WO2020172866A1 - 一种飞行模拟系统、方法及飞行模拟设备 - Google Patents

一种飞行模拟系统、方法及飞行模拟设备 Download PDF

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张烨林
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Abstract

一种飞行模拟系统（10）、方法及飞行模拟设备，该系统包括：控制模拟平台（101）和运行有固定翼模拟飞行器数学模型的飞行模拟单元（102），其中：控制模拟平台（101），用于接收参考指令信息和飞行模拟单元（102）输出的固定翼模拟飞行器的状态模拟信息，并基于参考指令信息和状态模拟信息向飞行模拟单元（102）输出控制信息；飞行模拟单元（102），用于通过固定翼模拟飞行器数学模型响应控制信息进行固定翼模拟飞行器的飞行控制，并得到固定翼模拟飞行器被控制后的状态模拟信息，并将被控制后的状态模拟信息反馈回控制模拟平台（101）。采用该系统，可以结合飞行动力学实现固定翼飞行器的模拟飞行测试。

Description

一种飞行模拟系统、方法及飞行模拟设备 技术领域
本发明实施例涉及飞行测试技术领域，尤其涉及一种飞行模拟系统、方法及飞行模拟设备。
背景技术
目前，在固定翼飞行器的测试过程中，很多测试均需要在特定环境下进行真机测试。例如，进行融合算法测试或者位置控制测试需要全球定位系统(Global Positioning System，GPS)信号时，则需要去室外有卫星信号的地方进行测试；需要测飞机抗风性能时，则需要在户外有风的环境中进行测试；需要测试航线算法效果时，则需要去空旷户外进行大范围航线飞行测试等等。
这种使用飞行器真机的测试方式，往往代价昂贵、效率低下，并且在固定翼飞行器算法开发还未成熟的阶段，固定翼飞行器的飞行稳定性和安全性难以保证，容易出现固定翼飞行器损伤并且威胁测试人员安全的事故。因此，如何实现固定翼飞行器的模拟飞行测试，成为研究的热点。
发明内容
本发明实施例提供了一种飞行模拟系统、方法、飞行模拟设备及存储介质，可以结合飞行动力学实现固定翼飞行器的模拟飞行测试。
一方面，本发明实施例提供了一种飞行模拟系统，该系统包括：控制模拟平台和运行有固定翼模拟飞行器数学模型的飞行模拟单元，其中：
所述控制模拟平台，用于接收参考指令信息和飞行模拟单元输出的固定翼模拟飞行器的状态模拟信息，并基于所述参考指令信息和所述状态模拟信息向所述飞行模拟单元输出控制信息；
所述飞行模拟单元，用于通过所述固定翼模拟飞行器数学模型响应所述控制信息进行固定翼模拟飞行器的飞行控制，并得到所述固定翼模拟飞行器被控制后的状态模拟信息，并将所述被控制后的状态模拟信息反馈回所述控制模拟平台。
另一方面，本发明实施例提供了一种飞行模拟方法，所述飞行模拟方法配置于飞行模拟平台，所述飞行模拟平台运行有固定翼模拟飞行器数学模型，该方法包括：
接收控制模拟平台通过脉冲宽度调制接口发送的控制信息，所述控制信息是所述控制模拟平台基于参考指令信息和所述飞行模拟平台预先发送的固定翼模拟飞行器的状态模拟信息得到的；
通过所述固定翼模拟飞行器数学模型响应所述控制信息进行固定翼模拟飞行器的飞行控制，并得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息；
将所述被控后的状态模拟信息通过通信接口发送至所述控制模拟平台。
再一方面，本发明实施例提供了一种飞行模拟装置，所述装置配置于飞行模拟平台，所述飞行模拟平台运行有固定翼模拟飞行器数学模型，该装置包括：
通信模块，接收控制模拟平台通过脉冲宽度调制接口发送的控制信息，所述控制信息是所述控制模拟平台基于参考指令信息和所述飞行模拟平台预先发送的固定翼模拟飞行器的状态模拟信息得到的；
处理模块，调用所述固定翼模拟飞行器数学模型响应所述控制信息进行固定翼模拟飞行器的飞行控制，并得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息；
所述通信模块，还用于将所述被控后的状态模拟信息通过通信接口发送至所述控制模拟平台。
再一方面，本发明实施例提供了一种飞行模拟设备，所述飞行模拟设备配置于飞行模拟平台，所述飞行模拟平台运行有固定翼模拟飞行器数学模型，该飞行模拟设备包括处理器和通信接口，所述处理器和通信接口相互连接，其中，所述通信接口受所述处理器的控制用于收发指令，所述处理器用于：
通过所述通信接口接收控制模拟平台通过脉冲宽度调制接口发送的控制信息，所述控制信息是所述控制模拟平台基于参考指令信息和所述飞行模拟平台预先发送的固定翼模拟飞行器的状态模拟信息得到的；
通过所述固定翼模拟飞行器数学模型响应所述控制信息进行固定翼模拟飞行器的飞行控制，并得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息；
通过所述通信接口将所述被控后的状态模拟信息发送至所述控制模拟平 台。
再一方面，本发明实施例提供一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有计算机程序指令，该计算机程序指令被执行时用于实现上述的飞行模拟方法。
