CN116741018A - 一种飞行模拟座舱及其空中特情模拟训练方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞行模拟座舱及其空中特情模拟训练方法，包括模拟座舱，用于模拟座舱并使学员在其上进行模拟操作；仿真服务器端，用于提供飞机各种部件的模型；串行总线，连接教学终端、仿真服务器端，并且通过一个接口管理器连接模拟座舱，以完成仿真服务器端和模拟座舱之间的数据交互；串行总线用于进行教学终端、仿真服务器端和模拟座舱之间的数据交互；仿真服务器端将仿真形成的仿真视频信号通过接口管理器输送到模拟座舱，仿真服务器端将仿真形成的仿真音频信号输送到音频设备，音频设备与模拟座舱搭配使用。根据本发明的方案解决了目前模拟系统中信号传输过程压力大、模拟训练展示效果不稳定的问题。

Description

一种飞行模拟座舱及其空中特情模拟训练方法

技术领域

本发明一般地涉及计算机仿真技术领域。更具体地，本发明涉及一种飞行模拟座舱及其空中特情模拟训练方法。

背景技术

飞行模拟座舱是训练飞行员的一种设备，一般由驾驶舱、接口设备和各类仪器，视景系统以及训练计算机组成，是一种半封闭式的座舱结构。学员在训练时，坐在驾驶舱里可以进行各种操作：打开电门、推拉油门，操作飞行杆和舵，还可以得到各种数据，如飞行速度、行程、位置、高度、风向、风速等。而视景系统可提供学员所处的景物模拟，学员在操作时就像坐在飞机里一样，感觉到俯冲、仰行和盘旋动作，也能看到飞机上下各种景物(云、雾、河、建筑物)，还可以设置各种飞行环境，以全面锻炼技术，学习掌握难度较大而又危险的各种操作。

飞行模拟座舱具有节能、经济、安全、不受场地和气象条件的限制、缩短培训周期、降低培训成本、提高培训效率等突出优点，在飞行员培训中发挥着非常重要的作用。目前国内有各种各样的飞行模拟座舱，分为国外进口的以及国内自行研制的两大类。从国外引进的民用飞机飞行模拟训练装置主要包括波音、空客两大系列。而国内自行开发的飞机飞行模拟训练装置确相对较少，具有代表性的飞机飞行模拟训练装置也主要用于飞行员基本驾驶技术的飞行模拟训练。

申请公布号为CN115731766A、发明名称为一种模拟座舱的中国发明专利申请中，公开了一种模拟座舱，模拟座舱包括底部组件、左控制台组件、右控制台组件、前梁组件、飞行摇杆组件、前屏显示组件和座椅。该模拟座舱可以对学员进行飞行模拟训练，使学员能够熟练掌握基本的操作流程。但是该方案中仅仅提供了基本的训练设备，无法高度模拟真实的训练环境，使得学员并不够身临其境的进行训练，导致模拟训练效果不佳。

因此，如何得到一种功能完备、具有良好的模拟训练效果的飞行模拟座舱，是目前亟需解决的问题。

发明内容

为解决上述一个或多个技术问题，本发明提出通过将音频信号和视频信号分开走线，将同步性要求高的信号通过总线传输，而音频信号则可以通过仿真服务器直接输送到音频设备，这种方式不仅减小了总线数据传输的压力，而且使得飞行员模拟飞行时的感觉更加真实情况更加接近。为此，本发明在如下的多个方面中提供方案。

在第一方面中，本发明提供了一种飞行模拟座舱，包括：模拟座舱，用于模拟座舱，并且使学员在其上进行模拟操作；仿真服务器端，用于提供飞机各种部件的模型；串行总线，连接所述仿真服务器端，并且通过一个接口管理器连接所述模拟座舱，以完成仿真服务器端和模拟座舱之间的数据交互；所述串行总线还用于与外部的教学终端连接，以进行教学终端与所述模拟座舱和仿真服务器端之间的信息交互；其中，所述仿真服务器端将仿真形成的仿真视频信号通过接口管理器输送到模拟座舱，所述仿真服务器端将仿真形成的仿真音频信号输送到音频设备，其中所述音频设备与所述模拟座舱搭配使用。

在一个实施例中，所述模拟座舱通过视频信号、以太网信号和硬线信号与所述接口管理器通信连接。

在一个实施例中，所述串行总线为1394总线。

在一个实施例中，所述模拟座舱部署有模拟座舱分系统，所述接口管理器部署有接口管理分系统，所述仿真服务器端部署有软件集成与环境运行分系统、声音仿真分系统以及飞机仿真分系统；其中，所述软件集成与环境运行分系统，用于对各个分系统进行调度，控制各个分系统之间的数据交互，以及控制接口管理分系统与飞机仿真分系统之间的通讯；所述模拟座舱分系统，用于支持模拟座舱的硬件，将学员的操作转化为硬线信号或者以太网信号，传输到所述接口管理分系统，以及接受接口管理分系统传输的视频信号以用于图像显示；所述飞机仿真分系统，用于运行飞机的至少一种部件仿真模型；所述声音仿真分系统，用于模拟飞行飞行中的至少一种声音；所述接口管理分系统，用于进行数据转换传输。

在一个实施例中，所述飞机仿真分系统，用于运行飞机的至少一种部件仿真模型，包括：接收所述模拟座舱分系统的操控信号和通过教学终端设置的模型初始参数，运行相应的设置仿真模型，输出数据到其他分系统，其中所述操控信号由学员通过操纵模拟座舱产生。

在一个实施例中，所述飞机仿真分系统包括综合处理软件和DDS软总线；所述综合处理软件通过DDS软总线与部件仿真模型、算法模型和飞行动力学模型进行数据交互。

在一个实施例中，所述部件仿真模型通过AMESim接口和Simulink接口与所述DDS软总线连接，所述算法模型通过C/C++接口与所述DDS软总线连接，所述飞行动力学模型通过FlightSim接口与所述DDS软总线连接。

在一个实施例中，所述综合处理软件包括飞行管理软件，中央告警软件和中央维护软件。

在一个实施例中，所述飞机仿真分系统，还用于运行大气数据模型，所述大气数据模型用于提供基于大气数据解算得到的飞行参数。

在一个实施例中，所述大气数据模型，用于接收教学终端设置的相应参数和飞机仿真分系统解算得到的传感器信息，进而计算飞控参数，由飞机仿真分系统进行进一步运算。

在一个实施例中，所述模拟座舱分系统包括驾驶舱内的顶部控制板、前方控制板、中央操纵台面板、左操作台、右操作台以及操纵机构，所述操纵机构包括驾驶杆、驾驶盘、脚蹬和油门杆。

在一个实施例中，所述接口管理分系统用于完成模拟座舱分系统中驾驶舱的顶部控制板、前方控制板、中央操纵台面板、左操作台和右操作台的信号采集、激励和数据转换传输；所述接口管理分系统还用于实现模拟座舱分系统中操纵机构的电气信号的调理、适配和传输。

在一个实施例中，所述部件仿真模型包括液压系统模型、环控系统模型、燃油系统模型、动力装置模型、辅助动力装置模型、氧气系统模型、环境防护系统模型、控制模型和照明系统模型中的一种或多种；所述控制模型包括起落架控制系统模型和舱门控制系统模型。

在一个实施例中，所述顶部控制板包括以下控制板中的一种或多种：紧急定位控制板、舱内照明控制板、航电启动控制板、飞控系统控制板、液压系统控制板、备份停车控制板、电源系统控制板、发动机启动控制板、燃油系统控制板、外部照明控制板、风挡雨刷控制开关、着陆照明控制板、防火系统控制板、舱音监控控制板、机电管理系统控制板、救生系统控制板、氧气系统控制板、防除冰系统控制板、气源系统控制板、空调系统控制板和压调系统控制板。

在一个实施例中，所述前方控制板包括以下内容中的一种或多种：左告警灯、右告警灯、左显示控制板、右显示控制板、自动飞行控制板、进近告警灯、起落架控制手柄、起落架灯和自动刹车选择板。

在一个实施例中，所述中央操纵台包括以下内容中的一种或多种：停机应急刹车、水平安定面位置指示、多功能显示器、水平安定面配平操纵手柄、减速板手柄、水平安定面配平切断开关、襟翼手柄、左右轨迹球、左右多功能键盘、正常停车开关、襟缝翼超控控制板、无线电调谐单元、灭火控制板、油门操纵台、音频控制板、配平控制板、选择转换板、舱门控制板、驾驶舱空投控制板和电子战控制板。

