示效果的示意图；

图6和图7为本发明实施例展示的未叠加在视景平面上的地平经纬网呈示效果的示意图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本发明先对飞机的机体坐标系的各术语进行介绍。这里机体坐标系的术语为现有信息，本发明实施例未对其进行修改，其仅为理解本申请的方案进行的说明。

机体坐标系

机体坐标系是对飞机刚体三个正交轴向和平面的描述，它是驾驶者从飞机上观察外景的基准。由于驾驶者与飞机固结，因此可认为驾驶者的视点、视线与视野也是飞机刚体的一部分，它们共同构成机体坐标系。

1.质心：飞机的质量中心，飞机的任何平移(前、后、左、右、上、下)均可认为是质心的运动。

2.视点：也称飞机眼位，即驾驶者在正常驾驶位双眼连线的中点。对外界的观察，均从视点开始。飞机质心与视点具有前后与高低差恒量，通常可以在误差范围内简化理解为质心与视点重合；若需要强调偏差，进行平移修正即可。

3.机体纵轴：以视点为原点，指示飞机结构前后方向的坐标轴。

4.机体横轴：以视点为原点，指示飞机结构左右方向的坐标轴。

5.机体立轴：以视点为原点，指示飞机结构上下方向的坐标轴。

6.机体水平面：机体纵轴与机体横轴构成的平面。

7.机体对称面：机体纵轴与机体立轴构成的平面。

8.视景平面：以机体纵轴为法线的平面，用于显示模拟飞行的外部视景。

9.视景中点：机体纵轴与视景平面的交点。

10.视线：视点与视景平面上任一点的连线。

11.视角：视线与机体纵轴的夹角。

12.视野：以视景中点为中心的视野平面有限区域。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种模拟飞行姿态显示的地平经纬网方法，该方法用于在各类飞行模拟器或模拟飞行软件上实现飞行姿态显示供驾驶者查看，实现了对飞行姿态显示仪表的扩充。本实施例的地平经纬网方法的执行主体为任一计算机程序实现的装置，其可以集成在飞行模拟器中，也可以集成在实体飞机中。在具体实现中，本实施例的方法可为通过计算机程序实现的方法，本实施例的方法可包括下述的步骤：

S10、获取当前飞机的飞行参数。

举例来说，所述飞行参数可包括：实时的俯仰角、偏航角和滚转角数据；或者，飞行参数可包括：实时的俯仰角、偏航角、滚转角、大地经纬度和海拔高度数据。

可理解的是，俯仰角可为视景平面中点处的纬度；偏航角可为视景平面中点处的经度；滚转角可为机体对称面与重力线的夹角(如下图3中的经线与视景平面竖线或纬线与视景平面横线的夹角)。

S20、根据所述飞行参数，在预先处理的地平经纬线的动态显示模型中进行逆向推算，获取用于显示飞行姿态的地平经纬网所需的空间方向。

举例来说，根据实时的俯仰角、偏航角和滚转角以及大地经纬度和海拔高度数据，逆向推算地平赤道面相对飞机纵轴的第一夹角、0°地平子午面相对飞机纵轴的第二夹角、地平赤道面相对飞机横轴的第三夹角；

将第一夹角作为用于在视景中显示经纬网的中心纬度；

将第二夹角作为用于在视景中显示经纬网的中心经度；

将第三夹角作为用于在视景中显示经纬网相对机体对称面的倾斜角度；

且地平子午面与视景平面的交线作为地平经线；地平纬度锥面与视景平面的交线作为地平纬线；所述地平经线和所述地平纬线为多条；

所述地平经纬网所需的空间方向包括：中心地平纬度、中心地平经度、倾斜角度和多条地平经线、多条地平纬线。

本实施例中，“当地”是指视点或飞机质心所处的地理位置，即大地经纬度和海拔高度。在本发明中，将大地坐标特别注明为“大地经度、大地纬度、海拔高度”，它们是指示质点平移位置的；而“地平经度、地平纬度、坡度”是表示飞机姿态的，其中地平经度和地平纬度为本发明专门定义。