本发明实施例中，一方面，飞行模拟系统可以通过控制模拟平台接收参考指令信息和飞行模拟单元输出的固定翼模拟飞行器的状态模拟信息，并基于该参考指令信息和状态模拟信息向飞行模拟单元输出控制信息；另一方面，飞行模拟系统可以通过飞行模拟单元调用固定翼模拟飞行器数学模型响应该控制信息进行固定翼模拟飞行器的飞行控制，并得到固定翼模拟飞行器被控制后的状态模拟信息，进而该被控制后的状态模拟信息反馈回控制模拟平台，形成针对固定翼飞行器模拟测试的控制闭环回路。采用本发明，可以结合飞行动力学实现固定翼飞行器的模拟飞行测试。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种飞行模拟系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种飞行模拟系统的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种飞行模拟单元的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种飞行模拟方法的流程示意图；
图5是本发明实施例提供的一种飞行模拟装置的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的一种飞行模拟设备的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提出了一种飞行模拟系统，该飞行模拟系统为一种固定翼模拟飞行器的在环仿真系统。对于固定翼模拟飞行器的在环仿真系统而言，其基本原理就是用实际的飞行控制器去控制数字虚拟的飞行器被控对象。在一个实 施例中，该虚拟的飞行器被控对象为运行在一种高级技术计算语言和交互式环境的应用软件(如Matlab/Simulink)实时仿真环境下的飞行器本体数学模型(即固定翼模拟飞行器数学模型)、传感器模型以及所处的飞行环境模型。虚拟的飞行器被控对象和实际的飞行控制器之间通过数据采集板卡以及串口通信接口进行实时数据交互。在一个实施例中，通过改变固定翼模拟飞行器数学模型、传感器模型以及飞行环境模型，即可实现对固定翼模拟飞行器不同飞行工况的模拟。例如，增加传感器故障模型，即可实现对传感器故障工况的模拟；增加风扰动模型，即可实现对风切变、突风、常值风等工况的模拟；增加GPS故障模型，即可实现对GPS丢星、丢星又恢复等工况模拟。
在一个实施例中，该飞行模拟系统包括：控制模拟平台和运行有固定翼模拟飞行器数学模型的飞行模拟单元。其中，该控制模拟平台可以为运行有固定翼飞行控制逻辑算法代码的硬件设备。在一个实施例中，对于固定翼模拟飞行器而言，该控制模拟平台可以指运行着飞行控制算法的飞行控制器软硬件系统。该飞行模拟单元可以用于描述固定翼模拟飞行器本体以及飞行环境特征，包括固定翼模拟飞行器数学模型、传感器模型和飞行环境模型。示例性地，该飞行模拟单元可以为一台装有数据采集卡以及高级技术计算语言和交互式环境的应用软件(如Matlab/Simulink)的电子设备，其内部运行着固定翼模拟飞行器数学模型、传感器模型和飞行环境模型，用于模拟固定翼飞行器的飞行状态。
其中，上述飞行模拟单元对应的电子设备例如可以为一台普通的计算机，也可以为一种硬件在环仿真的专用高性能工业控制计算机。在一个实施例中，上述飞行模拟单元可以为一台运行有固定翼模拟飞行器数学模型的计算机，该固定翼模拟飞行器数学模型经过编译后保存在本机上，然后在本机上进行实时运行，也即，固定翼模拟飞行器数学模型的编译和运行均在同一台计算机进行。在另一个实施例中，上述固定翼模拟飞行器数学模型的编译和运行可以进行双机分布。具体地，主机运行着固定翼模拟飞行器数学模型，然后对该固定翼模拟飞行器数学模型进行编译下载到从机中，从机除了运行该固定翼模拟飞行器数学模型之外，不作任何其它工作。其中，该从机可以是一台普通计算机，也可以是一台专用计算机。本发明对此不作具体限定。
图1示出了一种飞行模拟系统10，该飞行模拟系统10包括：指令输入单 元100、控制模拟平台101、运行有固定翼模拟飞行器数学模型的飞行模拟单元102和飞行显示单元103。其中，指令输入单元100是固定翼模拟飞行器运动参考信息的来源，示例性地，该指令输入单元100可以为专用遥控设备或者飞行操纵杆；飞行显示单元103可以为一个用来显示固定翼模拟飞行器三维飞行运动状态的三维可视化显示界面，也可以为配置有该三维可视化显示界面的终端设备，该飞行显示单元103可以用于基于飞行模拟单元102输出的固定翼模拟飞行器的状态信息控制固定翼模拟飞行器在三维环境中运动，并显示固定翼模拟飞行器在三维环境中的运动状态信息。
在一个实施例中，该指令输入单元100可以向控制模拟平台101输入参考指令信息，该参考指令信息可以包括针对固定翼模拟飞行器的副翼、升降舵、方向舵和油门等进行调整的参考指令。进一步地，控制模拟平台101，可以接收参考指令信息和飞行模拟单元输出的固定翼模拟飞行器的状态模拟信息，并基于该参考指令信息和该状态模拟信息向飞行模拟单元102输出控制信息。其中，该状态模拟信息用于表征固定翼模拟飞行器的飞行状态，可以包括固定翼模拟飞行器的空速、地速、飞行高度、位置、姿态角等信息。进一步地，飞行模拟单元102接收到该控制信息后，可以通过内部运行的固定翼模拟飞行器数学模型响应该控制信息进行固定翼模拟飞行器的飞行控制，并得到固定翼模拟飞行器被控制后的状态模拟信息，并将该被控制后的状态模拟信息反馈回上述控制模拟平台101，以便于控制模拟平台101根据该被控制后的状态模拟信息和新的参考指令信息，向该飞行模拟单元102输出新的控制信息，构成控制闭环回路。采用这样的方式，可以实现固定翼飞行器的模拟飞行测试。
参见图2，图2是本发明实施例提供的另一种飞行模拟系统的结构示意图，该系统包括：控制模拟平台20和运行有固定翼模拟飞行器数学模型的飞行模拟单元21，其中：控制模拟平台20，用于接收参考指令信息和飞行模拟单元输出的固定翼模拟飞行器的状态模拟信息，并基于该参考指令信息和状态模拟信息向飞行模拟单元21输出控制信息；飞行模拟单元21，用于通过固定翼模拟飞行器数学模型响应控制信息进行固定翼模拟飞行器的飞行控制，并得到固定翼模拟飞行器被控制后的状态模拟信息，并将被控制后的状态模拟信息反馈回控制模拟平台20，进而构成针对固定翼模拟飞行器的控制闭环回路。