在一个实施例中，所述左操作台包括正驾驶位氧气面罩控制板、左调光控制板、正驾驶位前轮转弯手柄、左平显控制板、密钥控制盒、时钥控制盒、耳机话简插孔组件。

在一个实施例中，所述右操作台包括副驾驶位氧气面罩控制、右调光控制板、副驾驶位前轮转弯手柄、右平显控制板、氧气截止阀开关、任务加/卸载卡。

在一个实施例中，所述模拟座舱分系统中各控制板、面板和操作台均通过物理仿真件和/或虚拟仿真界面的方式实现。

在一个实施例中，所述飞机仿真分系统中还包括：电气系统模型，用于与液压系统模型、燃油系统模型、动力装置模型、氧气系统模型、起落架系统模型、舱门系统模型和照明系统模型进行数据交互；所述电气系统模型还用于与航电系统模型、飞控系统模型、发动机模型和机电管理系统模型进行数据交互，所述电气系统模型还用于电气控制面板进行状态互联。

在一个实施例中，所述飞机仿真分系统中还包括：燃油系统模型，其用于与发动机模型、辅助动力装置模型、机电管理系统模型、供电系统模型以及燃油控制面板进行数据交互。

在一个实施例中，所述飞机仿真分系统中还包括：起落架收放系统模型，其用于与起落架控制手柄、液压系统模型、供电系统模型和机电管理系统进行数据交互。

在一个实施例中，所述接口管理器，包括：图像生成计算机，通过DVI信号连接前方控制板和中央操纵台；接口计算机，其用于通过网络交换机与前方控制板、中央操纵台、顶部控制板、左操纵台和右操纵台连接。

在一个实施例中，所述接口管理器还包括：电源控制箱，其分别与前方控制板、中央操纵台、顶部控制板、左操纵台和右操纵台连接，用于进行直流供电。

在一个实施例中，所述声音仿真分系统用于模拟飞行飞行中的至少一种声音，包括：环境噪音、机载设备工作噪音、提示音、告警话音和音频信号中的一种或多种声音的叠加。

在一个实施例中，所述告警话音包括语音告警声音，所述机载设备工作噪音包括起落架收放声音、襟翼收放声音、飞机发动机声音、轮胎俯冲跑道时的声音，所述环境噪音包括外部天气环境声音和空调噪声。

在一个实施例中，所述声音仿真分系统与所述飞机仿真分系统连接，用于：获取所述飞机仿真分系统的仿真数据；从所述仿真数据中解析出飞机状态信号和第一激励信号；根据所述飞机状态信号和第一激励信号选择对应的声音进行叠加，以模拟飞机飞行过程中驾驶舱所能感知到的声音。

在一个实施例中，所述声音仿真分系统还用于：获取所述教学终端发送的控制信号；根据所述教学终端发送的控制信号控制所述声音仿真分系统的运行状态。

在一个实施例中，所述声音仿真分系统还用于：获取教学终端发送的第二激励信号；根据所述第二激励信号选择对应的声音与飞机飞行过程中驾驶舱所能感知到的声音进行叠加，以实现教学过程中突发训练。

在一个实施例中，所述第一激励信号包括告警激励信号和导航激励信号，所述飞机状态信号包括飞机飞行状态信号、飞机发动机状态信号和襟翼、起落架状态信号。

在一个实施例中，所述控制信号包括调节音量的的大小、配置声音通道、选择音效、启动、冻结和复位，所述第二激励信号包括打雷激励信号、下雨激励信号、下雪激励信号和大风激励信号。

在第二方面中，本发明还提供了一种用于如前文一个或多个实施例中所述的飞行模拟座舱的空中特情模拟训练方法，包括：接收教员设置的训练内容，所述训练内容包括空中特情环节；根据所述训练内容加载对应构型下的飞机参数，以模拟空中特情环节对应的飞机运行状态；接收学员针对所述空中特情环节的训练操作；根据所述训练操作驱动模拟座舱完成逻辑执行，并输出执行结果，以完成空中特情模拟训练。

在一个实施例中，所述空中特情包括异常气流、暴雨、冰雹、结冰、厚云层遮挡视野或飞机自身故障中的一种或多种。

在一个实施例中，所述空中特情模拟训练方法还包括：获取教员选择的果冻效应的强弱程度；根据所述教员选择的果冻效应的强弱程度对视频图像中的果冻效应进行模拟，以得到模拟结果，所述模拟结果包括飞机在飞行中受外部环境影响所产生的振动情况；将所述模拟结果输出至模拟座舱以进行显示。

在一个实施例中，所述根据所述教员选择的果冻效应的强弱程度对视频图像中的果冻效应进行模拟，以得到模拟结果包括：获取标准图像帧；计算所述当前具有果冻效应的图像中各类别区域的运动矢量与所述标准图像帧之间的所有矢量差；根据所述各类别区域的像素点的数量计算对应的矢量差的权重，并对所述矢量差和相应的权重进行加权求和，以得到整张图像的矢量差；根据所述教员选择的果冻效应的强弱程度调整所述图像对应的矢量差的大小，以调整所述图像中果冻效应的显示效果。

在一个实施例中，所述获取标准图像帧包括：利用光流法或者果冻效应修复软件从当前具有果冻效应的图像中提取对应的标准图像帧。

根据本发明的方案，可以通过将仿真服务器端产生的仿真视频信号和硬线信号等通过总线传输，使得以视频信号和总线上的其他信号一起传输，具有更强的同步性，使得操作更加真实可靠，而仿真服务器端产生的音频信号则单独走线直接传输给音频设备，其所产生的适当延迟与飞行员在模拟飞行时的感觉更加贴近真实情况，有效提升了飞行训练模拟效果。进一步，还可以通过在各部分分别部署对应的分系统等，分系统通过软件和/或硬件组成，从而细化了对该飞行模拟座舱的组成的设置，能够有效提升飞行员在进行模拟训练时的训练效果。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是示意性示出根据本发明的实施例的飞行模拟座舱的示意图；

图2是示意性示出根据本发明的实施例的飞行模拟座舱中各分系统组成的示意图；

图3是示意性示出根据本发明的实施例的飞机仿真分系统的示意图；

图4是示意性示出根据本发明的实施例的左操作台的示意图；

图5是示意性示出根据本发明的实施例的右操作台的示意图；

图6是示意性示出根据本发明的实施例的操纵机构的示意图；

图7是示意性示出根据本发明的实施例的起落架系统与其他系统交联关系的示意图；以及

图8是示意性示出根据本发明的实施例的空中特情模拟训练方法的流程图；

图9是示意性示出根据本发明的实施例的果冻效应模拟训练方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图来详细描述本发明的具体实施方式。

本方案中所提出的飞行模拟座舱是一套半实物仿真系统，可以基于某型飞机驾驶舱布置进行设计，能够用于完成对于该型飞机机电系统驾驶舱区域检查、驾驶舱部件识别、系统驾驶舱显示功能检查、系统通电检查、故障诊断与故障隔离等各种类型的教学培训。基于此，利用本发明中的飞行模拟座舱，可以完成机电专业、航电专业的场外维护科目操作训练。在一些应用场景中，飞行模拟座舱可以完成的实践科目包括但不限于以下内容：

发动机起动、APU起动试车、发动机试车、发动机冷运转、起落架收放检查、发动机防冰系统工作检查、冲压空气涡轮(RAT)液压系统性能检查、座舱增压控制系统人工控制功能检查、燃油系统供输油通电检查、压力加油控制模拟、正常刹车功能检查、前轮转弯系统功能检查、驾驶舱内部照明系统通电检查、燃油系统通电检查、液压系统通电检查、舱门控制系统通电检查、环控系统通电检查、防冰系统通电检查、起落架信号系统通电检查、防火系统通电检查、飞控系统通电检查、外部照明灯通电检查、应急撤离照明系统通电检查、机电管理系统中央维护MBIT及故障信息查看、大气数据分系统操作测试等等。

图1是示意性示出根据本发明的实施例的飞行模拟座舱的示意图。

如图1所示，该飞行模拟座舱包括模拟座舱、仿真服务器端、接口管理器和音频设备，该飞行模拟座舱可以实现与教学终端的连接，从而根据教员在教学终端上发布的训练内容进行模拟，使得学员可以在飞行模拟座舱中进行飞行训练。教学终端，教员在其上进行操作以发布设置训练内容。教学终端可以实现训练科目、训练环境等控制页面的开发，接口驱动开发、过程监控软件的开发等功能，例如训练科目设置、训练环境设置、过程状态监控功能、飞机系统模型初始参数设置。

