一種單臺模擬器實現(xiàn)多機編隊的仿真方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種單臺模擬器實現(xiàn)多機編隊的仿真方法，包括編隊仿真控制機、飛行模擬器；編隊仿真控制機存儲運行編隊仿真控制程序和編隊規(guī)劃文件；解決了單臺模擬器無法進行多機編隊模擬訓(xùn)練問題，使多機編隊模擬訓(xùn)練不再受地域分布和飛行員數(shù)量限制。采用真實飛機在編隊飛行時記錄的飛參數(shù)據(jù)，訓(xùn)練貼近實際。通過更新真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫中的飛參數(shù)據(jù)表，可向仿真飛機編隊飛行方案添加編隊飛行方案，彌補了單臺模擬器只能進行單一航跡編隊飛行的不足。選用了固定翼真實飛機通用的飛機動力學(xué)和飛機運動學(xué)數(shù)學(xué)模型，可通過更換真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫和真實飛機設(shè)計參數(shù)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)不同型號仿真飛機的模擬。
【專利說明】一種單臺模擬器實現(xiàn)多機編隊的仿真方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及多機編隊的仿真方法，特別是涉及一種單臺飛行模擬器實現(xiàn)多機編隊的仿真方法，屬于飛行仿真【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0003]利用飛行模擬器進行飛行員的編隊模擬訓(xùn)練主要有兩種訓(xùn)練方式:一種方式是在單臺飛行模擬器上模擬雙機編隊。帶隊仿真飛機是由計算機模擬的仿真飛機，其飛行過程通過回放數(shù)據(jù)的方式，還原事先利用設(shè)計好的計算機程序錄制的飛行教員駕駛飛行模擬器飛行的全過程。在還原過程中，飛行員駕駛飛行模擬器跟在帶隊仿真飛機后面，練習(xí)雙機編隊飛行。如采用這種錄制的方式實現(xiàn)多機編隊，就要按先錄制單機飛行過程、再錄制雙機編隊飛行過程、然后錄制三機編隊飛行過程……的順序錄制多次數(shù)據(jù)文件，一旦錄制好后，不能再修改，訓(xùn)練科目單一，而且錄制的過程也很繁瑣。另一種方式是利用計算機網(wǎng)絡(luò)將同一地域或不同地域的多臺飛行模擬器聯(lián)網(wǎng)，每名飛行員駕駛一臺飛行模擬器在聯(lián)網(wǎng)的條件下與其他飛行員駕駛的飛行模擬器一起進行編隊模擬訓(xùn)練。該方式要求同一地域或不同地域的多名飛行員在同一時間共同參與才能完成模擬訓(xùn)練。好處是在模擬訓(xùn)練中仿真飛機的駕駛員不是計算機而是飛行員，飛行員可以像實際編隊飛行一樣，利用語音通訊進行編隊的指揮和協(xié)作，模擬訓(xùn)練過程更逼真。但也存在不足:一是需要一次投入多臺飛行模擬器，價格昂貴。當(dāng)模擬器數(shù)量不足 時，無法完成編隊模擬訓(xùn)練；二是由于各種飛行模擬器都是安放在不同地域，要想讓不同地域的飛行員在同一時間參與訓(xùn)練是一件很困難的事情?；谏鲜鰡栴}，需要一種能在一臺模擬器上實現(xiàn)多機編隊的模擬訓(xùn)練的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種單臺飛行模擬器實現(xiàn)多機編隊的仿真方法，步驟和條件如下:包括編隊仿真控制機、飛行模擬器；編隊仿真控制機存儲和運行編隊仿真控制程序和編隊規(guī)劃文件；
所述編隊仿真控制機是一臺安裝多網(wǎng)卡的PC計算機或工業(yè)控制計算機,在Windows XP操作系統(tǒng)下安裝了 RTX(Real-Time extension)實時操作系統(tǒng)，具有實時解算能力；使用Μ)Ρ(User Data Protocol)用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議,通過網(wǎng)卡與飛行模擬器的視景分系統(tǒng)和教員控制臺分系統(tǒng)進行網(wǎng)絡(luò)通信；
所述的飛行模擬器是已有商品，包括仿真飛機性能模擬分系統(tǒng)、座艙模擬分系統(tǒng)、視景分系統(tǒng)、教員控制臺分系統(tǒng)、計算機和網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)、動感模擬分系統(tǒng)、航空電子模擬分系統(tǒng)、綜合環(huán)境模擬分系統(tǒng)、聲音模擬分系統(tǒng)和輔助分系統(tǒng)；