在一个实施例中，上述控制模拟平台20为运行有固定翼飞行控制逻辑算法代码的硬件设备，该控制模拟平台20除了与飞行模拟单元之间建立通信连接以外，还可以与指令输入单元建立通信连接，该指令输入单元可以为专用遥控设备、飞行操纵杆、方向舵等。这种情况下，当测试人员想要进行固定翼模拟飞行器的飞行控制时，可以通过该指令输入单元向控制模拟平台20输入参考指令信息，该参考指令信息包括针对固定翼模拟飞行器的副翼、升降舵、方向舵和油门等进行调整的参考指令。例如，测试人员可以通过向后拉动飞行操纵杆的方式输入参考指令信息，用于指示上升固定翼模拟飞行器的飞行高度；又例如，测试人员可以通过前推飞行操纵杆的方式输入参考指令信息，用于指示下降固定翼模拟飞行器的飞行高度；又例如，测试人员可以通过左右扳动飞行操纵杆的方式输入参考指令信息，用于指示控制固定翼模拟飞行器的飞行方向。
进一步地，控制模拟平台20接收到上述参考指令信息和飞行模拟单元21输出的固定翼模拟飞行器的状态模拟信息后，可以基于该状态模拟信息和参考指令信息生成控制信息，并通过脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)接口向飞行模拟单元21发送该控制信息。其中，该状态模拟信息可以包括：空速、攻角、侧滑角、地速、高度、角速度、位置和姿态角中的至少一项。
示例性地，假设固定翼模拟飞行器预先设置的最高飞行高度为2000米，飞行模拟单元21输出的状态模拟信息指示了固定翼模拟飞行器当前的飞行高度为1900米。这种情况下，测试人员通过向后拉动飞行操纵杆的方式输入参考指令信息，用于指示将固定翼模拟飞行器的飞行高度上升200米。当控制模拟平台20接收到该参考指令信息后，可以结合该参考指令信息和状态模拟信息，生成控制信息，用于指示将固定翼模拟飞行器的飞行高度上升100米。
进一步地，控制模拟平台20可以将该控制信息通过PWM接口输出至飞行模拟单元21，飞行模拟单元21中运行的固定翼模拟飞行器数学模型可以响应该控制信息进行固定翼模拟飞行器的飞行控制，将固定翼模拟飞行器的飞行高度上升100米，并得到上升100米后的固定翼模拟飞行器的状态模拟信息，进而将该状态模拟信息反馈回控制模拟平台20，构成针对固定翼模拟飞行器的控制闭环回路。
在一个实施例中，上述飞行模拟单元21还可以包括参考模型。这种情况下，该飞行模拟单元21，可以通过运行着的固定翼模拟飞行器数学模型得到固定翼模拟飞行器被控后的状态信息，并将上述状态信息输入参考模型，进而调用参考模型对该被控后的状态信息进行调整，得到固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息。
其中，上述固定翼模拟飞行器数学模型可以包括基于飞行动力学建立的气动计算模块和固定翼模拟飞行器自由度运动模块。在一个实施例中，飞行模拟单元21，可以调用气动计算模块得到固定翼模拟飞行器被控后的气动数据，并将上述气动数据输入到固定翼模拟飞行器自由度运动模块，进而得到固定翼模拟飞行器被控后的状态信息。
在一个实施例中，气动计算模块一方面可以根据固定翼模拟飞行器被控后的当前攻角、侧滑角状态进行插值，获得静态气动力、力矩系数，再根据当前动压，获得静态气动力和力矩。另一方面，可以根据固定翼模拟飞行器当前的角速度、阻尼动导数以及当前动压，获得动态气动力和力矩。进一步地，由于气动力定义在气流系下，气动力矩定义在机体系下，重力定义在地理系下，推力定义在机体系下，气动计算模块可以将上述所有的力(即气动力、重力和推力)、力矩都转换到机体系下，获得固定翼模拟飞行器被控后机体轴三向的合力和合力矩，即固定翼模拟飞行器被控后的气动数据。
进一步地，飞行模拟单元21，可以将上述气动数据输入至固定翼模拟飞行器自由度运动模块，进而得到固定翼模拟飞行器被控后的状态信息。该状态信息可以包括固定翼模拟飞行器的速度、攻角、俯仰角速率、俯仰角、侧滑角、滚转角速率、偏航角速率、滚转角或者偏航角等。其中，该固定翼模拟飞行器自由度运动模块，例如可以为固定翼六自由度运动模型。
在一个实施例中，上述参考模型具体可以包括飞行环境模型和传感器模型，该飞行环境模型，用于基于固定翼模拟飞行器被控后的状态信息，计算固定翼模拟飞行器被控后所处环境的环境信息；该传感器模型，用于根据该状态信息和该环境信息，得到固定翼模拟飞行器被控后所处环境的噪声信息。这种情况下，飞行模拟单元21可以基于上述环境信息和噪声信息对被控后的状态信息进行调整，得到固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息。其中，该环境信息 可以包括被控后固定翼飞行器当前所处环境的气压、空气密度和空速等。该噪声信息可以为被控后固定翼飞行器当前所处环境的噪声指数。
在一个实施例中，上述飞行模拟单元21基于环境信息和噪声信息对被控后的状态信息进行调整，得到固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息的具体实施方式为，将环境信息和噪声信息加入该被控后的状态信息，进而得到固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息，该状态模拟信息包括该环境信息和噪声信息。
在一个实施例中，上述飞行模拟系统10，还可以包括飞行显示单元。这种情况下，飞行模拟单元21得到上述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息后，可以将该状态信息发送至飞行显示单元，飞行显示单元可以基于该固定翼模拟飞行器被控后的状态信息控制固定翼模拟飞行器在三维环境中运动，并显示固定翼模拟飞行器在三维环境中包括如运动轨迹、运动高度、速度、运动方向等的运动状态信息。