S30、将包含了空间方向信息的地平经纬网在视景区域进行显示，以指示当前飞机的飞行姿态；如图3所示，显示的是地平经纬网。

其中，所述预先处理的地平经纬线的动态显示模型包括：基于机体坐标系和大地坐标系、预先构建新的原点随机体平移、方向与大地固联的空间方向坐标系，获得具有地平子午面和地平纬度锥的动态显示模型。

本实施例的经纬网方式的空间方向通常是叠加在视景平面或视景曲面中的。在其他实施例中，经纬网方式的空间方向还可是单独在视景平面的指定区域进行显示，如图6或图7所示，可不叠加视景画面，本实施例不对其限制，根据实际需要调整。

在图3中，将所述空间方向与视景叠加显示，以延伸和扩展视景天地线的抽象飞机姿态信息；

其中，将空间方向坐标系的各轴向角刻度(即中心地平纬度、中心地平经度、倾斜角度和多条地平经线、多条地平纬线)投影到飞机视景显示器上，形成平面形式的经纬网格影像；如图3至图5所示。

所述视景平面上叠加显示的与天地线平行且间隔均匀的线段族为纬线，纬线的间隔表示俯仰角度，纬线族跟随天地线上下移动代表飞机俯仰姿态变化；当纬线向下移动时，表示飞机正上仰；

所述视景平面上叠加显示的与天地线垂直且间隔均匀的线段族为经线；经线的间隔表示航向角度，经线族左右移动代表飞机航向姿态变化；当经线向左移动时，表示飞机向右偏转；

经纬网格的左右倾斜代表飞机滚转角度即坡度；当经纬网顺时针旋转时，表示飞机左坡度滚转。

在实际应用中，在上述的步骤S10之前，上述图1所示的方法还包括下述的步骤S00：

S00、基于机体坐标系和大地坐标系、预先构建新的空间方向坐标系，获取具有地平子午面和地平纬度锥的动态显示模型。

举例来说，步骤S00可包括下述的子步骤：

A01、基于机体坐标系和大地坐标系，建立原点随飞机平移、方向与大地固联的空间方向坐标系；空间方向坐标系为三个正交坐标轴的坐标系，且原点在飞机质心上，第一轴始终经过地球中心，第二轴始终指向地球正北；

A02、基于空间方向坐标系，构建动态的地平赤道面、地平子午面和地平纬度锥的面模型，所述面模型与视景平面的交线构成动态地平经纬线，并叠加显示于视景上。

本实施例中，赤道面为过视点且以重力线为法线的平面，用以指示视点处的地平面方向，在飞机保持水平飞行时与飞机的机体水平面重合；

所述机体坐标系是对飞机刚体机体纵轴、机体横轴、机体立轴和机体水平面、机体对称面的描述，是驾驶者从飞机上观察外景的基准；

所述大地坐标系是对大地基准和飞机实时地理信息的描述，包含地球中心、地球北极点、大地经度、大地纬度、海拔高度；

所述地平赤道面为过视点且以重力线为法线的平面，用以指示视点处的地平面方向，在飞机保持水平飞行时与飞机的机体水平面重合；所述地平面为以重力线为法线，且与地球表面相切的平面；所述地平子午面为过重力线的平面族，其必与所述地平赤道面和地平面垂直，重力线为所有地平子午面的惟一交线；

所述地平纬度锥为以视点作为顶点，以重力线为旋转轴的圆锥面；

所述重力线为视点与地心的连线，指示视点处的重力方向，以指向地心为负向，其反向为正向；

所述视点为驾驶者在正常驾驶位双眼连线的中点，与所述飞机质心处于指定修正值的误差范围内。

这里需要说明的是，本实施例中模型的构建也是在预先驾驶者操作飞机之前，接收配置人员的配置指令和配置策略进而调用计算机程序实现构建的模型。这里的配置策略可为空间坐标系的定义、赤道面的定义、子午面的定义和维度锥信息的定义等。