所述的仿真飛機性能模擬分系統(tǒng)模擬真實飛機飛行性能、動力裝置性能、空氣動力效應(yīng)、特殊情況現(xiàn)象、操縱特性；座艙模擬分系統(tǒng)模擬真實飛機座艙內(nèi)儀表、顯示器、指示器、指示燈、開關(guān)、按鈕、斷路器和操縱裝置的工作模式、操作方式、操作特性、顯示內(nèi)容；視景分系統(tǒng)模擬氣象條件、飛行狀態(tài)時的視覺效果，空、地景物及其相對運動動態(tài)效果的艙外景象，滿足飛行員正確完成機動飛行、編隊飛行模擬訓(xùn)練的需求；此外，視景分系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)發(fā)送模塊發(fā)來的每架仿真飛機的飛行數(shù)據(jù)，顯示仿真飛機飛行的動態(tài)視覺效果；教員控制臺分系統(tǒng)是飛行模擬器的控制中心，監(jiān)視和控制整個模擬飛行訓(xùn)練過程，適時改變飛行環(huán)境；此外，教員控制臺分系統(tǒng)利用收到的每架仿真飛機的飛行數(shù)據(jù)，繪制出每架仿真飛機的飛行軌跡；計算機和網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)包括多臺計算機，是飛行模擬器的神經(jīng)中樞，承擔(dān)整個模擬器各個分系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的解算與控制任務(wù)，每臺計算機通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起，相互之間不斷進行信息交流，從而使整個飛行模擬器一致運行；動感模擬分系統(tǒng)模擬產(chǎn)生真實飛機運動動感，在視景顯示、座艙儀表顯示和聲音模擬的配合下，為飛行員提供瞬時或持續(xù)的運動感覺；模擬的航空電子分系統(tǒng)模擬真實飛機上的航空電子設(shè)備的功能、性能、正常狀態(tài)和故障狀態(tài)、工作模式的轉(zhuǎn)換邏輯、操作響應(yīng)；綜合環(huán)境模擬分系統(tǒng)建立了真實飛機外的大氣環(huán)境數(shù)學(xué)模型，通過模型解算實現(xiàn)了對氣壓模擬、地面及水面巡航風(fēng)以及紊流/陣風(fēng)的效果模擬；聲音模擬分系統(tǒng)為飛行員提供逼真的環(huán)境噪音模擬；輔助分系統(tǒng)負(fù)責(zé)模擬器的空調(diào)通風(fēng)、電子和危險報警；
所述編隊仿真控制程序包括數(shù)據(jù)解析模塊、數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、綜合管理模塊和偏差修正模塊；用于模擬仿真飛機的飛行全過程；
所述數(shù)據(jù)解析模塊，其根據(jù)飛行教員制定的模擬編隊飛行方案，依據(jù)仿真飛機編隊飛行方案中的仿真飛機模擬方案實施數(shù)據(jù)表，建立每架仿真飛機與真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)的真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表的連接，從真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表的第一條記錄開始，按時間歷程從該數(shù)據(jù)表中讀取每架真實飛機飛行操縱系統(tǒng)、油門位置、起落架位置的數(shù)值；飛行操縱系統(tǒng)包括升降舵偏角、方向舵偏角、副翼偏角、襟翼偏角；讀出的數(shù)據(jù)送給數(shù)據(jù)處理模塊進行插值處理；
數(shù)據(jù)接收模塊，實時通過網(wǎng)絡(luò)接收教員控制臺分系統(tǒng)選擇的存儲于仿真飛機編隊飛行方案中的模擬編隊飛行方案和教員控制臺分系統(tǒng)的控制指令，控制指令包括“開始訓(xùn)練”、“復(fù)位”、“仿真飛機偏差修正”；
所述數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，①將仿真飛機模擬方案總數(shù)據(jù)表中所有編隊方案名稱，發(fā)送給教員控制臺分系統(tǒng)，以便飛行教員能在教員控制臺分系統(tǒng)上看到現(xiàn)有的編隊方案將真實飛機設(shè)計參數(shù)數(shù)據(jù)庫中存儲的真實飛機設(shè)計參數(shù)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊插值后的數(shù)據(jù)，和偏差修正模塊計算的偏差修正數(shù)據(jù)，經(jīng)仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊)解算后，得到每架仿真飛機的位置和姿態(tài)角的數(shù)據(jù)發(fā)給視景分系統(tǒng)和教員控制臺分系統(tǒng)；