在一个实施例中，飞行模拟单元21可以是一台装有数据采集卡以及高级技术计算语言和交互式环境的应用软件(如Matlab/Simulink)的电子设备。示例性地，假设飞行模拟单元21的结构示意图如图3所示，该飞行模拟单元21包括控制信息接收模型210、固定翼模拟飞行器数学模型211、飞行环境模型212、传感器模型213、串口通信模型214和传输控制协议/因特网互联协议(TCP/IP)通信模型215。该飞行模拟单元21对应的飞行模拟系统，包括指令输入单元、控制模拟平台、运行有固定翼模拟飞行器数学模型的飞行模拟单元和飞行显示单元。其中，上述串口通信模型214用于通过串口通信协议将固定翼模拟飞行器的状态模拟信息输出至控制模拟平台；上述TCP/IP通信模型，用于将固定翼模拟飞行器被控后的状态信息输出至飞行显示单元，以便于飞行显示单元基于该状态信息控制固定翼模拟飞行器在三维环境中运动，并显示固定翼模拟飞行器在三维环境中的运动状态信息。在一个实施例中，控制模拟平台输出的包括针对副翼、升降舵、方向舵和油门等进行控制的控制信息经过数据采集卡到达控制信息接收模型210，控制信息接收模型210将该控制信息输入固定翼模拟飞行器数学模型211，得到固定翼模拟飞行器被控后的状态信息。进一步地，固定翼模拟飞行器数学模型211将该状态信息输出至飞行环境模型 212、传感器模型213和TCP/IP通信模型215，该飞行环境模型212基于该状态信息，计算出固定翼模拟飞行器被控后所处环境的环境信息，并将该环境信息输出至传感器模型213。进一步地，传感器模型213根据该状态信息和环境信息，加入噪声信息构成状态模拟信息，并将该状态模拟信息发送至串口通信模型214，该串口通信模型214通过串口通信协议将固定翼模拟飞行器的该状态模拟信息输出至控制模拟平台。该TCP/IP通信模型215接收到该固定翼模拟飞行器被控后的状态信息后，可以通过TCP/IP接口将固定翼模拟飞行器被控后的状态信息输出至飞行显示单元，以便于飞行显示单元基于该状态信息控制固定翼模拟飞行器在三维环境中运动，并显示固定翼模拟飞行器在三维环境中的运动状态信息。
其中，上述包括针对副翼、升降舵、方向舵和油门等进行控制的控制信息除了可以采用通过数据采集卡到达控制信息接收模型210的通信方式以外，还可以采用通过串口或者其它板卡通信方式。
其中，飞行模拟单元和飞行显示单元之间除了可以通过TCP/IP通信模型进行通信以外，还可以使用其它通信方式，例如，通过用户数据报协议(User Datagram Protocol，UDP)或者串口等其他的通信方式。飞行模拟单元和模拟控制平台之间的通信方式，除了可以通过串口通信模型以外，还可以通过控制器局域网络(Controller Area Network，Can)等其他通信方式。本发明对此不作具体限定。
在一个实施例中，上述飞行模拟单元和飞行显示单元可以运行在同一终端设备上。该终端设备既可以用于固定翼模拟飞行器的飞行状态模拟，也可以用于固定翼模拟飞行器的飞行状态显示，这种情况下，飞行模拟单元和飞行显示单元可以通过本机的TCP/IP接口进行内部通讯。在另一个实施例中，上述飞行模拟单元和飞行显示单元可以分别运行在不同的终端设备上。本发明对此不作具体限定。
本发明实施例中，一方面，飞行模拟系统可以通过控制模拟平台接收参考指令信息和飞行模拟单元输出的固定翼模拟飞行器的状态模拟信息，并基于该参考指令信息和状态模拟信息向飞行模拟单元输出控制信息；另一方面，飞行模拟系统可以通过飞行模拟单元调用固定翼模拟飞行器数学模型响应该控制 信息进行固定翼模拟飞行器的飞行控制，并得到固定翼模拟飞行器被控制后的状态模拟信息，进而该被控制后的状态模拟信息反馈回控制模拟平台。采用本发明，可以结合飞行动力学实现固定翼飞行器的模拟飞行测试。
基于上述飞行模拟系统的描述，在一个实施例中，本发明实施例还提供了一种如图4所示的飞行模拟方法，所述方法应用于飞行模拟平台，所述飞行模拟平台运行有固定翼模拟飞行器数学模型，飞行模拟平台在S401中接收控制模拟平台通过脉冲宽度调制接口发送的控制信息，该控制信息是控制模拟平台基于参考指令信息和飞行模拟平台预先发送的固定翼模拟飞行器的状态模拟信息得到的。其中，该飞行模拟单元可以为一台装有数据采集卡以及高级技术计算语言和交互式环境的应用软件(如Matlab/Simulink)的电子设备，其内部运行着固定翼模拟飞行器数学模型，用于模拟固定翼飞行器的飞行状态。
进一步地，飞行模拟平台在S402中通过固定翼模拟飞行器数学模型响应上述控制信息进行固定翼模拟飞行器的飞行控制，并得到固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息。
进一步地，飞行模拟平台在S403中将上述被控后的状态模拟信息通过通信接口发送至该控制模拟平台。其中，该通信接口例如可以为串行接口，如通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)接口。
在一个实施例中，所述飞行模拟单元还包括参考模型，所述得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息的具体实施方式可以为：通过所述固定翼模拟飞行器数学模型得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息；将所述状态信息输入所述参考模型，并调用所述参考模型对所述被控后的状态信息进行调整，得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息。
