CN1356675A - 一种用于无人驾驶直升机操纵者进行模拟飞行训练的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的一种用于无人驾驶直升机操纵者进行模拟飞行训练的装置,它包括投影大屏幕、显示器、主机、飞行控制台、监视器、操纵设备、环绕立体声音箱,飞行控制台7安装在训练操纵者座位12的正前方,三台显示器分别安装在飞行控制台7的前方,训练操纵者座位12的正前上方安装有投影大屏幕3,训练操纵者座位12的左面安装有总距杆16,操纵杆11和左踏板17、右踏板10安装在训练操纵者座位12前面与飞行控制台7的之间。本发明大大降低了训练成本,采用虚拟现实技术和大量实际飞机数据,用双眼效应立体显像技术增强图像的逼真度,使操纵者有亲临现场的感觉。
Description
技术领域
本发明涉及一种飞行训练装置，特别是涉及一种用于无人驾驶直升机操纵者进行模拟飞行训练的装置。
背景技术
无人驾驶直升机离机驾驶员是在地面上通过遥测遥控系统观察并控制无人直升机的驾驶员。无人驾驶直升机的飞行模式可以分为两种，一种是纯粹由离机驾驶员遥控飞行，另一种是自主飞行，离机驾驶员监视飞行过程，并在自主飞行无法完成的时候及时转入遥控飞行。所以离机驾驶员的操纵技术和经验直接关系到飞行任务的成败，因此训练离机驾驶员技能也是研制无人驾驶直升机的重要一环。大部分有人驾驶飞机都有配套的飞行员模拟训练器，这样将大大降低训练飞行员成本，大大减小训练飞行员的危险性，训练效果也非常显著。因此为了降低训练无人驾驶直升机驾驶员的成本，我们研制了无人驾驶直升机离机驾驶员模拟训练系统。该系统充分利用了先进的虚拟现实技术，在建立无人直升机运动数学模型的基础上结合多媒体技术加强了虚拟训练场景的逼真度。在图像方面采用了双眼立体显像技术加强了立体感，在声音方面采用了5.1声道环绕声系统加强了临场感。发明目的
本发明的目的是提供一种模拟飞行训练的装置。
发明内容
本发明的目的是这样实现的：一种用于无人驾驶直升机操纵者进行模拟飞行训练的装置，它包括投影大屏幕、显示器、主机、飞行控制台、监视器、操纵杆、总距杆、左踏板、右踏板、环绕立体声音箱。环绕立体声音箱分别串接后连接在主机19上，投影大屏幕3、显示器4、飞行控制台7的一端连接在主机19上，显示器20、显示器6、飞行控制台7的另一端连接在主机8上，显示器18、总距杆16、操纵杆11、左踏板17、右踏板10、监视器9连接在飞行控制台7上，飞行控制台7安装在训练操纵者座位12的正前方，三台显示器20、显示器4和显示器6分别安装在飞行控制台7的前面，训练操纵者座位12的正前上方安装有投影大屏幕3，训练操纵者座位12的左面安装有总距杆16，操纵杆11和左踏板17、右踏板10安装在训练操纵者座位12前面与飞行控制台7的之间；飞行控制台7上还安装有显示器18，是用来检查操作键盘是否正确的；环绕立体声音箱由前右音箱5、前中音箱2、前左音箱1、后左音箱15、低音音箱14和后右音箱13组成，安装在训练操纵室的四周，环绕立体声音箱是用来给操纵训练者提供语音报警提示和校正操纵飞行的；操纵设备中的操纵杆11是控制飞机飞行姿态的，总距杆16是控制总距和油门的，左踏板17是控制飞机向左飞的，右踏板10是控制飞机向右飞的；综合参数仪表为半透明状，显示的参数有：高度，升降速度，前飞速度，航向，俯仰角，倾斜角，总距值，油门值，发动机转速，旋翼转速，环境温度，飞行状态判断。