其中模拟座舱可以用于模拟座舱，并且使学员在其上进行模拟操作。在一些实施例中，模拟座舱可以提供仿真座舱及底座的硬件支撑结构，模拟了驾驶舱地板上正、副驾驶员所在舱段空间布局及驾驶舱内设备。该模拟座舱中可以设置顶部控制板、前方控制板、中央操纵台面板、左操纵台、右操纵台等，以参考驾驶舱内布局进行设计，尺寸和位置可以与飞机大致一致，内部按照1：1的比例布置舱内仿真设备，除一些特定设备(如驾驶杆、驾驶盘、脚蹬、油门杆等)采用物理仿真的形式实现，其他设备均可以采用触摸屏外加设备仿真软件界面的形式实现。

仿真服务器端可以用于提供飞机各种部件的模型。在飞机的仿真服务器端可以在某型飞机仿真模型基础上进行开发，以飞机各系统架构为基础，通过分析系统、附件工作原理、附件工作特性及数学模型，采用数字仿真、数据处理等手段实现飞机各系统工作原理、工作流程仿真。在系统设计阶段，可以应用不同领域的仿真软件建立飞机系统内不同子系统(如发动机、液压、燃油、起落架、防除冰、飞行动力学等)的模型，并通过协同仿真技术将仿真软件建立的模型有效集成，协同仿真及优化设计，并进行动态仿真分析，充分考虑子系统之间的交联影响，优化各飞机子系统设计参数，以实现飞机系统全局优化的目标，为飞机综合管理系统设计提供依据。在一些实施例中，可以基于该逻辑架构，实现对Matlab/Simulink、Flisim、AMESim软件开发的相关模型进行统一调度，例如通过设置一套标准化接口完成对各模型的统一调度。

进一步，还可以进行飞机系统及特殊情况仿真模型初始状态参数的设置，以进行特情训练。

串行总线连接上述教学终端、仿真服务器端，并且通过一个接口管理器连接模拟座舱。串行总线用于进行教学终端、仿真服务器端和模拟座舱之间的数据交互。在一些实施例中，该接口管理器可以完成驾驶舱内顶部控制板等的控制信号的采集、激励和传输，并实现驾驶杆、驾驶盘等设备的电气信号的调理、适配和传输，从而保证该飞机座舱模拟系统在训练过程中的实时性和有效性。在一个应用场景中，上述模拟座舱通过视频信号、以太网信号和硬线信号与接口管理器通信连接。驾驶舱内的控制盒、轨迹球等可以输出以太网信号，并通过接口管理器传输至串行总线上。基于此，模拟座舱中的各设备可以通过以太网、1394网络等与仿真服务器端中的各仿真分系统连接，以太网传递控制数据以及部分反正数据，1394网络传递时钟数据和主要仿真数据。

该串行总线可以为1394总线，可以实现时钟同步和仿真调度。1394总线是在IEEE-1394b的基础上建立的面向航空领域的总线标准，是对IEEE-1394b协议进行确定性、实时性和可靠性的约束，以保证IEEE-1394b总线能够满足航空、航天等高安全等级领域的应用需求。由于系统采用实时分布式仿真架构，其同步时钟采用1394网络时钟以基频率通过数据传输网络传播的方式，各仿真模型可以根据其自身模型求解周期及接收的时钟信号判断是否进行仿真求解。

1394总线以节点为单位组成通信网络，包括总线控制计算机(Control Computer，简称CC)节点、远程节点(Remote Node，简称RN)、总线监控节点(Bus Monitor，简称BM)、1394连接器和线缆。总线上各个节点之间通过1394线缆连接，1394总线线缆是一种物理通信媒介，是网络信号传输的载体。1394线缆通过连接器与模块进行连接，通过连接器实现不同子系统的中转接口。当节点之间距离过长时，会导致传输信号衰减过大，由此可以通过1394总线中继器来完成信号的增强。基于此，该系统中的实时性可以由主时钟的精度、数据网络传输特性及操作系统等共同决定。

具体地，上述仿真服务器端将仿真形成的仿真视频信号通过接口管理器输送到模拟座舱，仿真服务器端将仿真形成的仿真音频信号输送到音频设备，其中音频设备与模拟座舱搭配使用。在一个应用场景中，仿真视频信号通过总线传输，而仿真音频信号则通过单独进行传输和播放。通过这种方式将同步性要求不同的信号进行了区分，总线上的仿真视频信号与以太网信号、硬线信号一起，具有更好的同步性，能够使得用户体验更加贴近真实情况。而音频信号则允许有一定的延迟，这与飞行员在模拟飞行时的真实感觉更为接近，音频信号相对视频信号较慢。基于此，可以将音频信号独立传输，一方面有效节省了总线资源，降低了传输压力，另一方面能够使模拟效果更加贴近实际，提升学员的训练体验。

在实际操作中，教员可以通过教学终端控制整个飞行模拟座舱中的设备的上下电、模拟系统的启动、停止、复位等操作，并完成训练环境设置、飞机系统模型参数初始设置，并能够在培训过程中进行状态监控。学员通过操作模拟座舱中的仿真设备完成训练。操作信号通过接口管理器发送至仿真服务器端，由仿真服务器端根据学员操作驱动机电、航电、飞控等模型，完成对应的逻辑执行，并生成对应的结果状态。将前述模型执行后的结果状态通过接口管理器和音频设备传递至模拟座舱中对应的状态指示信号中，完成本次培训过程。

以上结合图1对本发明中的飞行模拟座舱的基础架构和工作原理进行了说明，接下来将结合每个部分不同组成形式进行详细阐述。

图2是示意性示出根据本发明的实施例的飞行模拟座舱中各分系统组成的示意图。

如图2所示，该模拟座舱部署有模拟座舱分系统，接口管理器部署有接口管理分系统，仿真服务器端部署有软件集成与环境运行分系统、声音仿真分系统以及飞机仿真分系统，教学终端部署有教学管控分系统。

其中，软件集成与环境运行分系统，用于对各个分系统进行调度，控制各个分系统之间的数据交互，以及控制接口管理分系统与飞机仿真分系统之间的通讯。在一些实施例中，该软件集成与环境运行分系统的主要功能例如可以包括以下几个方面：

a)能够添加/删除网络计算节点，并对各仿真分系统的计算节点状态进行监控。

b)将各分系统最新的仿真软件或模型进行远程部署在各计算节点中。

c)远程运行各仿真节点的模型或软件，并对所有仿真模型的运行状态进行监控。

d)采用1394网络实现时钟同步和数据传输(仿真调度)，时钟抖动小于5ms。

e)实时监控仿真网络数据传输。

模拟座舱分系统，用于支持模拟座舱的硬件，将学员的操作转化为硬线信号或者以太网信号，传输到所述接口管理分系统，以及接受接口管理分系统传输的视频信号以用于图像显示。具体地，该模拟座舱分系统可以提供逼真的飞机驾驶员模拟座舱。座舱尺寸、内部布局与被模拟飞机一致，能够模拟仪表、显示器、指示器、灯、开关、按钮以及操纵装置，可以将其外观、尺寸、安装位置、指示标牌、功能及工作极限条件，仪表工作模式、操作方式、操作特性等与飞机一致。在一个应用场景中，模拟座舱分系统可以包括驾驶舱内的顶部控制板、前方控制板、中央操纵台面板、左操作台、右操作台以及操纵机构，操纵机构包括驾驶杆、驾驶盘、脚蹬和油门杆。

在一个应用场景中，以某型飞机座舱为仿真对象，该模拟座舱仿真分系统可以包括模拟座舱舱体、操纵机构功能(包括驾驶杆、驾驶盘、脚蹬)、设备控制盒/板(包括仪表板操纵台、顶部操纵台、中央操纵台、左侧操纵台及右侧操纵台)及其他辅助设备(包括座椅、头戴耳机等)。