在一个实施例中，所述固定翼模拟飞行器数学模型包括基于飞行动力学建立的气动计算模块和固定翼模拟飞行器自由度运动模块，所述通过所述固定翼模拟飞行器数学模型得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息具体实施方式可以为：调用所述气动计算模块计算得到所述固定翼模拟飞行器被控后的气动数据；将所述气动数据输入所述固定翼模拟飞行器自由度运动模块，得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息。
在一个实施例中，所述参考模型包括飞行环境模型和传感器模型，所述调 用所述参考模型对所述被控后的状态信息进行调整，得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息具体实施方式可以为：通过飞行环境模型基于所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息，计算所述固定翼模拟飞行器被控后所处环境的环境信息；通过所述传感器模型根据所述状态信息和所述环境信息，得到所述固定翼模拟飞行器被控后所处环境的噪声信息；基于所述环境信息和所述噪声信息对所述被控后的状态信息进行调整，得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息。
在一个实施例中，所述通过所述固定翼模拟飞行器数学模型得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息之后，还可以通过TCP/IP接口将所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息发送至飞行显示单元，以使所述飞行显示单元基于所述状态信息控制所述固定翼模拟飞行器在三维环境中运动，并显示所述固定翼模拟飞行器在所述三维环境中的运动状态信息。
在本发明实施例中，上述飞行模拟方法具体实现可参考前述附图1、图2或者图3中针对飞行模拟单元相关内容的描述。
本发明实施例中，飞行模拟平台可以接收控制模拟平台通过脉冲宽度调制接口发送的控制信息，该控制信息是控制模拟平台基于参考指令信息和飞行模拟平台预先发送的固定翼模拟飞行器的状态模拟信息得到的。进一步地，飞行模拟平台可以通过固定翼模拟飞行器数学模型响应上述控制信息进行固定翼模拟飞行器的飞行控制，并得到固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息，进而将上述被控后的状态模拟信息通过通信接口发送至该控制模拟平台。采用本发明，可以实现固定翼飞行器的模拟飞行测试。
基于上述飞行模拟方法的描述，在一个实施例中，本发明实施例还提供了一种如图5所示的飞行模拟装置，该装置配置于飞行模拟平台，所述飞行模拟平台运行有固定翼模拟飞行器数学模型，该装置包括：
通信模块50，用于接收控制模拟平台通过脉冲宽度调制接口发送的控制信息，所述控制信息是所述控制模拟平台基于参考指令信息和所述飞行模拟平台预先发送的固定翼模拟飞行器的状态模拟信息得到的；
处理模块51，调用所述固定翼模拟飞行器数学模型响应所述控制信息进行固定翼模拟飞行器的飞行控制，并得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态 模拟信息；
所述通信模块50，还用于将所述被控后的状态模拟信息通过通信接口发送至所述控制模拟平台。
在一个实施例中，所述飞行模拟单元还包括参考模型，所述处理模块51，具体用于：通过所述固定翼模拟飞行器数学模型得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息；将所述状态信息输入所述参考模型，并调用所述参考模型对所述被控后的状态信息进行调整，得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息。
在一个实施例中，所述固定翼模拟飞行器数学模型包括基于飞行动力学建立的气动计算模块和固定翼模拟飞行器自由度运动模块，所述处理模块51，具体用于：调用所述气动计算模块计算得到所述固定翼模拟飞行器被控后的气动数据；将所述气动数据输入所述固定翼模拟飞行器自由度运动模块，得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息。
在一个实施例中，所述参考模型包括飞行环境模型和传感器模型，所述处理模块51，具体用于：通过飞行环境模型基于所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息，计算所述固定翼模拟飞行器被控后所处环境的环境信息；通过所述传感器模型根据所述状态信息和所述环境信息，得到所述固定翼模拟飞行器被控后所处环境的噪声信息；基于所述环境信息和所述噪声信息对所述被控后的状态信息进行调整，得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息。
在一个实施例中，所述通信模块50，还用于通过TCP/IP接口将所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息发送至飞行显示单元，以使所述飞行显示单元基于所述状态信息控制所述固定翼模拟飞行器在三维环境中运动，并显示所述固定翼模拟飞行器在所述三维环境中的运动状态信息。
在本发明实施例中，上述飞行模拟装置具体实现可参考前述附图4中针对飞行模拟方法相关内容的描述。
请参见图6，是本发明实施例提供的一种飞行模拟设备的结构示意性框图，所述飞行模拟设备配置于飞行模拟平台，所述飞行模拟平台运行有固定翼模拟飞行器数学模型，所述飞行模拟设备可包括处理器60、通信接口61和存储器62，处理器60、通信接口61和存储器62通过总线相连接，所述存储器62用 于存储程序指令。