上述方法，可以实现在视景平面增加经纬网方式的空间方向，以较好的识别和确认当前飞机的姿态，以帮助无模拟飞行或真实飞行经验者快速学习初级模拟飞行，或以抽象模拟飞行方式进行能力考核，作为视景天地线的扩展；另一方面也可看作抽象的综合地平仪与罗盘，作为飞机姿态显示仪表的扩充，帮助飞行员在复杂飞行环境下辅助感知飞机姿态，保持、快速建立或恢复空间定向。

实施例二

本实施例在上述实施例一的基础上优化了模拟飞行姿态显示的地平经纬网方法，本实施例中的飞机包括正在飞行的空中飞机或飞机模拟器中的虚拟飞机；如图2所示，该方法可包括：

M01、基于机体坐标系和大地坐标系、预先构建新的空间方向坐标系，获取具有地平子午面和地平纬度锥的动态显示模型。

也就是说，建立原点随飞机平移、方向与大地固联的空间方向坐标系，然后按照配置策略进行建模处理，获得模型。

M02、接收驾驶者在操作飞机时触发的用于叠加显示地平经纬网的指令，则获取当前飞机的飞行参数；判断当前获取飞机的飞行参数是否为正常飞行的飞行参数，若是，执行步骤M03；否则，执行步骤M05；

M03、根据所述飞行参数，在预先处理的地平经纬线的动态显示模型中进行逆向推算，获取用于显示飞行姿态的地平经纬网所需的空间方向；

M04、将包含了空间方向信息的地平经纬网在视景区域进行显示，以指示当前飞机的飞行姿态。

M05、若M02中属于非正常的飞行参数，则获取具有地平子午面和地平纬度锥的动态显示模型的默认显示的空间方向，将默认显示的空间方向在视景区域叠加显示，且提示错误飞行参数信息。

M06、接收驾驶者操作飞机时触发的用于关闭地平经纬网的指令，则停止获取当前飞机的飞行参数并关闭视景区域显示的地平经纬网。

即以经纬网方式在视景上叠加显示空间方向；如空间方向坐标系的各轴向角刻度投影到飞机视景显示器上，形成平面形式的经纬网格影像，可理解为以飞行模拟器中的实时飞行参数驱动坐标系方向，指示飞机姿态，延伸和扩展视景天地线的抽象飞机姿态信息仪表。

本实施例中，视景平面上叠加显示的经线包括：以10°整数倍的经线，其中0°经线为粗线，以指定颜色显示；当飞机水平飞行时，经线为一组平行竖线；当飞机向上或向下垂直飞行时，经线为36条以一点为中心的放射线；

所述视景平面上叠加显示的纬线包括：10°整数倍的纬线，其中0°纬线为粗线，以指定颜色显示；当飞机水平飞行时，纬线为一组大致平行的横线；当飞机向上或向下垂直飞行时，纬线为一组同心圆。

本实施例中，空间方向坐标系包含三个正交坐标轴，其交点(原点)随飞机质心运动；但无论原点位于何处，其一轴始终指向地球中心，一轴始终指向地球正北；因此，该坐标系可在任意位置指示大地方向。

在视景屏幕上叠加显示与天地线平行且间隔均匀的线段族即纬线，保证当机头过度上仰或过度下俯使得天地线超出视野后，仍能看到地平方向，同时这些纬线的间隔表示俯仰角度，纬线族跟随天地线上下移动代表飞机俯仰姿态变化；当纬线向下移动时，表示飞机正上仰。如图4和图5所示。

在视景屏幕上叠加显示与天地线垂直且间隔均匀的线段族即经线，同时这些经线的间隔表示航向角度，经线族左右移动代表飞机航向姿态变化；当经线向左移动时，表示飞机向右偏转。

经纬网格的左右倾斜代表飞机滚转角度(坡度)；当经纬网顺时针旋转时，表示飞机左坡度滚转。

本实施例中通过建立原点随飞机平移、方向与大地固联的空间方向坐标系及其刻度，以及对视景平面的投影方法，精确定义经纬网，并以飞行模拟器中的实时飞行参数驱动坐标系方向，指示飞机姿态。