前述飞行模拟座舱内各部件设置可以采用实物仿真件进行模拟，也可以采用触摸屏的方式作为其硬件设备操控界面，以实现对设备的仿真。例如驾驶杆、驾驶盘、脚蹬等设备采用实物仿真件模拟。其他面板设备采用触摸屏的方式作为其硬件设备操控界面，通过在触摸屏界面开发设备控制盒/板的软件功能界面，从而实现硬件设备的仿真。各部分结构设置将在下述图4至图7的示例性方案中详细说明。进一步，为了方便维修和后期改装，可以将上述舱体和控制盒等部分采用模块化设计，并尽量保证可靠性和仿真度。同时由上述操纵机构等产生的硬线信号可以采用以太网通讯的方式进行数据传输，以提高数据传输效率、可靠性和维修性。

飞机仿真分系统，用于运行飞机的至少一种部件仿真模型。飞机仿真分系统是飞机座舱模拟系统的核心，能够体现系统培训过程的逼真度和训练效果。飞机仿真分系统可以根据系统的工作原理进行开发，例如可以开发飞机动力装置、辅助动力装置、燃油系统、液压系统、环控系统等仿真模型。通过该飞机仿真分系统，可以提供图形化环境，能够定义飞机起飞重量、油量、中心等参数信息，并提供典型飞机飞行动力学模型以嵌入到仿真系统中，与前文及后文中的各模型协同仿真，为各模型提供环境数据激励。

声音仿真分系统，用于模拟飞行飞行中的至少一种声音。在一些实施例中，声音仿真分系统可以模拟飞机在地面滑跑、起飞、空中飞行、下降、进场着陆等各阶段，飞行人员在驾驶舱内可感受到声音，包括环境噪音、机载设备工作噪音、提示音、告警话音等。在实际应用过程中，声音数据库中存储有飞机飞行过程中的各种声音。该声音仿真分系统可以接收仿真网络中的数据(例如飞机仿真系统中的仿真数据、教学管控分系统中输入的控制命令等)，通过对数据的解析及逻辑处理得到当前要播放的声音列表，然后根据列表从声音数据库中调用相应的声音文件进行播放，最终通过音频设备进行播放。播放的声音可以是一种声音也可以是多种声音的叠加，从而模拟真实环境中的声音。

在一些实施例中，上述声音仿真分系统可以用于模拟飞行飞行中的至少一种声音。这些声音可以包括：环境噪音、机载设备工作噪音、提示音、告警话音和音频信号中的一种或多种声音的叠加。其中，告警话音包括语音告警声音，机载设备工作噪音包括起落架收放声音、襟翼收放声音、飞机发动机声音、轮胎俯冲跑道时的声音，环境噪音包括外部天气环境声音和空调噪声。

在一些实施例中，声音仿真分系统与所述飞机仿真分系统连接，可以用于获取所述飞机仿真分系统的仿真数据。然后从仿真数据中解析出飞机状态信号和第一激励信号。根据飞机状态信号和第一激励信号选择对应的声音进行叠加，以模拟飞机飞行过程中驾驶舱所能感知到的声音。

进一步，上述声音仿真分系统还与教学管控分系统连接，用于：获取教学管控分系统发送的控制信号。根据教学管控分系统的控制信号控制声音仿真分系统的运行状态。

在一些实施例中，声音仿真分系统还用于：获取教学管控分系统发送的第二激励信号。根据第二激励信号选择对应的声音与飞机飞行过程中驾驶舱所能感知到的声音进行叠加，以实现教学过程中突发训练。

具体地，第一激励信号包括告警激励信号和导航激励信号，飞机状态信号包括飞机飞行状态信号、飞机发动机状态信号和襟翼、起落架状态信号。控制信号可以包括调节音量的的大小、配置声音通道、选择音效、启动、冻结和复位，第二激励信号包括打雷激励信号、下雨激励信号、下雪激励信号和大风激励信号。

根据上述各分系统设置，可以通过设置各分系统中的参数实现各种飞行状态的模拟。具体地，通过接收教员在教学终端设置的参数信息，教学管控分系统可以用于设置飞机的至少一种部件仿真模型的初始参数。例如可以进行训练环境设置(例如包括机场条件设置、航线环境设置、气象条件设置、活动目标设置等)、训练科目设置(例如训练飞机设置、飞行任务设置、故障设置、故障清除等)、接口设置(例如音响通话设置、频率设置和塔台设置)、过程状态监控(飞机数据监视、操纵数据监视、运动数据监视、接口数据监视等)、飞机系统模型初始参数设置(飞机重量设置、开始/停止、冻结/解冻、复位等)、记录存储以及学员考核评估(例如学员信息管理、考核手动评判和系统维护管理)等功能。

接口管理分系统，用于进行数据转换传输。接口管理分系统包括信号处理与接口适配单元、系统仿真调度软件模块。接口管理分系统是训练系统的数据转换和传输的中心，负责飞机仿真训练系统内部数据与座舱硬件接口之间的调理、传输和适配。信号处理与接口适配单元用于完成驾驶舱顶控板、前方控制板、中央操作台、左操作台、右操作台的电气信号采集以及灯信号驱动功能。驾驶舱操作台上的电气信号基本包括离散量、模拟量以及部分总线信号。在一些实施例中，通过上述连接方式，接口管理分系统用于完成模拟座舱分系统中驾驶舱的顶部控制板、前方控制板、中央操纵台面板、左操作台和右操作台的信号采集、激励和数据转换传输。接口管理分系统还用于实现模拟座舱分系统中操纵机构的电气信号的调理、适配和传输。

由于驾驶舱内的设备模块繁多，每个控制板都包含多种电气信号以及驱动信号。因此本系统将每一个控制板作为一个基础单元进行信号处理及接口适配，对外以网络信号的方式与飞机系统仿真分系统、教学管控分系统等进行交互。同时，虚拟座舱的航电仿真部分需要仿真图像融合功能，因此信号处理与接口适配单元需要获取视频信号，经传输后在设备上显示。网络信号用以采集控制数据交互，设备通过网络定时将自身状态上传至接口计算机，接口计算机通过网络发送控制信号至各设备。

图3是示意性示出根据本发明的实施例的飞机仿真分系统的示意图。

如图3所示，飞机仿真分系统包括综合处理软件和DDS软总线。综合处理软件通过DDS软总线与部件仿真模型、算法模型和飞行动力学模型进行数据交互。通过基于DDS的分布式实时仿真软总线能够有效的将不同计算机上的多种仿真软件进行连接，同时能够进行统一的仿真管理，包括数据可靠通信及时间推进机制，在不同仿真软件之间共享接口数据，以实现系统仿真分析。在一些实施例中，部件仿真模型可以包括液压系统模型、环控系统模型、燃油系统模型、动力装置模型、辅助动力装置模型、氧气系统模型、环境防护系统模型、控制模型和照明系统模型中的一种或多种。控制模型包括起落架控制系统模型和舱门控制系统模型。

在一些实施例中，上述飞机仿真分系统可以用于运行飞机的至少一种部件仿真模型，包括：接收模拟座舱分系统的操控信号和教学管控分系统的模型初始参数，运行相应的设置仿真模型，输出数据到其他分系统，其中操控信号由学员通过操纵模拟座舱产生。

在一些实施例中，上述仿真接口可以包括AMESim接口、Simulink接口和FlightSim接口。部件仿真模型通过AMESim接口和Simulink接口与DDS软总线连接，算法模型通过C/C++接口与DDS软总线连接，飞行动力学模型通过FlightSim接口与所述DDS软总线连接。

综合处理软件包括飞行管理软件，中央告警软件和中央维护软件。

飞行管理软件主要实现飞机导航、飞行计划管理，性能计算，轨连优化、引导功能、空投任务计算、数据库管理，综合监测和告警等功能。其主要任务是优化飞行轨迹、提高导航精度、降低飞行员驾驶负担，从而确保高效率地完成任务。飞行管理软件可以利用传感器输入的有关导航和飞机状态数据，在导航数据库、性能数据库提供的参考数据基础上，实时进行飞行引导计算，辅助飞行员控制飞机的飞行轨迹，使其按照预先制定的飞行计划和当前选择的性能模式飞行。

综合处理软件中的飞行管理系统模型(以下简称FM)由一套运行于综合处理机(IPC)内通用处理模块(CPM)上的应用软件(FMSA)和为其提供功能支持的其它分系统组成。FMS以显示控制分系统(以下简称CDS)提供的模拟控制显示单元(SCDU)、导航显示(ND)、主飞行显示(PFD)、键盘等作为主要的人机界面；以惯性/卫星组合导航设备(INS)、大气数据设备(ADC)、无线电导航设备和机电管理计算机(EMP)等作为导航传感器和飞机状态传感器，以自动飞行控制系统(AFCS)作为飞行的主要执行部件。此外，FMSA还通过加卸载设备来更新导航数据库和性能数据库内容，并且可以卸载飞行员数据库内容。

