專利名稱：一種機載氣象雷達教學(xué)模擬系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于氣象雷達的教學(xué)系統(tǒng)，更特別地說，是指為了在地面上訓(xùn) 練飛行員對氣象雷達操作而設(shè)計的一種機載氣象雷達教學(xué)模擬系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
機載氣象雷達是飛機了解航線上氣象環(huán)境的探測系統(tǒng)，其作用是對氣流、云層、風(fēng) 速等進行預(yù)報和探測。其探測目標(biāo)主要是帶有水分的潮濕氣象目標(biāo)，以及有明顯特征的地 形目標(biāo)(如河流、海岸線、山峰、城市等)它能在扇形掃描的顯示器上顯示這些氣象目標(biāo)輪 廓、方位和距離，并實時的向飛行員提供航線上的氣象信息，按預(yù)定的顏色顯示其強度等級 和危險程度，幫助飛行員避開惡劣天氣和確定飛機當(dāng)前的位置，以確保飛行安全。因此，氣 象雷達系統(tǒng)作為飛機的重要組成部分之一，飛行員對其操作的正確與否、熟練與否直接影 響著飛機的飛行安全。2004年8月第30卷第8期在《電子工程師》中公開了名稱為“氣象雷達模擬訓(xùn) 練器主控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)”，該文介紹了氣象雷達的探測原理及模擬訓(xùn)練器的仿真原理， 重點闡述了模擬訓(xùn)練器控制系統(tǒng)的硬件組成原理和結(jié)構(gòu)，介紹了內(nèi)部各個模塊的具體實現(xiàn) 方法，并給出了硬件控制流程。本文在第3節(jié)介紹了模擬訓(xùn)練器主控系統(tǒng)的功能由主控機 柜完成，包括實現(xiàn)全仿真效果所需的全部硬件電路及相應(yīng)的軟件控制程序，包括DSP、FLEX IOK系列FPGA以及各種功能模擬模塊電路。硬件原理如圖3所示。2010年8月第四卷第15期在《企業(yè)技術(shù)開發(fā)》中公開了名稱為“WXR-700X機載 氣象雷達系統(tǒng)的工作原理與故障分析”，該文介紹了常見的故障類型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種教學(xué)用的機載氣象雷達教學(xué)模擬系統(tǒng)，采用氣象雷 達模擬器是替代真實氣象雷達訓(xùn)練器對操作員進行訓(xùn)練的多快好省的方案。該模擬系統(tǒng)通 過不同身份(老師和學(xué)生)實現(xiàn)不同的功能，一方面有利于教師管理學(xué)員的學(xué)習(xí)情況，另一 方面有利于訓(xùn)練者熟練掌握氣象雷達的各項操作。本發(fā)明的目的之二是提供人機界面(氣象雷達界面與EFIS界面)表達的實物操 作，使得訓(xùn)練者如同在實際的機載上進行操作，減少了訓(xùn)練者誤操作帶來的故障。本發(fā)明的一種機載氣象雷達教學(xué)模擬系統(tǒng)，該模擬系統(tǒng)包括有EFIS控制盒、氣象 雷達控制盒、天線、PC機，天線安裝在氣象雷達控制盒的頂部，天線根據(jù)氣象雷達控制盒輸 出的方位指令進行方位調(diào)節(jié)，氣象雷達控制盒輸出控制信號給EFIS控制盒，EFIS控制盒輸 出控制信號給PC機，還包括保存在PC機中的機載氣象雷達教學(xué)演示模塊；所述的機載氣象雷達教學(xué)演示模塊包括有教師子單元、學(xué)員子單元、氣象雷達顯 示屏、氣象雷達按鍵操作單元和EFIS按鍵操作單元；教師子單元用于實現(xiàn)教師對學(xué)員在進行氣象雷達操作全過程的掌握，從而了解學(xué) 員是否出現(xiàn)故障操作；
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學(xué)員子單元能夠根據(jù)選課界面實現(xiàn)雷達操作、上電自檢和故障判斷三個選項；氣象雷達顯示屏用于動態(tài)展現(xiàn)氣象雷達掃描效果；氣象雷達按鍵操作單元用于實現(xiàn)與氣象雷達控制盒的按鍵調(diào)節(jié)同步；EFIS按鍵操作單元用于實現(xiàn)與EFIS控制盒的按鍵調(diào)節(jié)同步；所述氣象雷達顯示屏能夠顯示真實性的效果，是對模擬出的雷達采集數(shù)據(jù)進行 了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；即載機坐標(biāo)系Xb，yb,、與地面坐標(biāo)Xd，yd，關(guān)系由3個歐拉角確定，分別 為偏航角Ψ，俯仰角Θ，橫滾角γ，3個歐拉角以參考坐標(biāo)系χ' , y' , ζ'轉(zhuǎn)換次序為