为更好的理解上述的空间方向坐标系，结合本申请的方法，对最后视景平面显示的空间方向对应的空间坐标系的各信息说明如下：

空间坐标系是以地球为方向基准，以飞机视点为位置的空间方向描述。

地心：地球质量和几何中心。

地轴：地球南北两极的连线。

重力线：视点与地心的连线，指示视点处的重力方向。

真北：从视点指向地球北极点的方向。

地平赤道面：过视点且以重力线为法线的平面，简称赤道面。赤道面指示视点处的地平面方向，它只有在飞机保持水平飞行时才与机体水平面重合。

地平子午面：过重力线的平面族，简称子午面。所有子午面均与赤道面垂直，并以重力线为共同的惟一交线。

地平经度：子午面与真北方向的夹角，范围0～360°，简称经度。过地球北极点的子午面为0°子午面。

地平经线：子午面与视景平面的交线，简称经线。经线是地平经纬网的可视部分，是飞机的偏航姿态刻度。只显示10°整数倍的经线，其中0°经线为粗线，可以暗红色显示。当飞机水平飞行时，经线为一组平行竖线；当飞机向上或向下垂直飞行时，经线为36条以一点为中心的放射线。

纬度锥：以视点为顶点，以重力线为旋转轴的圆锥面。

地平纬度：纬度锥的母线与赤道面的夹角，范围±90°，简称纬度。赤道面是顶角为180°的特殊纬度锥，其纬度为0°；纬度锥在赤道面以上的纬度为正，在赤道面以下的纬度为负。

地平纬线：纬度锥面与视景平面的交线，简称纬线。纬线是经纬网的可视部分，是飞机的俯仰姿态刻度。只显示10°整数倍的纬线，其中0°纬线为粗线，可以暗红色显示。当飞机水平飞行时，纬线为一组大致平行的横线；当飞机向上或向下垂直飞行时，纬线为一组同心圆。

针对不熟悉飞行和飞机仪表的新飞行员或需要以模拟飞行方式进行能力测评者，在初始驾驶飞行模拟器的时候，只能完全依赖目视天地线飞行，但天地线会在大俯仰角或低能见度下消失，同时天地线也不能指示航向，基于本实施例的模拟飞行姿态显示的地平经纬网方法，能最直观地指示飞行姿态的方法——地平经纬网，用以扩充视景天地线和地标；实现对飞行姿态显示仪表的扩充。

以上对视景显示，是简化为平面形式描述的。大的模拟器视景区域通常以曲面方式实现，此时只要将经纬网模型进行曲面投影即可。

实施例三

本发明实施例还提供一种用于模拟飞行姿态显示的地平经纬网装置，其包括：

获取单元，用于获取当前飞机的飞行参数；

推算单元，用于根据所述飞行参数，在预先处理的地平经纬线的动态显示模型中进行逆向推算，获取用于显示飞行姿态的地平经纬网所需的空间方向；

显示单元，用于将包含了空间方向信息的地平经纬网在视景区域进行显示，以指示当前飞机的飞行姿态；

其中，所述预先处理的地平经纬线的动态显示模型包括：基于机体坐标系和大地坐标系、预先构建新的原点随机体平移、方向与大地固联的空间方向坐标系，获得具有地平子午面和地平纬度锥的动态显示模型。

特别地，获取单元还用于基于机体坐标系和大地坐标系、预先构建新的空间方向坐标系，获取具有地平子午面和地平纬度锥的动态显示模型；

具体地，基于机体坐标系和大地坐标系，建立原点随飞机平移、方向与大地固联的空间方向坐标系；空间方向坐标系为三个正交坐标轴的坐标系，且原点在飞机质心上，第一轴始终经过地球中心，第二轴始终指向地球正北；

基于空间方向坐标系，构建动态的地平赤道面、地平子午面和地平纬度锥的面模型，所述面模型与视景平面的交线构成动态地平经纬线，并叠加显示于视景上；

所述机体坐标系是对飞机刚体机体纵轴、机体横轴、机体立轴和机体水平面、机体对称面的描述，是驾驶者从飞机上观察外景的基准；

所述大地坐标系是对大地基准和飞机实时地理信息的描述，包含地球中心、地球北极点、大地经度、大地纬度、海拔高度；

所述地平赤道面为过视点且以重力线为法线的平面，用以指示视点处的地平面方向，在飞机保持水平飞行时与飞机的机体水平面重合；所述地平面为以重力线为法线，且与地球表面相切的平面；所述地平子午面为过重力线的平面族，其必与所述地平赤道面和地平面垂直，重力线为所有地平子午面的惟一交线；