飞行管理系统模型为飞行员完成整个飞行任务提供支持，包括引导、与飞行过程有关的信息计算等。具体地，该飞行管理系统模型可以模拟以下功能：综合导航管理、飞行计划管理、性能计算、引导、军用任务管理、数据库管理以及综合监控与告警。与之对应地，根据功能划分，该飞行管理系统模型可以划分为以下几类接口：综合导航控制接口、飞行计划编辑接口、性能设置接口、控制接口(抑制、转换和截获等)和数据库接口。

基于上述接口设置，飞行管理系统功能接口交联关系以及飞行管理系统功能划分和功能之间的依赖关系包括如下内容：

a)通过飞行计划编辑接口完成飞行计划编辑管理功能，依赖于导航数据库管理功能完成飞行计划的编辑，该数据库可以通过数据库接口完成对其他功能的支持；b)通过控制接口设置完成水平驾驶功能，水平驾驶根据飞行计划和综合导航功能提供的飞机参数，进行水平引导；c)综合导航进行飞机位置以及飞机速度、高度等参数计算；d)航迹规划用于根据当前进程生成飞机三维航迹；e)飞机基本性能计算用于确定飞机平台本身在各种条件下的性能参数；f)垂直驾驶用于控制飞机高度使之满足飞行计划的垂直约束要求；g)在计算出的飞机三维航迹的基础之上，可以计算HSD信息、燃油到点时间信息；h)接口符号，代表了CDS可以对某个功能的执行过程进行控制。

中央告警软件接收来自飞机内部各系统/设备的故障告警信息、飞机本身构型告警信息和飞机外部的威胁告警信息(危险级、警告级、注意级，咨询级、提示级)，进行告警信息逻辑处理和优先级排序，驱动灯光告警，驱动显示处理单元显示告警信息，驱动音频设备产生语音/音调告警，接收处理告警类型包括电子支援侦察设备，近地告警设备等输出的威胁告警，飞控、发动机、液压、环控等机内系统/设备输出的故障告警，飞机构型告警等。

中央维护软件实现飞机系统故障信息处理、存储、检索、显示调用逻辑，地面测试操作流程，状态监控操作流程，软硬件配置管理识别、数据加载操作流程等基本功能。

中央维护系统可以通过上述中央维护软件构成，该中央维护系统与各系统的交联关系包括以下内容：中央维护系统软件可以使用左右多功能飞行显示器显示维护信息，用打印机或数据链向外部传送数据。还可以与航电系统以及非航电系统连接、例如可以接收空调系统、自动飞行系统、防火系统、燃油系统、起落架系统、照明系统、导航系统、氧气系统、辅助动力系统、发动机系统等LRU(航线可更换单元)故障，并显示故障LRU名称。

本发明中的飞机仿真分系统中还包括惯性导航系统模型(以下内容中简称惯导系统模型)。惯性导航系统是训练器的参数解算系统，实现全天候、全姿态、自主式导航系统，具有对准、导航、导航数据输出功能。该系统模型可以接收飞机方程输出的原始加速度和角速度，接收来自GPS子系统的卫星信息和大气数据信息，通过HB6096仿真接口输出飞机的位置、航向、姿态、速度、加速度、角速度、高度、全球磁差和时间等信息，供飞机导航计算、数据显示、飞行控制、参数记录和空投空降使用。

该惯性导航系统可以与主飞控系统、自动飞控系统、远程数据集中器(RemoteData Concentrator，简称RDC)、分散处理单元(Distributed Processing Unit，简称DPU)相连。惯性导航系统中可以包括惯性卫星组合导航1、惯性卫星组合导航2和惯性卫星组合导航3。上述2个惯性卫星组合导航分别与主飞控系统、自动飞控系统、RDC、DPU交联。

与上述发动机系统(模型)交联的外部系统可以由飞控系统、航电系统、供电系统、液压系统、环控系统、燃油系统、防火系统等模型。

进一步，上述飞机仿真分系统，还用于运行大气数据模型，大气数据模型用于提供基于大气数据解算得到的飞行参数。在一些实施例中，大气数据模型还用于接收教学管控分系统设置的相应参数和飞机仿真分系统解算得到的传感器信息，进而计算飞控参数，由飞机仿真分系统进行进一步运算。该大气数据模型可以包括以下软件模块：数据控制器、模型控制器、数据处理器和传感器控制器。该大气数据模型通过接收教学管控分系统设置的环境温度以及飞行系统中飞机模型解算出来的全压、静压、攻角和侧滑角信息，经过传感器模型后将这些数据作为输入送给大气数据计算机仿真模块，经过阶段得到真空速、指示空速、马赫数、气压高度、修正气压高度、垂直速度等，最终把这些数据发送至各飞行动力学模型中进行计算，以进行飞行数据显示。

以上对各仿真分系统中的软件仿真部分进行了详细说明，并说明了飞机仿真分系统中通过各种功能模型的配合实现飞机结构仿真的内容。接下来将针对模拟座舱分系统中各部分软硬件组成的面板进行阐述。

在一些实施例中，模拟座舱分系统中各控制板、面板和操作台均通过物理仿真件和/或虚拟仿真界面的方式实现。

顶部控制板可以包括以下控制板中的一种或多种：紧急定位控制板、舱内照明控制板、航电启动控制板、飞控系统控制板、液压系统控制板、备份停车控制板、电源系统控制板、发动机启动控制板、燃油系统控制板、外部照明控制板、风挡雨刷控制开关、着陆照明控制板、防火系统控制板、舱音监控控制板、机电管理系统控制板、救生系统控制板、氧气系统控制板、防除冰系统控制板、气源系统控制板、空调系统控制板和压调系统控制板。

前方控制板包括以下内容中的一种或多种：左告警灯、右告警灯、左显示控制板、右显示控制板、自动飞行控制板、进近告警灯、起落架控制手柄、起落架灯和自动刹车选择板。

中央操纵台包括以下内容中的一种或多种：停机应急刹车、水平安定面位置指示、多功能显示器、水平安定面配平操纵手柄、减速板手柄、水平安定面配平切断开关、襟翼手柄、左右轨迹球、左右多功能键盘、正常停车开关、襟缝翼超控控制板、无线电调谐单元、灭火控制板、油门操纵台、音频控制板、配平控制板、选择转换板、舱门控制板、驾驶舱空投控制板和电子战控制板。其中，停机应急刹车、水平安定面位置指示、多功能显示器、水平安定面配平操纵手柄、减速板手柄、襟翼手柄、左右轨迹球、左右多功能键盘均可以采用物理仿真件实现，并且均在多功能显示器周围布置。而其他部分在触摸屏中通过软件界面仿真实现。

如图4所示，左操作台包括正驾驶位氧气面罩控制板、左调光控制板、正驾驶位前轮转弯手柄、左平显控制板、密钥控制盒、时钥控制盒、耳机话简插孔组件。其中耳机话筒插孔组件采用物理仿真件实现，其他则可以通过触摸屏中软件界面仿真实现。

如图5所示，右操作台包括副驾驶位氧气面罩控制、右调光控制板、副驾驶位前轮转弯手柄、右平显控制板、氧气截止阀开关、任务加/卸载卡。另外，还包括耳机话筒插孔组件，以用于为副驾驶位提供语音通话功能设备。

如图6所示，在该驾驶舱中还设置有驾驶杆机构、驾驶盘机构和脚蹬机构，这些均可以通过物理仿真件实现模拟。

在一些实施例中，本发明的方案中还模拟了对该飞机座舱模拟系统进行供电的供电系统模型，包括电气系统模型、燃油系统模型等。

基于此，上述飞机仿真分系统中还包括：电气系统模型，用于与液压系统模型、燃油系统模型、动力装置模型、氧气系统模型、起落架系统模型、舱门系统模型和照明系统模型进行交联，以实现数据交互。电气系统模型还用于与航电系统模型、飞控系统模型、发动机模型和机电管理系统模型进行数据交互，电气系统模型还用于电气控制面板进行状态互联。

进一步，飞机仿真分系统中还包括：燃油系统模型，其用于与发动机模型、辅助动力装置模型、机电管理系统模型、供电系统模型、教学管控分系统以及燃油控制面板进行数据交互。进一步，该燃油系统模型还与燃油控制面板交联，以实现燃油控制。