所述仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊，由飛行氣動力解算模塊、起落架力和力矩解算模塊、飛行運動學(xué)模型解算模塊、質(zhì)量特性解算模塊和動力裝置力和力矩解算模塊組成；利用固定翼真實飛機通用的飛機動力學(xué)和飛機運動學(xué)數(shù)學(xué)模型(詳見附件1)，將真實飛機設(shè)計參數(shù)數(shù)據(jù)庫中存儲的真實飛機設(shè)計參數(shù)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊插值后的飛行操縱系統(tǒng)、油門位置、起落架位置的數(shù)據(jù)和偏差修正模塊計算的偏差數(shù)據(jù)，進行解算，得到每架仿真飛機的位置和姿態(tài)角，經(jīng)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊發(fā)給視景分系統(tǒng)和教員控制臺分系統(tǒng)；
所述數(shù)據(jù)處理模塊，對真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫中的真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)進行插值，滿足仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊每個運算周期都有數(shù)據(jù)值輸入的要求；
所述綜合管理模塊，實現(xiàn)對程序運行全過程的管理，負(fù)責(zé)以下內(nèi)容:
①建立編隊仿真控制機和飛行模擬器網(wǎng)絡(luò)連接；
②在系統(tǒng)初始化時，對編隊仿真控制程序內(nèi)部需要進行初始化的系統(tǒng)變量進行初始
化；
③在系統(tǒng)初始化時，建立與仿真飛機編隊飛行方案的連接，讀取仿真飛機模擬方案總數(shù)據(jù)表中所有編隊方案名稱；調(diào)用數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，將讀取到的編隊方案名稱發(fā)送給教員控制臺分系統(tǒng)，以便飛行教員能在教員控制臺分系統(tǒng)上看到現(xiàn)有的編隊方案；
④根據(jù)數(shù)據(jù)接收模塊收到的教員控制臺分系統(tǒng)控制指令，包括“開始訓(xùn)練”、“復(fù)位”、“仿真飛機誤差修正”的指令，管理飛行模擬訓(xùn)練全過程；所述的數(shù)據(jù)接收模塊(220)收到“開始訓(xùn)練”的指令，綜合管理模塊調(diào)用數(shù)據(jù)解析模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊、數(shù)據(jù)處理模塊)進行仿真飛機的模擬；當(dāng)收到“復(fù)位”的指令時，重新對編隊仿真控制程序內(nèi)部的需要初始化的系統(tǒng)變量進行初始化，數(shù)據(jù)解析模塊從真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫中飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表的第一條記錄開始，重新按照時間歷程讀取數(shù)據(jù)；當(dāng)收到“仿真飛機誤差修正”的指令時，調(diào)用偏差修正模塊，由偏差修正模塊根據(jù)飛行航向偏差數(shù)據(jù)計算方向舵偏角修正量，根據(jù)氣壓高度偏差數(shù)據(jù)計算升降舵偏角修正量，根據(jù)飛行速度偏差數(shù)據(jù)計算油門位置修正量，仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊根據(jù)上述修正量，完成仿真飛機飛行航向、氣壓高度、飛行速度的修正；
所述偏差修正模塊，為飛行教員提供每架仿真飛機的氣壓高度、飛行航向、飛行速度偏差的修正數(shù)據(jù)，所述的修正數(shù)據(jù)由仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊進行解算；所述的修正數(shù)據(jù)由飛行教員利用教員控制臺分系統(tǒng)向數(shù)據(jù)接收模塊發(fā)出偏差修正指令，綜合管理模塊根據(jù)接收到的偏差修正指，調(diào)用偏差修正模塊，根據(jù)飛行航向偏差數(shù)據(jù)，
利用公式= = 計算方向舵偏角修正量，根據(jù)氣壓高度偏差數(shù)據(jù)，利用公式=計算升降舵偏角修正量，根據(jù)飛行速度偏差數(shù)據(jù)，利用公式
Ar = MJr(Ic=OJIl)計算油門位置修正量；
所述編隊規(guī)劃文件包括真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫、仿真飛機編隊飛行方案和真實飛機設(shè)計參數(shù)數(shù)據(jù)庫；