在本发明中采集的地形状况有：平原地区、丘陵地区、山脉地区、城市地区，地形按50米间隔测量海拔高度形成地形高程数据。
在本发明中采集的天气状况有：晴朗无云、晴朗多云、阴天多云、小雨绵绵、大雾天气。
在本发明中采集的时间状况有：黎明、正午、傍晚、深夜。
在本发明中飞行训练的过程包括：起飞前检查→输入导航参数→起动发动机→以转速3000转/分暖车→进入转速稳定→在距起飞点上空2米处悬停并检查操纵设备是否正常→爬升至30米高度→设置所需飞行高度、速度并进入高度、速度稳定→进入自主导航→监控自主飞行至准备降落→发出返航指令监控飞机返航情况→到指定位置后设置飞行高度100米→飞机降高至100米后解除速度稳定→解除高度稳定遥控消速降高→调整飞机位置到着陆地上空2米悬停→柔和降高着陆→解除转速稳定→降低转速至3000转/分冷却发动机→缸温低于120度后降低转速至2000转/分→关闭发动机→飞行训练结束。
在本发明中，发明人采用的实地地形为：以地形按50米间隔测量海拔高度形成的地形高程数据，航拍地表的相片作为地形纹理图，将地形高程数据和地形纹理图作为远程实时监控软件存入计算机中，形成逼真的三维电子地形。
飞行姿态为三维显示，读取遥测数据，根据遥测数据和离机驾驶员的观察角度绘制无人直升机的三维立体图，形象地显示无人直升机当前的飞行姿态，逼近离机驾驶员看见真正直升机的效果。
观察方式为：
a名称：地面，观察固定方向固定高度
意义：观察者位于地面，注视固定的方向和高度，视线不跟随直升机位置的变化而变化。
b名称：地面，观察固定方向飞机高度
意义：观察者位于地面，注视固定的方向，但注视的高度跟随直升机高度的变化而变化，相当于观察者可以抬头看直升机。
c名称：地面，观察飞机方向飞机高度
意义：观察者位于地面，视线完全跟随直升机的位置变化而变化，相当于观察者永远盯住直升机。
d名称：与飞机同高，观察固定方向
意义：观察者的高度随着直升机高度变化而变化，但观察的角度固定，相当于观察者坐在另一架同等高度的飞机上观察固定方向。
e名称：与飞机同高，观察飞机方向
意义：观察者的高度随着直升机高度变化而变化，观察的角度随直升机位置的变化而变化，相当于观察者坐在另一架同等高度的飞机上观察直升机。
f名称：与飞机同位，观察固定方向
意义：观察者的位置随着直升机位置的变化而变化，但观察的角度固定，相当于观察者坐在另一架跟随本直升机的飞机上观察固定方向。
g名称：与飞机同位，观察飞机方向
意义：观察者的位置随着直升机位置的变化而变化，观察的角度随直升机位置的变化而变化，相当于观察者坐在另一架跟随本直升机的飞机上观察直升机。
h名称：在飞机机舱内，观察外景
意义：观察者坐在直升机机舱内，通过机舱玻璃向外观察，相当于用有人机的方式模拟无人机操纵。
综合参数仪表为：为了节约监控屏幕宝贵的面积，以及仿真先进的数字化综合仪表功能，设计一个显示参数丰富，界面友好，结构整洁有条理，占用屏幕面积小的综合参数显示仪表，指标如下：
仪表的尺寸为：280×280像素，半透明状。
仪表显示的参数：高度，升降速度，前飞速度，航向，俯仰角，倾斜角，总距值，油门值，发动机转速，旋翼转速，环境温度，飞行状态判断(正常、异常)。
飞行轨迹显示为：
用画曲线的方式实时显示直升机实际飞行的路线，航向和航迹的关系，判断直升机是否存在侧滑速度，是否偏离预计航迹等，飞行轨迹图可任意放大、缩小、移动以便达到最好的观察效果。
飞行状态判断与报警为：