燃油系统正常情况下，各个交流主电源通道独立工作，交流发电机仅向本通道的发电机汇流条和交流主汇流条供电。当某一通道发生故障时，系统能够自动进行隔离和保护，由同侧另一发电机向这一侧的两个发电机汇流条和交流主汇流条供电。当同侧两个通道均出现故障时，如果辅助发电机未工作，则通过供电控制管理子系统的供电转换控制功能，实现另一侧两台发电机向本侧两个交流主汇流条的供电：如果辅助发电机投入工作，则由辅助发电机向本侧的两个发电机汇流条和交流主汇流条供电。

上述飞机仿真分系统中还包括：起落架收放系统模型，其用于与起落架控制手柄、液压系统模型、供电系统模型和机电管理系统进行数据交互。

如图7所示，该起落架收放系统模型与飞机座舱模拟系统中其他系统交联关系包括：起落架收放系统模型与起落架信号灯盒连接，用于显示起落架位置信息。该起落架收放系统模型还可以与近地告警系统、SCU、BCU、EMP、DAP、油门台反推解锁装置、发电机控制装置等连接，以根据轮载信息实现相应的功能。该起落架收放系统模型还与起落架控制手柄、液压系统、供电系统和EMS连接，从而接收相应的控制信号的电源信号，并实现相应的功能。

在一些实施例中，上述接口管理器，包括图像生成计算机和接口计算机。图像生成计算机，通过DVI信号连接前方控制板和中央操纵台。接口计算机用于通过网络交换机与前方控制板、中央操纵台、顶部控制板、左操纵台和右操纵台连接。该接口管理器还包括电源控制箱，将该电源控制箱分别与前方控制板、中央操纵台、顶部控制板、左操纵台和右操纵台连接，用于进行直流供电。

图8是示意性示出根据本发明的实施例的故障模拟训练方法的流程图。

如图8所示，在步骤S801处，接收教员设置的训练内容，所述训练内容包括空中特情环节。在实际应用中，教员可以通过教学终端登录系统总控和训练设置软件，在按照教学大纲要求完成演示和讲解的同时，设定好训练科目和训练环境等，同时可以根据空中特情的训练要求，设置对应的飞行状态参数，使得飞行模拟座舱能够模拟空中特情下的设备状态。在一些实施例中，空中特情包括异常气流、暴雨、冰雹、结冰、厚云层遮挡视野或飞机自身故障中的一种或多种。

在一些实施例中，该针对空中特情对应的训练科目、训练环境的设置，可以在训练前进行提前设置，也可以在训练过程中进行设置。例如在训练前，教员可以通过教学终端将该飞行训练过程中各时间节点可能发生的情况进行预先设置，从而使得该飞行模拟座舱在设定的时间改变模拟状态，以实现控制特情训练。也可以通过教员提前设置训练科目和训练环境，该训练科目中此时不包括空中特情环节，在训练的过程中教员可以通过教学终端实时设置空中特情环节，从而实现对学员在空中特情下的操作训练。

在步骤S802处，根据训练内容加载对应构型下的飞机参数，以模拟空中特情环节对应的飞机运行状态。仿真服务器端在接收到教学终端设置的训练科目和训练环境等信息后，可以通过加载其中的各数据模型，完成对训练科目对应的飞机运行状态的调整和模拟，并向模拟座舱等输送对应的控制信号，以模拟飞机运行状态。在一些实施例中，该空中特情可以包括飞机中某些设备的故障。教员可以根据实际训练要求选择对应的空中特情环节。例如选择的是飞机分系统的故障。根据选择完成对飞机各分系统的故障进行设置，以模拟飞机的故障运行状态。仿真服务器端中的各分系统可以根据设置的故障向飞机仿真系统中注入对应的故障信息，从而模拟该故障状态下的飞机。

在步骤S803处，接收学员针对空中特情环节的训练操作。学员在教员讲解的过程中查看工作过程演示，根据教员设置的训练科目，通过查看综合仪表软件和视景显示软件的显示内容，操作自动驾驶仪控制板、状态选择板和武器操作员操作板这3个座舱模拟面板，完成训练科目的操作过程(教员在学员按照训练科目进行操作前和操作过程中，选择通过故障分析模块注入各种不同类型的系统故障，学员可以根据故障现象，学习如何进行故障分析和排故)。

在步骤S804处，根据训练操作驱动模拟座舱完成逻辑执行，并输出执行结果，以完成空中特情模拟训练。

在一些实施例中，该飞行模拟座舱可以根据学员的训练操作，模拟执行相应的功能，并可以直接在飞行模拟座舱中对学员的操作所带来的结果进行展示。例如学员执行飞机降落过程中的制动系统，对应显示飞机速度等信息。教学终端中的系统总控和训练设置软件记录学员的操作过程数据。教员查看软件记录的数据，对学员操作过程进行评价。

以学员执行航线飞行过程中的空中特情训练为例，教员通过教学终端制定航线，飞行模拟座舱中的仿真服务器端根据接收到的航线信息加载系统参数，以进行飞机状态和飞行航线对应的环境模拟。例如，可以根据某航线中不同地区的地形、海拔、天气情况等，模拟出对应的飞行效果，并在该飞行模拟座舱前方的显示板中进行显示。

然后，学员在系统加载成功后，即可按照要求的操作流程，模拟飞行控制操作。该飞行控制操作例如可以是操作位于飞机座舱内的各个控制板(例如油门操纵台、舱门控制板、无线电调谐单元等)、物理仿真件(驾驶杆机构、驾驶盘机构和脚蹬机构)等，从而模拟飞机运行过程中的各种操作。

接着，该飞行模拟座舱中可以根据预设的训练科目中对应的空中特情环节模拟对应的飞机运行状态，例如飞机突遇“液压系统故障”，此时飞机中与液压系统模型关联的其他模型或设备，将调整至设定的状态。此时学员需要按特情处置预案在飞行模拟座舱内执行相应的操作，以操纵飞机平稳运行或安全降落，实现对学员快速分析判断和空中排除故障能力的训练。

在一个应用场景中，教员在学员执行航线飞行训练的过程中，在教学终端输入液压系统B故障的空中特情环节，此时飞行模拟座舱中各分系统将配合模拟液压系统故障后的一系列设备反应。学员此时可以按照要求执行相应的液压系统故障应对策略。

由于液压系统B系统失效，此时飞行模拟座舱中主驾驶位的学员1和副驾驶位的学员2决定备降ZZZ机场。副驾驶操纵飞机在35000英尺高度平飞大约5分钟，目视气象条件良好，飞行平稳。自动驾驶B系统断开，飞机开始出现问题，副驾驶接管飞机开始手动飞行。大约30秒后，飞机液压系统主警告灯亮。经过查看头灯面板，当时只有飞行控制B系统压力低灯亮，接着15-30秒后，B系统电源灯和发动机液压泵压力低灯都亮了。学员A和/或学员B开始在快速检查单中查看关于“B系统失效”的检查单，向ZZZ1机场空管请求优先降落，并要求他们等待主副驾驶的消息。此时飞机在ZZZ机场西北方向约80英里处。副驾驶检查ZZZ机场的天气情况，符合目视飞行规则，风速约为200/15(与跑道XX对齐)。

学员1或学员2通知空管要备降到ZZZ机场。在下降过程中先后完成了快速检查单和非常规着陆注意事项清单中的步骤。通过在ACARS发送了7700(紧急情况)代码，并请求机场救援和消防响应。后续备用襟翼展开、进近和着陆都很顺利，由于副驾驶操纵B737机型的飞行时间少于50小时，主驾驶的学员1可以接管飞机执行进近和着陆。控制飞机沿着跑道(在XX滑行道和XY滑行道之间)推出了约7000英尺。

飞机救援和消防进行了目视检查，并使用他们的设备检查了刹车温度，在符合移动条件的情况下，主副驾驶被允许继续滑行到登机口。副驾驶执行了飞行后检查，没有发现任何明显的液体泄漏(飞机着陆后B系统大约72％满载)。通过这一过程完成了“液压系统B故障”的空中特情训练过程。

进一步，该飞行模拟座舱中的各分系统还可以广泛收集各类空中特情处置案例，同时基于训练过程合理调整案例内容，以便于教员和学员采取情景式、实景化复盘等方法，组织技术研究。学员还可以通过登录系统总控和训练设置软件，查看系统记录的数据和教员评价，进行纠错和总结。