所述真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫是存儲多個真實飛機飛參數(shù)據(jù)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，對應(yīng)的包括多個真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表；所述飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表是保存飛行操縱系統(tǒng)、油門位置、起落架位置的數(shù)據(jù)表格；飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)來源于真實飛機上“黑匣子”；一個飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表保存同一編隊內(nèi)一架真實飛機的真實飛參數(shù)據(jù)，為模擬仿真飛機提供數(shù)據(jù)，供數(shù)據(jù)解析模塊讀取；分別與仿真飛機模擬方案實施數(shù)據(jù)表的“方案編號”和“仿真飛機編號”一致；
所述仿真飛機編隊飛行方案是存儲飛行教員制定的多個模擬編隊飛行方案的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，包括飛行教員制定的多個模擬編隊飛行方案，每個模擬編隊飛行方案包括一個仿真飛機模擬方案實施數(shù)據(jù)表和對應(yīng)的仿真飛機模擬方案總數(shù)據(jù)表；
所述仿真飛機模擬方案總數(shù)據(jù)表是對該編隊飛行方案的總體介紹，包括“方案名稱”、“方案編號”、“方案內(nèi)容介紹”，所述“方案內(nèi)容介紹”是對該方案起降機場、總飛行時間和編隊中仿真飛機數(shù)量的介紹；飛行員通過閱讀仿真飛機模擬方案總數(shù)據(jù)表可以對仿真飛機編隊飛行方案中存儲的所有模擬編隊飛行方案有全局性了解；仿真飛機模擬方案總數(shù)據(jù)表中的“方案名稱”、“方案編號”與仿真飛機模擬方案實施數(shù)據(jù)表中的 對應(yīng)；
所述仿真飛機模擬方案實施數(shù)據(jù)表是該方案的實施內(nèi)容，包括“方案編號”、“仿真飛機編號”、“起始位置”、“著陸機場”、“加油量”、“起飛時間”、“總的飛行時間”、“對應(yīng)數(shù)據(jù)表”，所述“對應(yīng)數(shù)據(jù)表”與真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫中真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表分別對應(yīng)；飛行員通過閱讀仿真飛機模擬方案總數(shù)據(jù)表可以對該模擬編隊飛行方案有具體了解；
飛行教員在仿真飛機編隊飛行方案中制定模擬編隊飛行方案:飛行教員在編隊仿真控制機上，從真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫中提取同一編隊內(nèi)每架真實飛機的飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表，制定模擬編隊飛行方案，之后，存儲于仿真飛機編隊飛行方案中；
所述真實飛機設(shè)計參數(shù)數(shù)據(jù)庫是存儲和管理真實飛機參數(shù)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，包括真實飛機幾何外形數(shù)據(jù)、基本氣動數(shù)據(jù)、重量和慣性矩數(shù)據(jù)、發(fā)動機參數(shù)數(shù)據(jù)，為仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊進行飛機動力學(xué)和飛機運動學(xué)數(shù)學(xué)模型解算提供需要的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于該型號真實飛機的設(shè)計單位，不可以添加、刪除、修改；
所述編隊仿真控制程序的流程，見實施例1。
[0005]有益效果:本發(fā)明提供一種單臺模擬器實現(xiàn)多機編隊的仿真方法，(I)解決了單臺模擬器上無法進行多機編隊模擬訓(xùn)練的問題，使多機編隊的模擬訓(xùn)練不再受地域分布和飛行員數(shù)量的限制。(2)兼顧了雙機編隊和多機編隊的模擬訓(xùn)練。(3)采用真實飛機在編隊飛行時記錄的飛參數(shù)據(jù)，使編隊模擬訓(xùn)練貼近實際，提高了模擬訓(xùn)練的逼真度。(4)通過更新真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫中的飛參數(shù)據(jù)表，可以向仿真飛機編隊飛行方案添加編隊飛行方案，彌補了單臺模擬器只能進行單一航跡編隊飛行的不足。(5)由于選用了固定翼真實飛機通用的飛機動力學(xué)和飛機運動學(xué)數(shù)學(xué)模型，該發(fā)明具有通用性。通過更換真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫里的飛參數(shù)據(jù)和更換真實飛機設(shè)計參數(shù)數(shù)據(jù)庫里真實飛機參數(shù)，實現(xiàn)不同型號仿真飛機的模擬。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是本發(fā)明的一種單臺模擬器實現(xiàn)多機編隊的仿真系統(tǒng)構(gòu)成示意方框圖。