權(quán)利要求
1. 一種機載氣象雷達教學(xué)模擬系統(tǒng)，該模擬系統(tǒng)包括有EFIS控制盒、氣象雷達控制 盒、天線、PC機，天線安裝在氣象雷達控制盒的頂部，天線根據(jù)氣象雷達控制盒輸出的方位 指令進行方位調(diào)節(jié)，氣象雷達控制盒輸出控制信號給EFIS控制盒，EFIS控制盒輸出控制信 號給PC機，其特征在于還包括保存在PC機中的機載氣象雷達教學(xué)演示模塊；所述的機載氣象雷達教學(xué)演示模塊包括有教師子單元、學(xué)員子單元、氣象雷達顯示屏、 氣象雷達按鍵操作單元和EFIS按鍵操作單元；教師子單元用于實現(xiàn)教師對學(xué)員在進行氣象雷達操作全過程的掌握，從而了解學(xué)員是 否出現(xiàn)故障操作；學(xué)員子單元能夠根據(jù)選課界面實現(xiàn)雷達操作、上電自檢和故障判斷三個選項； 氣象雷達顯示屏用于動態(tài)展現(xiàn)氣象雷達掃描效果； 氣象雷達按鍵操作單元用于實現(xiàn)與氣象雷達控制盒的按鍵調(diào)節(jié)同步； EFIS按鍵操作單元用于實現(xiàn)與EFIS控制盒的按鍵調(diào)節(jié)同步； 所述氣象雷達顯示屏能夠顯示真實性的效果，是對模擬出的雷達采集數(shù)據(jù)進 行了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；即載機坐標(biāo)系xb，yb，、與地面坐標(biāo)xd，yd，關(guān)系由3個歐拉角確 定，分別為偏航角Ψ，俯仰角θ，橫滾角γ，3個歐拉角以參考坐標(biāo)系χ' , y' , ζ'轉(zhuǎn)換次序為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機載氣象雷達教學(xué)模擬系統(tǒng)，其特征在于氣象雷達按鍵操 作單元中的地圖模式選擇信號MAP是以機載雷達所觀測到的地圖畫面為主顯示界面，飛機 在飛行過程中的各種飛行姿態(tài)下的地圖背景的變化也必須是實時的，這就需要地圖畫面的 平移與旋轉(zhuǎn)；平移運動的坐標(biāo)由點P(xP，yP，Zp)下一時刻平P' (x' P,y' ρζ' ρ可以由平移矩陣
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機載氣象雷達教學(xué)模擬系統(tǒng)，其特征在于EFIS控制盒用于 產(chǎn)生氣象雷達顯示模式信號HSI、氣象雷達屏幕亮度調(diào)節(jié)信號BRTPC、氣象雷達探測距離信號RANGE、氣象雷達開/閉控制信號WXR。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機載氣象雷達教學(xué)模擬系統(tǒng)，其特征在于氣象雷達控制盒 用于產(chǎn)生測試模式選擇信號TEST、氣象模式選擇信號WX、氣象/湍流模式選擇信號WX+T、地 圖模式選擇信號MAP、系統(tǒng)增益控制信號GAIN、地面雜波抑制選擇信號IDNT、天線穩(wěn)定控制 信號STAB、天線俯仰控制信號TILT。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機載氣象雷達教學(xué)模擬系統(tǒng)，其特征在于EFIS控制盒采 用了單片機與CPLD結(jié)合的結(jié)構(gòu)；氣象雷達控制盒采用了單片機與CPLD結(jié)合的結(jié)構(gòu)；通過 CPLD采集數(shù)字信號，同時利用單片機的片內(nèi)ADC進行模擬電壓信號的采集，實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié) 旋鈕的仿真。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機載氣象雷達教學(xué)模擬系統(tǒng)，其特征在于單片機選取美國 SILICON LABORATORIES 公司的 C8051F 系列單片機。