根据预先设定的飞行参数限制，远程实时监控软件随时判断无人直升机的飞行参数是否超出飞行参数限制，并及时发出报警信号通知操纵者修正飞行参数，减少飞行意外，减轻操纵者的劳动强度，利用语音合成技术，可以用语音播报飞行参数和飞行状态，以及发出异常报警信号。
遥测数据接收与滤波为：
本系统的关键技术之一是保证遥测数据的实时性和可靠性，遥测数据接收机和远程实时监控计算机的通信采用双口RAM和DMA方式，充分节省CPU时间。遥测数据中含有野值和误差，本系统采用适合本无人直升机的实时遥测数据滤波算法，在滤波延时不大于200ms的条件下达到良好的滤波效果。
遥测数据图形化显示为：
将遥测数据以曲线图的方式显示并具有完整的用户交互功能(放缩，选择，测量，比较等等)。
遥测数据存贮与后处理为：
在实时显示飞行参数的同时将原始遥测数据存储在硬盘中，飞行任务结束后可以将存贮在硬盘中的遥测数据读出，并执行数据滤波，数据显示等功能。
系统时间校准为：
利用遥测数据中包含的GPS时间参数校准地面实时监控计算机的系统时间，使远程实时监控系统具有精确的时间基准。
遥测数据回放为：
飞行任务结束后，可以利用存贮在硬盘中的遥测数据将整个飞行过程重新播放，以便仔细研究飞行过程。发明优点
本发明的优点是：降低了无人驾驶直升机地面操纵者的训练成本费用，在该装置中，采用虚拟现实技术和大量实际飞行数据，模拟逼真的飞行训练场景，使操纵者有亲临现场的感觉；采用环绕立体声建立飞行训练的声音效果，再加上语音提示使操纵者在较短的时间内就能掌握操纵无人驾驶直升机的技术。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是飞机正确飞行时在显示器20上的参数显示图。
图3是飞机正确飞行时在显示器6上的飞行状况显示图。
图4是飞机正确飞行时在显示器4上的仪表参数显示图。
图中：1.前左音箱 2.前中音箱 3.投影大屏幕 4.显示器 5.前右音箱 6.显示器 7.飞行控制台 8.主机 9.监视器 10.右踏板11.操纵杆 12.训练操纵者座位 13.后右音箱 14.低音音箱 15.后左音箱 16.总距杆 17.左踏板 18.显示器 19.主机 20.显示器
具体实施例
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参看图1所示，一种用于无人驾驶直升机操纵者进行模拟飞行训练的装置，它包括投影大屏幕3、显示器、主机、飞行控制台7、操纵杆11、总距杆16、左踏板17、右踏板10、环绕立体声音箱等组成。环绕立体声音箱分别串接后连接在主机19上，投影大屏幕3、显示器4、飞行控制台7的一端连接在主机19上，显示器20、显示器6、飞行控制台7的另一端连接在主机8上，显示器18、总距杆16、操纵杆11、左踏板17、右踏板10、监视器9连接在飞行控制台7上，飞行控制台7安装在训练操纵者座位12的正前方，三台显示器20、显示器4和显示器6分别安装在飞行控制台7的前面，训练操纵者座位12的正前上方安装有投影大屏幕3，训练操纵者座位12的左面安装有总距杆16，操纵杆11和左踏板17、右踏板10安装在训练操纵者座位12前面与飞行控制台7的中间；飞行控制台7上还安装有显示器18，是用来检查操作键盘是否正确的；环绕立体声音箱由前右音箱5、前中音箱2、前左音箱1、后左音箱15、低音音箱14和后右音箱13组成，安装在训练操纵室的四周，环绕立体声音箱是用来给操纵训练者提供语音报警提示和校正操纵飞行的；操纵设备中的操纵杆11是控制飞机飞行姿态的，总距杆16是控制总距和油门的，左踏板17是控制飞机向左飞的，右踏板10是控制飞机向右飞的，操纵杆11和左、右踏板安装在训练操纵者座位12的前面，总距杆16安装在训练操纵者座位12的左面；投影大屏幕3为半透明状，显示的参数有：高度，升降速度，前飞速度，航向，俯仰角，倾斜角，总距值，油门值，发动机转速，旋翼转速，环境温度，飞行状态判断。