[0007]圖2是本發(fā)明的一種單臺模擬器實現(xiàn)多機編隊的仿真方法的程序流程圖。
[0008]圖3是本發(fā)明的仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊的流程圖。
[0009]圖4是本發(fā)明的仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊的結(jié)構(gòu)示意圖的方框圖。
【具體實施方式】
[0010]實施例1本發(fā)明提供一種單臺飛行模擬器實現(xiàn)多機編隊的仿真方法，步驟和條件如下:如圖1所示，包括編隊仿真控制機(100)、飛行模擬器(400);編隊仿真控制機(100)存儲和運行編隊仿真控制程序(200)和編隊規(guī)劃文件(300)；
所述編隊仿真控制機(100)是一臺安裝多網(wǎng)卡的PC計算機或工業(yè)控制計算機，在Windows XP操作系統(tǒng)下安裝了 RTX (Real-Time extension)實時操作系統(tǒng)，具有實時解算能力；使用UDP (User Data Protocol)用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，通過網(wǎng)卡與飛行模擬器(400)的視景分系統(tǒng)(403)和教員控制臺分系統(tǒng)(404)進行網(wǎng)絡(luò)通信；所述RTX是美國Ardence公司推出解決Windows 2000 (XP)強實時性的擴展模塊，它不對Windows 2000 (XP)系統(tǒng)本身做任何修改，可獲得很好的實時性；所述實時性是飛行模擬器(400)的仿真飛機性能模擬分系統(tǒng)(401)、座艙模擬分系統(tǒng)(402)、視景分系統(tǒng)(403)、動感模擬分系統(tǒng)(406)、航空電子模擬分系統(tǒng)(407)、綜合環(huán)境模擬分系統(tǒng)(408)、聲音模擬分系統(tǒng)(409)能在符合真實飛機操縱響應(yīng)的時間內(nèi)對飛行員的操縱同時做出反應(yīng)；
所述的飛行模擬器(400)是已有商品，包括仿真飛機性能模擬分系統(tǒng)(401)、座艙模擬分系統(tǒng)(402 )、視景分系統(tǒng)(403 )、教員控制臺分系統(tǒng)(404 )、計算機和網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)(405 )、動感模擬分系統(tǒng)(406)、航空電子模擬分系統(tǒng)(407)、綜合環(huán)境模擬分系統(tǒng)(408)、聲音模擬分系統(tǒng)(409)和輔助分系統(tǒng)(410)；
所述的仿真飛機性能模擬分系統(tǒng)(401)模擬真實飛機飛行性能、動力裝置性能、空氣動力效應(yīng)、特殊情況現(xiàn)象、操縱特性；座艙模擬分系統(tǒng)(402)模擬真實飛機座艙內(nèi)儀表、顯示器、指示器、指示燈、開關(guān)、按鈕、斷路器和操縱裝置的工作模式、操作方式、操作特性、顯示內(nèi)容；視景分系統(tǒng)(403)模擬氣象條件、飛行狀態(tài)時的視覺效果，空、地景物及其相對運動動態(tài)效果的艙外景象，滿足飛行員正確完成機動飛行、編隊飛行模擬訓(xùn)練的需求；此外，視景分系統(tǒng)(403)利用數(shù)據(jù)發(fā)送模塊(230)發(fā)來的每架仿真飛機的飛行數(shù)據(jù)，顯示仿真飛機飛行的動態(tài)視覺效果；教員控制臺分系統(tǒng)(404)是飛行模擬器(400)的控制中心，監(jiān)視和控制整個模擬飛行訓(xùn)練過程，適時改變飛行環(huán)境；此外，教員控制臺分系統(tǒng)(404)利用收到的每架仿真飛機的飛行數(shù)據(jù)，繪制出每架仿真飛機的飛行軌跡；計算機和網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)(405)包括多臺計算機，是飛行模擬器的神經(jīng)中樞，承擔(dān)整個模擬器各個分系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的解算與控制任務(wù)，每臺計算機通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