利用上述飞行模拟座舱，一方面可以实现对学员进行各方面的飞行训练，另一方面也可以熟悉账务飞机机动和综合飞机操控。通过上述训练过程，可以使得学员快速熟悉正常飞行程序，能够熟练完成飞行准备和正确实施飞行程序。掌握飞机状态的保持和飞行数据的处理，能够正确地对飞机实施所要求的飞行操纵，及时地发现飞行偏差和实施偏差修正。熟悉起落航线程序和目测落地，能够实施完整的正常起落航线飞行，熟悉管制机场的无线电通讯程序。熟悉仪表导航、进离场进近程序飞行，实践仪表思想和仪表技能，熟练掌握仪表飞行程序方法，熟悉非精密进近和精密进近飞行程序及飞行方法。掌握转场航线飞行程序，能够制定航线飞行计划，实施航线飞行程序，熟悉航路ATC通讯程序，了解应急飞行程序。了解飞行指引仪与自动驾驶仪实施飞行的程序和方法。了解仪表飞行模拟训练与飞行实践的区别与联系。

上述训练过程中还包括学员对视频图像显示中的果冻效应的适应程度的训练。如图9所示，在步骤S901处，获取教员选择的果冻效应的强弱程度。

针对飞机各分系统可能出现的故障的选择包括果冻效应的强弱程度。例如在教学终端中，可以对应设置果冻效应的选择开关和调节开关，调节开关可以采用旋钮式开关，从而实现对果冻效应的程度的无极调节。在根据教员的选择完成对飞机各分系统的故障进行设置，以模拟飞机的故障运行状态时，首先，获取教员选择的果冻效应的强弱程度。然后，根据教员选择的果冻效应的强弱程度对视频图像中的果冻效应进行模拟，以得到模拟结果，该模拟结果包括飞机在飞行中受外部环境影响所产生的振动情况。最后，将模拟结果输出至模拟座舱分系统以进行显示。

上述模拟过程可以采用以下方式实现，具体地，在步骤S902处，获取标准图像帧。在步骤S903处，计算当前具有果冻效应的图像中各类别区域的运动矢量与所述标准图像帧之间的所有矢量差。然后，在步骤S904处，根据各类别区域的像素点的数量计算对应的矢量差的权重，并对矢量差和相应的权重进行加权求和，以得到整张图像的矢量差。在步骤S905处，根据教员选择的果冻效应的强弱程度调整所述图像对应的矢量差的大小，以调整所述图像中果冻效应的显示效果。最后，在步骤S906处，将模拟结果输出至模拟座舱分系统以进行显示。

可以理解的是，教员进行果冻效应的程度选择时，该调节开关与上述矢量差的大小相对应，每个矢量差分别表示图像中果冻效应与标准图像之间的偏离程度，从而通过调节该矢量差的大小，实现果冻效应程度的选择。

在一个应用场景中，针对视频图像中果冻效应进行模拟和可调控制，能够分级别或者逐渐增加，从而能够将果冻效应调节至学员可以适应的程度。

在实际应用过程中，由于采用的图像本身便存在果冻效应，因而需要先从该图像中提取出对应的标准图像帧，即不包含果冻效应的标准图像。在一些实施例中，利用光流法或者果冻效应修复软件，可以获得当前具有果冻效应的图片所对应的标准图像帧。通过计算当前图片中各类别区域的运动矢量与标准图像帧之间的整体矢量差，利用该整体矢量差的大小来调节果冻效应的程度。具体地，以图片中各类别区域的像素点数量(即面积)为基准计算对应的矢量差的权重，对矢量差和相应的权重进行加权求和获得最终整张图像的矢量差，利用该矢量差可以使得图像中产生对应程度的果冻效应，从而实现通过调节矢量差的大小来对果冻效应的动态调控。

在一些实施例中，调节果冻效应的过程可以通过以下方式实现：

对采集到的带有果冻效应的视频帧图像进行二值化，然后计算各前后连续图像的帧差，帧差越大代表果冻效应越明显。由于场景在运动的过程当中图片中会有新的景物进入，会导致仅通过帧差来判断果冻效应并不准确，因此，本方案中引入最近邻密度，并且不同于传统的方法中通过距离计算最近邻密度，本方案中通过计算帧差后各像素之间的灰度值作为最近邻密度的指标。

计算每张图像中像素点灰度值的最近邻密度，其中每个点的异常分数LOF(LocalOutlier Factor，局部异常因子算法)接近1，则说明样本点p的局部密度跟邻居的接近。若异常分数LOF小于1，表明p处于一个相对密集的区域，不像一个异常点。若异常分数LOF远大于1，表明p跟其他点比较疏远，很可能是一个异常点。由此，可以实现对各像素点按照灰度值进行聚类，即灰度值一致或者很接近的像素点会处于相似的局部密度中。

其中，在计算最近邻密度的过程中将每张图像中具有相同或接近的灰度连通域的作为一个目标类别，即灰度值相近但是像素点不相连的区域会被区分为不同的目标类别。

针对前后图像帧中的目标类别取并集，并通过目标类别的并集区域内像素之间的整体运动矢量，可通过EPZS(Enhance Predictive Zonal Search)增强预测区域搜索算法进行运动矢量的计算。接着，再次通过k近邻密度对相同或相似的运动矢量进行归并，获得具有不同运动矢量的不同类别。另一方面，通过光流法或者果冻效应修复软件获得当前具有果冻效应的图片所对应的标准图像帧，并计算各类别区域的运动矢量与标准图像帧之间的整体矢量差。

最后，以各类别区域的像素点数量(即面积)为基准计算对应的矢量差的权重，对矢量差和相应的权重进行加权求和获得最终整张图像的矢量差，最终实现通过调节矢量差的大小来对果冻效应的动态调控。

虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本发明的过程中，可以采用本文所描述的本发明实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本发明的保护范围，并因此覆盖这些权利要求保护范围内的模块组成、等同或替代方案。

Claims (36)

1.一种飞行模拟座舱，其特征在于，包括：

模拟座舱，用于模拟座舱，并且使学员在其上进行模拟操作；

仿真服务器端，用于提供飞机各种部件的模型；

串行总线，连接所述仿真服务器端，并且通过一个接口管理器连接所述模拟座舱，以完成仿真服务器端和模拟座舱之间的数据交互；所述串行总线还用于与外部的教学终端连接，以进行教学终端与所述模拟座舱和仿真服务器端之间的信息交互；

其中，所述仿真服务器端将仿真形成的仿真视频信号通过接口管理器输送到模拟座舱，所述仿真服务器端将仿真形成的仿真音频信号输送到音频设备，其中所述音频设备与所述模拟座舱搭配使用。

2.根据权利要求1所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述模拟座舱通过视频信号、以太网信号和硬线信号与所述接口管理器通信连接。

3.根据权利要求2所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述串行总线为1394总线。

4.根据权利要求1所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述模拟座舱部署有模拟座舱分系统，所述接口管理器部署有接口管理分系统，所述仿真服务器端部署有软件集成与环境运行分系统、声音仿真分系统以及飞机仿真分系统；

其中，所述软件集成与环境运行分系统，用于对各个分系统进行调度，控制各个分系统之间的数据交互，以及控制接口管理分系统与飞机仿真分系统之间的通讯；

所述模拟座舱分系统，用于支持模拟座舱的硬件，将学员的操作转化为硬线信号或者以太网信号，传输到所述接口管理分系统，以及接受接口管理分系统传输的视频信号以用于图像显示；

所述飞机仿真分系统，用于运行飞机的至少一种部件仿真模型；

所述声音仿真分系统，用于模拟飞行飞行中的至少一种声音；

所述接口管理分系统，用于进行数据转换传输。

5.根据权利要求4所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述飞机仿真分系统，用于运行飞机的至少一种部件仿真模型，包括：

接收所述模拟座舱分系统的操控信号和通过教学终端设置的模型初始参数，运行相应的设置仿真模型，输出数据到其他分系统，其中所述操控信号由学员通过操纵模拟座舱产生。

6.根据权利要求5所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述飞机仿真分系统包括综合处理软件和DDS软总线；所述综合处理软件通过DDS软总线与部件仿真模型、算法模型和飞行动力学模型进行数据交互。

7.根据权利要求6所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述部件仿真模型通过AMESim接口和Simulink接口与所述DDS软总线连接，所述算法模型通过C/C++接口与所述DDS软总线连接，所述飞行动力学模型通过FlightSim接口与所述DDS软总线连接。