所述存储器62可以包括易失性存储器(volatile memory)，如随机存取存储器(random-access memory，RAM)；存储器62也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory)，如快闪存储器(flash memory)，固态硬盘(solid-state drive，SSD)等；存储器62也可以是双倍速率同步动态随机存储器(Double Data Rate SDRAM，DDR)；存储器62还可以包括上述种类的存储器的组合。
本发明实施例中，所述存储器62用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器60被配置用于调用所述程序指令时执行：通过通信接口61接收控制模拟平台通过脉冲宽度调制接口发送的控制信息，所述控制信息是所述控制模拟平台基于参考指令信息和所述飞行模拟平台预先发送的固定翼模拟飞行器的状态模拟信息得到的；通过所述固定翼模拟飞行器数学模型响应所述控制信息进行固定翼模拟飞行器的飞行控制，并得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息；将所述被控后的状态模拟信息通过通信接口61发送至所述控制模拟平台。该通信接口61例如可以为串行接口，如通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)接口。
在一个实施例中，所述飞行模拟单元还包括参考模型，所述处理器60，具体用于通过所述固定翼模拟飞行器数学模型得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息；将所述状态信息输入所述参考模型，并调用所述参考模型对所述被控后的状态信息进行调整，得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息。
在一个实施例中，所述固定翼模拟飞行器数学模型包括基于飞行动力学建立的气动计算模块和固定翼模拟飞行器自由度运动模块，所述处理器60，具体用于调用气动计算模块计算得到所述固定翼模拟飞行器被控后的气动数据；将所述气动数据输入所述固定翼模拟飞行器自由度运动模块，得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息。
在一个实施例中，所述参考模型包括飞行环境模型和传感器模型，所述处理器60，具体用于通过飞行环境模型基于所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息，计算所述固定翼模拟飞行器被控后所处环境的环境信息；通过所述传感器模型根据所述状态信息和所述环境信息，得到所述固定翼模拟飞行器被控 后所处环境的噪声信息；基于所述环境信息和所述噪声信息对所述被控后的状态信息进行调整，得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息。
在一个实施例中，所述处理器60，还用于通过通信接口61通过TCP/IP接口将所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息发送至飞行显示单元，以使所述飞行显示单元基于所述状态信息控制所述固定翼模拟飞行器在三维环境中运动，并显示所述固定翼模拟飞行器在所述三维环境中的运动状态信息。
在本发明实施例中，上述处理器60的具体实现可参考前述附图4所对应的实施例中相关内容的描述。
本发明实施例中，飞行模拟设备的处理器60可以通过通信接口61接收控制模拟平台通过脉冲宽度调制接口发送的控制信息，该控制信息是控制模拟平台基于参考指令信息和飞行模拟平台预先发送的固定翼模拟飞行器的状态模拟信息得到的。进一步地，该处理器60可以通过固定翼模拟飞行器数学模型响应该控制信息进行固定翼模拟飞行器的飞行控制，并得到固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息，进而将该被控后的状态模拟信息通过通信接口61发送至控制模拟平台，构成固定翼飞行器模拟飞行测试的控制闭环回路，可以实现固定翼飞行器的模拟飞行测试。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
以上所揭露的仅为本发明的部分实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (21)

  1. 一种飞行模拟系统，其特征在于，该系统包括：控制模拟平台和运行有固定翼模拟飞行器数学模型的飞行模拟单元，其中：
    所述控制模拟平台，用于接收参考指令信息和飞行模拟单元输出的固定翼模拟飞行器的状态模拟信息，并基于所述参考指令信息和所述状态模拟信息向所述飞行模拟单元输出控制信息；
    所述飞行模拟单元，用于通过所述固定翼模拟飞行器数学模型响应所述控制信息进行固定翼模拟飞行器的飞行控制，并得到所述固定翼模拟飞行器被控制后的状态模拟信息，并将所述被控制后的状态模拟信息反馈回所述控制模拟平台。
  2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述飞行模拟单元还包括参考模型，所述飞行模拟单元，在用于得到所述固定翼模拟飞行器被控制后的状态模拟信息时，具体用于：
    通过所述固定翼模拟飞行器数学模型得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息；