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機載氣象雷達教學(xué)模擬系統(tǒng)，其特征在于CPLD選取ALTERA 公司的EPM7U8SLC84-10芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機載氣象雷達教學(xué)模擬系統(tǒng)，其特征在于機載氣象雷達教 學(xué)演示模塊采用VC++6. 0語言編寫。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、3或4所述的機載氣象雷達教學(xué)模擬系統(tǒng)，其特征在于學(xué)員子單 元根據(jù)選課界面選取雷達操作時具有如下的信號響應(yīng)；氣象模式選擇信號WX使能，氣象雷達模擬顯示屏上實時模擬顯示氣象數(shù)據(jù)； 氣象/湍流模式選擇信號wx+τ使能，氣象雷達模擬顯示屏實時模擬顯示氣象和湍流數(shù) 據(jù)，只有氣象雷達探測距離信號RANGE選擇小于40海里時才能顯示湍流情況； 地圖模式選擇信號MAP使能，氣象雷達模擬顯示屏實時模擬地圖數(shù)據(jù)； 以上三種部件的選擇是互鎖的，任何情況下，只允許其中一種工作方式； 測試模式選擇信號TEST使能，延時1秒后，氣象雷達模擬顯示屏模擬顯示一組同心弧 的測試圖像；地面雜波抑制選擇信號IDNT使能，判斷氣象模式選擇信號WX是否使能，若使能，啟動 地面雜波抑制模擬程序，在氣象雷達模擬顯示屏上抑制地面雜波，呈現(xiàn)出清晰的氣象數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、3或4所述的機載氣象雷達教學(xué)模擬系統(tǒng)，其特征在于學(xué)員子單 元根據(jù)選課界面選取上電自檢時學(xué)生需順次按照以下操作步驟進行；步驟一氣象雷達顯示模式信號HIS調(diào)節(jié)至PLAN模式，氣象雷達開/閉控制信號WXR閉 合，氣象雷達探測距離信號RANGE調(diào)至10檔位，氣象模式選擇信號WX使能，系統(tǒng)增益控制 信號GAIN調(diào)節(jié)至MIN位置，天線俯仰控制信號TILT調(diào)節(jié)至大于零位置，完成初始化設(shè)置； 步驟二 調(diào)整氣象雷達顯示模式信號HIS及氣象雷達探測距離信號RANGE，氣象雷達開 /閉控制信號MR打開；步驟三出現(xiàn)自檢畫面后調(diào)整系統(tǒng)增益控制信號GAIN及天線俯仰控制信號TILT，并使 能天線穩(wěn)定控制信號STAB ；步驟四使能地面雜波抑制選擇信號IDNT ； 步驟五調(diào)整天線俯仰控制信號TILT ；步驟六地圖模式選擇信號MAP使能，并調(diào)節(jié)系統(tǒng)增益控制信號GAIN ；步驟七調(diào)節(jié)系統(tǒng)增益控制信號GAIN及天線俯仰控制信號TILT，并使能測試模式選擇信號TEST ；步驟八操作完畢后進入自檢畫面，自檢正常后關(guān)閉氣象雷達開/閉控制信號WXR，完 成整個上電自檢步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機載氣象雷達教學(xué)模擬系統(tǒng)，該模擬系統(tǒng)包括有EFIS控制盒、氣象雷達控制盒、天線、PC機和機載氣象雷達教學(xué)演示模塊，所述機載氣象雷達教學(xué)演示模塊存儲在PC機內(nèi)。為了模擬真實的顯示效果，對模擬出的雷達采集數(shù)據(jù)進行了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；而地圖模式選擇信號MAP是以機載雷達所觀測到的地圖畫面為主顯示界面，飛機在飛行過程中的各種飛行姿態(tài)下的地圖背景的變化也必須是實時的，這就需要地圖畫面的平移與旋轉(zhuǎn)。采用氣象雷達模擬器是替代真實氣象雷達訓(xùn)練器對操作員進行訓(xùn)練的多快好省的方案。該系統(tǒng)仿真度高、界面友好，并具有很好的拓展性和可移植性。
文檔編號G09B9/00GK102129795SQ201110040460
公開日2011年7月20日 申請日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月18日
發(fā)明者寇鑫, 潘鋒, 王璠璟, 肖文 申請人:北京航空航天大學(xué)