所述地平纬度锥为以视点作为顶点，以重力线为旋转轴的圆锥面；

所述重力线为视点与地心的连线，指示视点处的重力方向，以指向地心为负向，其反向为正向；

所述视点为驾驶者在正常驾驶位双眼连线的中点，与所述飞机质心处于指定修正值的误差范围内。

本实施例的装置可嵌入在飞机模拟器中或者实体飞机中，借助于地平经纬网方式能最直观地指示飞行姿态，用以扩充视景天地线和地标；实现对飞行姿态显示仪表的扩充。

本发明实施例还提供一种计算设备，，包括：存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序执行上述实施例一或实施例二任意所述的用于模拟飞行姿态显示的地平经纬网方法的步骤。

另外，本发明实施例还提供一种飞行模拟器，其包括上述实施例三所述的计算设备，该计算设备和所述飞行模拟器中的飞行参数仪表具有电气与数据连接，以获取飞行参数进而实现视景平面叠加地平经纬网的空间方向。

应当注意的是，位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。

此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种模拟飞行姿态显示的地平经纬网方法，其特征在于，包括：

S10、获取当前飞机的飞行参数；

S20、根据所述飞行参数，在预先处理的地平经纬线的动态显示模型中进行逆向推算，获取用于显示飞行姿态的地平经纬网所需的空间方向；

S30、将包含了空间方向信息的地平经纬网在视景区域进行显示，以指示当前飞机的飞行姿态；

其中，所述预先处理的地平经纬线的动态显示模型包括：基于机体坐标系和大地坐标系、预先构建新的原点随机体平移、方向与大地固联的空间方向坐标系，将新的空间方向坐标系的角刻度表达为地平子午面和地平纬度锥的动态显示模型。

2.根据权利要求1所述的地平经纬网方法，其特征在于，所述S10之前，所述方法还包括：

基于机体坐标系和大地坐标系、预先构建新的空间方向坐标系，获取具有地平子午面和地平纬度锥的动态显示模型；

具体地，基于机体坐标系和大地坐标系，建立原点随飞机平移、方向与大地固联的空间方向坐标系；空间方向坐标系为三个正交坐标轴的坐标系，且原点在飞机质心上，第一轴始终经过地球中心，第二轴始终指向地球正北；

基于空间方向坐标系，构建动态的地平赤道面、地平子午面和地平纬度锥的面模型，所述面模型与视景平面的交线构成动态地平经纬线，并叠加显示于视景上；

所述机体坐标系是对飞机刚体机体纵轴、机体横轴、机体立轴和机体水平面、机体对称面的描述，是驾驶者从飞机上观察外景的基准；

所述大地坐标系是对大地基准和飞机实时地理信息的描述，包含地球中心、地球北极点、大地经度、大地纬度、海拔高度；

所述地平赤道面为过视点且以重力线为法线的平面，用以指示视点处的地平面方向，在飞机保持水平飞行时与飞机的机体水平面重合；所述地平面为以重力线为法线，且与地球表面相切的平面；所述地平子午面为过重力线的平面族，其必与所述地平赤道面和地平面垂直，重力线为所有地平子午面的惟一交线；

所述地平纬度锥为以视点作为顶点，以重力线为旋转轴的圆锥面；

所述重力线为视点与地心的连线，指示视点处的重力方向，以指向地心为负向，其反向为正向；

所述视点为驾驶者在正常驾驶位双眼连线的中点，与所述飞机质心处于指定修正值的误差范围内。

3.根据权利要求2所述的地平经纬网方法，其特征在于，

所述模型中，过地球北极点的地平子午面为0°地平子午面，其他地平子午面与0°地平子午面按顺时针旋转的夹角为地平经度，范围0～360°；

地平纬度锥的母线与地平赤道面的夹角为地平纬度，范围±90°；地平赤道面是顶角为180°的特殊纬度锥，其纬度为0°；地平纬度锥在地平赤道面远离地心一侧的纬度为正，在另一侧的纬度为负。