8.根据权利要求6所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述综合处理软件包括飞行管理软件，中央告警软件和中央维护软件。

9.根据权利要求4所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述飞机仿真分系统，还用于运行大气数据模型，所述大气数据模型用于提供基于大气数据解算得到的飞行参数。

10.根据权利要求9所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述大气数据模型，用于接收教学终端设置的相应参数和飞机仿真分系统解算得到的传感器信息，进而计算飞控参数，由飞机仿真分系统进行进一步运算。

11.根据权利要求4所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述模拟座舱分系统包括驾驶舱内的顶部控制板、前方控制板、中央操纵台面板、左操作台、右操作台以及操纵机构，所述操纵机构包括驾驶杆、驾驶盘、脚蹬和油门杆。

12.根据权利要求11所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述接口管理分系统用于完成模拟座舱分系统中驾驶舱的顶部控制板、前方控制板、中央操纵台面板、左操作台和右操作台的信号采集、激励和数据转换传输；所述接口管理分系统还用于实现模拟座舱分系统中操纵机构的电气信号的调理、适配和传输。

13.根据权利要求11所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述部件仿真模型包括液压系统模型、环控系统模型、燃油系统模型、动力装置模型、辅助动力装置模型、氧气系统模型、环境防护系统模型、控制模型和照明系统模型中的一种或多种；所述控制模型包括起落架控制系统模型和舱门控制系统模型。

14.根据权利要求11所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述顶部控制板包括以下控制板中的一种或多种：

紧急定位控制板、舱内照明控制板、航电启动控制板、飞控系统控制板、液压系统控制板、备份停车控制板、电源系统控制板、发动机启动控制板、燃油系统控制板、外部照明控制板、风挡雨刷控制开关、着陆照明控制板、防火系统控制板、舱音监控控制板、机电管理系统控制板、救生系统控制板、氧气系统控制板、防除冰系统控制板、气源系统控制板、空调系统控制板和压调系统控制板。

15.根据权利要求11所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述前方控制板包括以下内容中的一种或多种：

左告警灯、右告警灯、左显示控制板、右显示控制板、自动飞行控制板、进近告警灯、起落架控制手柄、起落架灯和自动刹车选择板。

16.根据权利要求11所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述中央操纵台包括以下内容中的一种或多种：

停机应急刹车、水平安定面位置指示、多功能显示器、水平安定面配平操纵手柄、减速板手柄、水平安定面配平切断开关、襟翼手柄、左右轨迹球、左右多功能键盘、正常停车开关、襟缝翼超控控制板、无线电调谐单元、灭火控制板、油门操纵台、音频控制板、配平控制板、选择转换板、舱门控制板、驾驶舱空投控制板和电子战控制板。

17.根据权利要求11所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述左操作台包括正驾驶位氧气面罩控制板、左调光控制板、正驾驶位前轮转弯手柄、左平显控制板、密钥控制盒、时钥控制盒、耳机话简插孔组件。

18.根据权利要求11所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述右操作台包括副驾驶位氧气面罩控制、右调光控制板、副驾驶位前轮转弯手柄、右平显控制板、氧气截止阀开关、任务加/卸载卡。

19.根据权利要求11-18中任意一项所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述模拟座舱分系统中各控制板、面板和操作台均通过物理仿真件和/或虚拟仿真界面的方式实现。

20.根据权利要求13所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述飞机仿真分系统中还包括：

电气系统模型，用于与液压系统模型、燃油系统模型、动力装置模型、氧气系统模型、起落架系统模型、舱门系统模型和照明系统模型进行数据交互；所述电气系统模型还用于与航电系统模型、飞控系统模型、发动机模型和机电管理系统模型进行数据交互，所述电气系统模型还用于电气控制面板进行状态互联。

21.根据权利要求20所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述飞机仿真分系统中还包括：

燃油系统模型，其用于与发动机模型、辅助动力装置模型、机电管理系统模型、供电系统模型以及燃油控制面板进行数据交互。

22.根据权利要求21所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述飞机仿真分系统中还包括：

起落架收放系统模型，其用于与起落架控制手柄、液压系统模型、供电系统模型和机电管理系统进行数据交互。

23.根据权利要求11所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述接口管理器，包括：

图像生成计算机，通过DVI信号连接前方控制板和中央操纵台；

接口计算机，其用于通过网络交换机与前方控制板、中央操纵台、顶部控制板、左操纵台和右操纵台连接。

24.根据权利要求23所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述接口管理器还包括：

电源控制箱，其分别与前方控制板、中央操纵台、顶部控制板、左操纵台和右操纵台连接，用于进行直流供电。

25.根据权利要求4所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述声音仿真分系统用于模拟飞行飞行中的至少一种声音，包括：环境噪音、机载设备工作噪音、提示音、告警话音和音频信号中的一种或多种声音的叠加。

26.根据权利要求25所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述告警话音包括语音告警声音，所述机载设备工作噪音包括起落架收放声音、襟翼收放声音、飞机发动机声音、轮胎俯冲跑道时的声音，所述环境噪音包括外部天气环境声音和空调噪声。

27.根据权利要求25所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述声音仿真分系统与所述飞机仿真分系统连接，用于：

获取所述飞机仿真分系统的仿真数据；

从所述仿真数据中解析出飞机状态信号和第一激励信号；

根据所述飞机状态信号和第一激励信号选择对应的声音进行叠加，以模拟飞机飞行过程中驾驶舱所能感知到的声音。

28.根据权利要求27所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述声音仿真分系统还用于：

获取所述教学终端发送的控制信号；

根据所述教学终端发送的控制信号控制所述声音仿真分系统的运行状态。

29.根据权利要求28所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述声音仿真分系统还用于：

获取教学终端发送的第二激励信号；

根据所述第二激励信号选择对应的声音与飞机飞行过程中驾驶舱所能感知到的声音进行叠加，以实现教学过程中突发训练。

30.根据权利要求28所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述第一激励信号包括告警激励信号和导航激励信号，所述飞机状态信号包括飞机飞行状态信号、飞机发动机状态信号和襟翼、起落架状态信号。

31.根据权利要求29所述的一种飞行模拟座舱，其特征在于，所述控制信号包括调节音量的的大小、配置声音通道、选择音效、启动、冻结和复位，所述第二激励信号包括打雷激励信号、下雨激励信号、下雪激励信号和大风激励信号。

32.一种用于如权利要求1-31中任意一项所述的飞行模拟座舱的空中特情模拟训练方法，其特征在于，包括：

接收教员设置的训练内容，所述训练内容包括空中特情环节；

根据所述训练内容加载对应构型下的飞机参数，以模拟空中特情环节对应的飞机运行状态；

接收学员针对所述空中特情环节的训练操作；

根据所述训练操作驱动模拟座舱完成逻辑执行，并输出执行结果，以完成空中特情模拟训练。

33.根据权利要求32所述的空中特情模拟训练方法，其特征在于，所述空中特情包括异常气流、暴雨、冰雹、结冰、厚云层遮挡视野或飞机自身故障中的一种或多种。

34.根据权利要求32所述的空中特情模拟训练方法，其特征在于，所述空中特情模拟训练方法还包括：

获取教员选择的果冻效应的强弱程度；

根据所述教员选择的果冻效应的强弱程度对视频图像中的果冻效应进行模拟，以得到模拟结果，所述模拟结果包括飞机在飞行中受外部环境影响所产生的振动情况；

将所述模拟结果输出至模拟座舱以进行显示。

35.根据权利要求34所述的空中特情模拟训练方法，其特征在于，所述根据所述教员选择的果冻效应的强弱程度对视频图像中的果冻效应进行模拟，以得到模拟结果包括：

获取标准图像帧；

计算所述当前具有果冻效应的图像中各类别区域的运动矢量与所述标准图像帧之间的所有矢量差；

根据所述各类别区域的像素点的数量计算对应的矢量差的权重，并对所述矢量差和相应的权重进行加权求和，以得到整张图像的矢量差；

根据所述教员选择的果冻效应的强弱程度调整所述图像对应的矢量差的大小，以调整所述图像中果冻效应的显示效果。

36.根据权利要求35所述的空中特情模拟训练方法，其特征在于，所述获取标准图像帧包括：

利用光流法或者果冻效应修复软件从当前具有果冻效应的图像中提取对应的标准图像帧。