    将所述状态信息输入所述参考模型，并调用所述参考模型对所述被控后的状态信息进行调整，得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息。
  3. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述固定翼模拟飞行器数学模型包括基于飞行动力学建立的气动计算模块和固定翼模拟飞行器自由度运动模块，所述飞行模拟单元，在用于通过所述固定翼模拟飞行器数学模型得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息时，具体用于：
    调用所述气动计算模块得到所述固定翼模拟飞行器被控后的气动数据；
    将所述气动数据输入所述固定翼模拟飞行器自由度运动模块，得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息。
  4. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述参考模型包括飞行环境模型和传感器模型，所述飞行环境模型，用于基于所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息，计算所述固定翼模拟飞行器被控后所处环境的环境信息；所述传感器模型，用于根据所述状态信息和所述环境信息，得到所述固定翼模拟飞行器被控后所处环境的噪声信息。
  5. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述飞行模拟单元，在用于调用所述参考模型对所述被控后的状态信息进行调整，得到所述固定翼模拟飞行器当前的状态模拟信息时，具体用于：
    基于所述环境信息和所述噪声信息对所述被控后的状态信息进行调整，得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息。
  6. 根据权利要求1-5任一项所述的系统，其特征在于，所述状态模拟信息包括：空速、攻角、侧滑角、地速、高度、角速度、位置和姿态角中的至少一项。
  7. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
    飞行显示单元，用于基于所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息控制所述固定翼模拟飞行器在三维环境中运动，并显示所述固定翼模拟飞行器在所述三维环境中的运动状态信息。
  8. 根据权利要求1-7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：指令输入单元，用于向所述控制模拟平台输入用于调整固定翼模拟飞行器飞行状态的参考指令信息。
  9. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述飞行模拟单元还包括串口通信模型和TCP/IP通信模型，所述串口通信模型用于通过串口通信协议将所述固定翼模拟飞行器的状态模拟信息输出至所述控制模拟平台；所述 TCP/IP通信模型，用于将所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息输出至飞行显示单元，以便于所述飞行显示单元基于所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息控制所述固定翼模拟飞行器在三维环境中运动，并显示所述固定翼模拟飞行器在所述三维环境中的运动状态信息。
  10. 一种飞行模拟方法，其特征在于，所述方法应用于飞行模拟平台，所述飞行模拟平台运行有固定翼模拟飞行器数学模型，该方法包括：
    接收控制模拟平台通过脉冲宽度调制接口发送的控制信息，所述控制信息是所述控制模拟平台基于参考指令信息和所述飞行模拟平台预先发送的固定翼模拟飞行器的状态模拟信息得到的；
    通过所述固定翼模拟飞行器数学模型响应所述控制信息进行固定翼模拟飞行器的飞行控制，并得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息；
    将所述被控后的状态模拟信息通过通信接口发送至所述控制模拟平台。
  11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述飞行模拟单元还包括参考模型，所述得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息，包括：
    通过所述固定翼模拟飞行器数学模型得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息；
    将所述状态信息输入所述参考模型，并调用所述参考模型对所述被控后的状态信息进行调整，得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息。
  12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述固定翼模拟飞行器数学模型包括基于飞行动力学建立的气动计算模块和固定翼模拟飞行器自由度运动模块，所述通过所述固定翼模拟飞行器数学模型得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息，包括：
    调用所述气动计算模块计算得到所述固定翼模拟飞行器被控后的气动数据；
    将所述气动数据输入所述固定翼模拟飞行器自由度运动模块，得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息。