4.根据权利要求1所述的地平经纬网方法，其特征在于，所述飞行参数包括：实时的俯仰角、偏航角、滚转角、大地经纬度和海拔高度数据；

所述S20包括：

根据实时的俯仰角、偏航角和滚转角以及大地经纬度和海拔高度数据，逆向推算地平赤道面相对飞机纵轴的第一夹角、0°地平子午面相对飞机纵轴的第二夹角、地平赤道面相对飞机横轴的第三夹角；

将第一夹角作为用于在视景中显示经纬网的中心纬度；

将第二夹角作为用于在视景中显示经纬网的中心经度；

将第三夹角作为用于在视景中显示经纬网相对机体对称面的倾斜角度；

且地平子午面与视景平面的交线作为地平经线；地平纬度锥面与视景平面的交线作为地平纬线；所述地平经线和所述地平纬线为多条；

所述地平经纬网所需的空间方向包括：中心地平纬度、中心地平经度、倾斜角度和多条地平经线、多条地平纬线。

5.根据权利要求4所述的地平经纬网方法，其特征在于，所述S30包括：

将包含了空间方向信息的地平经纬网在视景区域进行显示，形成延伸和扩展视景天地线的抽象飞机姿态信息；

其中，将中心地平纬度、中心地平经度、倾斜角度和多条地平经线、多条地平纬线投影到模拟器视景显示器上，或投影到真实飞机的前方视野中，形成平面形式的经纬网格影像；

所述视景平面上叠加显示的与天地线平行且间隔均匀的线段族为地平纬线，纬线的间隔表示俯仰角度，纬线族跟随天地线上下移动代表飞机俯仰姿态变化；当纬线向下移动时，表示飞机正上仰；

所述视景平面上叠加显示的与天地线垂直且间隔均匀的线段族为地平经线；经线的间隔表示航向角度，经线族左右移动代表飞机航向姿态变化；当经线向左移动时，表示飞机向右偏转；

地平经纬网格的左右倾斜代表飞机滚转角度即坡度；当经纬网顺时针旋转时，表示飞机左坡度滚转。

6.根据权利要求5所述的地平经纬网方法，其特征在于，所述S30还包括：

所述视景平面上叠加显示的地平经线包括：在10°整数倍处的经线，其中0°经线为粗线，以指定颜色显示；当飞机水平飞行时，经线为一组平行竖线；当飞机向上或向下垂直飞行时，经线为36条以一点为中心的放射线；

所述视景平面上叠加显示的纬线包括：在10°整数倍处的纬线，其中0°纬线为粗线，以指定颜色显示；当飞机水平飞行时，纬线为一组大致平行的横线；当飞机向上或向下垂直飞行时，纬线为一组同心圆。

7.根据权利要求5所述的地平经纬网方法，其特征在于，所述S10包括：接收驾驶者在操作飞机时触发的用于叠加显示地平经纬网的指令，则获取当前飞机的飞行参数；

所述飞机包括实际飞行中的真实飞机或模拟飞行中的虚拟飞机；

相应地，所述方法还包括：

接收驾驶者操作飞机时触发的用于关闭地平经纬网的指令，则停止获取当前飞机的飞行参数并关闭视景区域显示的地平经纬网。

8.根据权利要求1所述的地平经纬网方法，其特征在于，所述S10还包括：判断当前获取飞机的飞行参数是否为正常飞行的飞行参数，若是，则执行S20，否则，获取预先处理的动态显示经纬线的模型的默认显示的空间方向，将默认显示的空间方向在视景区域叠加显示，且提示错误飞行参数信息。

9.一种计算设备，其特征在于，包括：存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序执行上述权利要求1至8任一所述的模拟飞行姿态显示的地平经纬网方法的步骤。

10.一种飞行模拟器，其特征在于，包括上述权利要求9所述的计算设备，该计算设备和所述飞行模拟器中的飞行参数仪表具有电气与数据连接。