在本发明中，发明人采用的实地地形为：以地形按50米间隔测量海拔高度形成的地形高程数据，航拍地表的相片作为地形纹理图，将地形高程数据和地形纹理图作为远程实时监控软件存入计算机中，形成逼真的三维电子地形。
飞行姿态为三维显示，读取遥测数据，根据遥测数据和离机驾驶员的观察角度绘制无人直升机的三维立体图，形象地显示无人直升机当前的飞行姿态，逼近离机驾驶员看见真正直升机的效果。
例1：选择地形为平原地区；
选择天气为晴朗无云；
选择时间为正午。
训练操纵者操作步骤为：
开启发动机，少量上提总距杆16，调整发动机转速为3000转/分，缸头温度上升至80摄氏度后缓慢上提总距杆16直至直升机离地，保持飞行高度2米悬停1分钟，继续上提总距杆16提高飞行高度至30米，缓慢向前推操纵杆11，直升机加速前飞，操纵杆11使直升机按照指定的路线飞行。
例2：选择地形为山脉地区；
选择天气为阴天多云；
选择时间为黎明。
训练操纵者操作步骤为：
开启发动机，少量上提总距杆16，调整发动机转速为3000转/分，缸头温度上升至80摄氏度后缓慢上提总距，16直至直升机离地(山脉地区的空气密度较小，因此上提总距杆16比平原地区要多一些。)，保持飞行高度2米悬停1分钟，继续上提总距16提高飞行高度至30米，缓慢向前推操纵杆11直升机加速前飞，操纵杆11使直升机按照指定的路线飞行(山脉地区加上阴天多云天气能见度较低，飞行高度应适当提高，以免撞上山峰。)。
例3：选择地形为城市地区；
选择天气为大雾天气；
选择时间为黎明。
训练操纵者操作步骤为：
开启发动机，少量上提总距杆16，调整发动机转速为3000转/分，缸头温度上升至80摄氏度后缓慢上提总距16直至直升机离地，保持飞行高度2米悬停1分钟，继续上提总距杆提高飞行高度至50米(根据周围建筑物高度应适当提高，以免撞上建筑物。)，缓慢向前推操纵杆11直升机加速前飞，操纵杆11使直升机按照指定的路线飞行(城市地区加上大雾天气能见度较低，飞行高度应适当提高，飞行速度应适当降低以免撞上建筑物。)。
Claims (10)
1、一种用于无人驾驶直升机操纵者进行模拟飞行训练的装置，其特征在于：它包括投影大屏幕(3)、显示器、主机、飞行控制台(7)、监视器(9)、操纵杆(11)、总距杆(16)、左踏板(17)、右踏板(10)、环绕立体声音箱，环绕立体声音箱分别串接后连接在主机(19)上，投影大屏幕(3)、显示器(4)、飞行控制台(7)的一端连接在主机(19)上，显示器(20)、显示器(6)、飞行控制台(7)的另一端连接在主机(8)上，显示器(18)、总距杆(16)、操纵杆(11)、左踏板(17)、右踏板(10)、监视器(9)连接在飞行控制台(7)上，飞行控制台(7)安装在训练操纵者座位(12)的正前方，三台显示器(20)、显示器(4)和显示器(6)分别安装在飞行控制台(7)的前面，训练操纵者座位(12)的正前上方安装有投影大屏幕(3)，训练操纵者座位(12)的左面安装有总距杆(16)，操纵杆(11)和左踏板(17)、右踏板(10)安装在训练操纵者座位(12)前面与飞行控制台(7)的之间。