起，相互之間不斷進行信息交流，從而使整個飛行模擬器(400)—致運行；動感模擬分系統(tǒng)(406)模擬產(chǎn)生真實飛機運動動感，在視景顯示、座艙儀表顯示和聲音模擬的配合下，為飛行員提供瞬時或持續(xù)的運動感覺；模擬的航空電子分系統(tǒng)(407)模擬真實飛機上的航空電子設(shè)備的功能、性能、正常狀態(tài)和故障狀態(tài)、工作模式的轉(zhuǎn)換邏輯、操作響應(yīng)；綜合環(huán)境模擬分系統(tǒng)(408)建立了真實飛機外的大氣環(huán)境數(shù)學(xué)模型，通過模型解算實現(xiàn)了對氣壓模擬、地面及水面巡航風(fēng)以及紊流/陣風(fēng)的效果模擬；聲音模擬分系統(tǒng)(409)為飛行員提供逼真的環(huán)境噪音模擬；輔助分系統(tǒng)(410)負(fù)責(zé)模擬器的空調(diào)通風(fēng)、電子和危險報警；
所述編隊仿真控制程序(200)包括數(shù)據(jù)解析模塊(210)、數(shù)據(jù)接收模塊(220)、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊(230)、仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)、數(shù)據(jù)處理模塊(250)、綜合管理模塊(260)和偏差修正模塊(270);用于模擬仿真飛機的飛行全過程；
所述數(shù)據(jù)解析模塊(210)，其根據(jù)飛行教員制定的模擬編隊飛行方案，依據(jù)仿真飛機編隊飛行方案(320)中的仿真飛機模擬方案實施數(shù)據(jù)表(322)，建立每架仿真飛機與真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(310)中對應(yīng)的真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表的連接，從真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表的第一條記錄開始，按時間歷程從該數(shù)據(jù)表中讀取每架真實飛機飛行操縱系統(tǒng)、油門位置、起落架位置的數(shù)值；飛行操縱系統(tǒng)包括升降舵偏角、方向舵偏角、副翼偏角、襟翼偏角；讀出的數(shù)據(jù)送給數(shù)據(jù)處理模塊(250)進行插值處理；
數(shù)據(jù)接收模塊(220)，實時通過網(wǎng)絡(luò)接收教員控制臺分系統(tǒng)(404)選擇的存儲于仿真飛機編隊飛行方案(320)中的模擬編隊飛行方案和教員控制臺分系統(tǒng)(404)的控制指令，控制指令包括“開始訓(xùn)練”、“復(fù)位”、“仿真飛機偏差修正”；所述數(shù)據(jù)發(fā)送模塊(230)，①將仿真飛機模擬方案總數(shù)據(jù)表(321)中所有編隊方案名稱，發(fā)送給教員控制臺分系統(tǒng)(404)，以便飛行教員能在教員控制臺分系統(tǒng)(404)上看到現(xiàn)有的編隊方案將真實飛機設(shè)計參數(shù)數(shù)據(jù)庫(330)中存儲的真實飛機設(shè)計參數(shù)，包括真實飛機幾何外形數(shù)據(jù)、基本氣動數(shù)據(jù)、重量和慣性矩數(shù)據(jù)、發(fā)動機參數(shù)數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊(250)插值后的飛行操縱系統(tǒng)、油門位置、起落架位置的數(shù)據(jù)，和偏差修正模塊(270)計算的偏差修正數(shù)據(jù)，經(jīng)仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)解算后，得到每架仿真飛機的位置和姿態(tài)角，每架仿真飛機的位置包括經(jīng)度坐標(biāo)、緯度坐標(biāo)、氣壓高度，每架仿真飛機的姿態(tài)角包括航向角、俯仰角、滾轉(zhuǎn)角，上述數(shù)據(jù)發(fā)給視景分系統(tǒng)(403)和教員控制臺分系統(tǒng)(404)；
所述仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)，由飛行氣動力解算模塊(2401)、起落架力和力矩解算模塊(2402)、飛行運動學(xué)模型解算模塊(2403)、質(zhì)量特性解算模塊(2404)和動力裝置力和力矩解算模塊(2405)組成；利用固定翼真實飛機通用的飛機動力學(xué)和飛機運動學(xué)數(shù)學(xué)模型(詳見附件1)，將真實飛機設(shè)計參數(shù)數(shù)據(jù)庫(330)中存儲的真實飛機設(shè)計參數(shù)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊(250)插值后的飛行操縱系統(tǒng)、油門位置、起落架位置的數(shù)據(jù)和偏差修正模塊(270)計算的偏差數(shù)據(jù)，進行解算，得到每架仿真飛機的位置和姿態(tài)角，經(jīng)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊(230)發(fā)給視景分系統(tǒng)(403)和教員控制臺分系統(tǒng)(404);