  13. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述参考模型包括飞行环境模型和传感器模型，所述调用所述参考模型对所述被控后的状态信息进行调整，得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息，包括：
    通过飞行环境模型基于所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息，计算所述固定翼模拟飞行器被控后所处环境的环境信息；
    通过所述传感器模型根据所述状态信息和所述环境信息，得到所述固定翼模拟飞行器被控后所处环境的噪声信息；
    基于所述环境信息和所述噪声信息对所述被控后的状态信息进行调整，得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息。
  14. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述通过所述固定翼模拟飞行器数学模型得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息之后，所述方法还包括：
    通过TCP/IP接口将所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息发送至飞行显示单元，以使所述飞行显示单元基于所述状态信息控制所述固定翼模拟飞行器在三维环境中运动，并显示所述固定翼模拟飞行器在所述三维环境中的运动状态信息。
  15. 一种飞行模拟装置，其特征在于，所述装置配置于飞行模拟平台，所述飞行模拟平台运行有固定翼模拟飞行器数学模型，该装置包括：
    通信模块，接收控制模拟平台通过脉冲宽度调制接口发送的控制信息，所述控制信息是所述控制模拟平台基于参考指令信息和所述飞行模拟平台预先发送的固定翼模拟飞行器的状态模拟信息得到的；
    处理模块，调用所述固定翼模拟飞行器数学模型响应所述控制信息进行固定翼模拟飞行器的飞行控制，并得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息；
    所述通信模块，还用于将所述被控后的状态模拟信息通过通信接口发送至所述控制模拟平台。
  16. 一种飞行模拟设备，其特征在于，所述设备配置于飞行模拟平台，所述飞行模拟平台运行有固定翼模拟飞行器数学模型，所述飞行模拟设备包括处理器和通信接口，所述处理器和通信接口相互连接，其中，所述通信接口受所述处理器的控制用于收发指令，所述处理器用于：
    通过所述通信接口接收控制模拟平台通过脉冲宽度调制接口发送的控制信息，所述控制信息是所述控制模拟平台基于参考指令信息和所述飞行模拟平台预先发送的固定翼模拟飞行器的状态模拟信息得到的；
    通过所述固定翼模拟飞行器数学模型响应所述控制信息进行固定翼模拟飞行器的飞行控制，并得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息；
    通过所述通信接口将所述被控后的状态模拟信息发送至所述控制模拟平台。
  17. 根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述飞行模拟单元还包括参考模型，所述处理器，具体用于：
    通过所述固定翼模拟飞行器数学模型得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息；
    将所述状态信息输入所述参考模型，并调用所述参考模型对所述被控后的状态信息进行调整，得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息。
  18. 根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述固定翼模拟飞行器数学模型包括基于飞行动力学建立的气动计算模块和固定翼模拟飞行器自由度运动模块，所述处理器，具体用于：
    调用所述气动计算模块计算得到所述固定翼模拟飞行器被控后的气动数据；
    将所述气动数据输入所述固定翼模拟飞行器自由度运动模块，得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息。
  19. 根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述参考模型包括飞行 环境模型和传感器模型，所述处理器，具体用于：
    通过飞行环境模型基于所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息，计算所述固定翼模拟飞行器被控后所处环境的环境信息；
    通过所述传感器模型根据所述状态信息和所述环境信息，得到所述固定翼模拟飞行器被控后所处环境的噪声信息；
    基于所述环境信息和所述噪声信息对所述被控后的状态信息进行调整，得到所述固定翼模拟飞行器被控后的状态模拟信息。
  20. 根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述处理器还用于通过所述通信接口将所述固定翼模拟飞行器被控后的状态信息发送至飞行显示单元，以使所述飞行显示单元基于所述状态信息控制所述固定翼模拟飞行器在三维环境中运动，并显示所述固定翼模拟飞行器在所述三维环境中的运动状态信息。
  21. 一种计算机存储介质，其特征在于，该计算机存储介质中存储有程序指令，该程序指令被执行时，用于实现如权利要求10-14任一项所述的方法。
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