2、根据权利要求1所述的一种用于无人驾驶直升机操纵者进行模拟飞行训练的装置，其特征在于：飞行控制台(7)上还安装有显示器(18)，是检查操作键盘是否正确。
3、根据权利要求1所述的一种用于无人驾驶直升机操纵者进行模拟飞行训练的装置，其特征在于：环绕立体声音箱由前右音箱(5)、前中音箱(2)、前左音箱(1)、后左音箱(15)、低音音箱(14)和后右音箱(13)组成，安装在训练操纵室的四周，环绕立体声音箱是用来给操纵训练者提供语音报警提示和摸拟飞行现场声效的。
4、根据权利要求1所述的一种用于无人驾驶直升机操纵者进行模拟飞行训练的装置，其特征在于：操纵设备中的操纵杆(11)是控制飞机飞行姿态的，总距杆(16)是控制总距和油门的，左踏板(17)是控制飞机向左飞的，右踏板(10)是控制飞机向右飞的，操纵杆(11)和左、右踏板安装在训练操纵者座位(12)的前面，总距杆(16)安装在训练操纵者座位(12)的左面。
5、根据权利要求1所述的一种用于无人驾驶直升机操纵者进行模拟飞行训练的装置，其特征在于：综合参数仪表为半透明状，显示的参数有：高度，升降速度，前飞速度，航向，俯仰角，倾斜角，总距值，油门值，发动机转速，旋翼转速，环境温度，飞行状态判断。
6、根据权利要求1所述的一种用于无人驾驶直升机操纵者进行模拟飞行训练的装置，其特征在于：(a)采集的地形状况为：平原地区、丘陵地区、山脉地区、城市地区，地形按地形按50米间隔测量海拔高度形成地形高程数据；(b)采集的天气状况为：晴朗无云、晴朗多云、阴天多云、小雨绵绵、大雾天气；(c)采集的时间状况为：黎明、正午、傍晚、深夜。
7、根据权利要求1所述的一种用于无人驾驶直升机操纵者进行模拟飞行训练的装置，其特征在于：飞行训练的过程包括：起飞前检查→输入导航参数→起动发动机→以转速3000转/分暖车→进入转速稳定→在距起飞点上空2米处悬停并检查操纵设备是否正常→爬升至30米高度→设置所需飞行高度、速度并进入高度、速度稳定→进入自主导航→监控自主飞行至准备降落→发出返航指令监控飞机返航情况→到指定位置后设置飞行高度100米→飞机降高至100米后解除速度稳定→解除高度稳定遥控消速降高→调整飞机位置到着陆地上空2米悬停→柔和降高着陆→解除转速稳定→降低转速至3000转/分冷却发动机→缸温低于120度后降低转速至2000转/分→关闭发动机→飞行训练结束。
8、根据权利要求1所述的一种用于无人驾驶直升机操纵者进行模拟飞行训练的装置，其特征在于：飞行轨迹显示为用画曲线的方式实时显示直升机实际飞行的路线，航向和航迹的关系。
9、根据权利要求1所述的一种用于无人驾驶直升机操纵者进行模拟飞行训练的装置，其特征在于：飞行状态判断与报警为根据预先设定的飞行参数限制，远程实时监控软件随时判断无人直升机的飞行参数是否超出飞行参数限制，并及时发出报警信号通知操纵者修正飞行参数，减少飞行意外，减轻操纵者的劳动强度，利用语音合成技术，可以用语音播报飞行参数和飞行状态，以及发出异常报警信号。
10、根据权利要求1所述的一种用于无人驾驶直升机操纵者进行模拟飞行训练的装置，其特征在于：遥测数据回放为模拟飞行训练结束后，可以利用存贮在硬盘中的遥测数据将整个飞行过程重新播放，以便仔细研究飞行过程。
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