所述數(shù)據(jù)處理模塊(250)，對真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(310)中的真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)進行插值，由于真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)只在時間間隔為fc秒的離散點上有數(shù)據(jù)，而仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)需要每隔0.001秒有一個數(shù)據(jù)值輸入，由于真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)的間隔時間遠(yuǎn)大于仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)解算時間，所以要進行數(shù)據(jù)插值；插值的方法是，首先對時間間隔為Jt秒鐘的離散飛參數(shù)據(jù)進行線性擬合，使其成為連
續(xù)信號，然后以0.001秒為最小單元,利用公式=C1- =0, I, 2，…)
進行離散化處理,其中務(wù)—U = t#, i = ^,+0-001i<?*>=0,ii<lCMfc,iie2W)，|%為4 時刻的
真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)，使得每0.001秒都有對應(yīng)的數(shù)據(jù)值，滿足仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)每個運算周期都有數(shù)據(jù)值輸入的要求；
所述綜合管理模塊(260)，實現(xiàn)對程序運行全過程的管理，負(fù)責(zé)以下內(nèi)容:
①建立編隊仿真控制機(100)和飛行模擬器(400)網(wǎng)絡(luò)連接；
②在系統(tǒng)初始化時，對編隊仿真控制程序(200)內(nèi)部需要進行初始化的系統(tǒng)變量進行初始化；
③在系統(tǒng)初始化時，建立與仿真飛機編隊飛行方案(320)的連接，讀取仿真飛機模擬方案總數(shù)據(jù)表(321)中所有編隊方案名稱；調(diào)用數(shù)據(jù)發(fā)送模塊(230)，將讀取到的編隊方案名稱發(fā)送給教員控制臺分系統(tǒng)(404)，以便飛行教員能在教員控制臺分系統(tǒng)(404)上看到現(xiàn)有的編隊方案；
④根據(jù)數(shù)據(jù)接收模塊(220)收到的教員控制臺分系統(tǒng)(404)控制指令，包括“開始訓(xùn)練”、“復(fù)位”、“仿真飛機誤差修正”的指令，管理飛行模擬訓(xùn)練全過程；所述的數(shù)據(jù)接收模塊(220)收到“開始訓(xùn)練”的指令，綜合管理模塊(260)調(diào)用數(shù)據(jù)解析模塊(210)、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊(230)、仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)、數(shù)據(jù)處理模塊(250)進行仿真飛機的模擬；當(dāng)收到“復(fù)位”的指令時，重新對編隊仿真控制程序(200)內(nèi)部的需要初始化的系統(tǒng)變量進行初始化，數(shù)據(jù)解析模塊(210)從真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(310)中飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表的第一條記錄開始，重新按照時間歷程讀取數(shù)據(jù)；當(dāng)收到“仿真飛機誤差修正”的指令時，調(diào)用偏差修正模塊(270)，由偏差修正模塊(270)根據(jù)飛行航向偏差數(shù)據(jù)計算方向舵偏角修正量，根據(jù)氣壓高度偏差數(shù)據(jù)計算升降舵偏角修正量，根據(jù)飛行速度偏差數(shù)據(jù)計算油門位置修正量，仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)根據(jù)上述修正量，完成仿真飛機飛行航向、氣壓高度、飛行速度的修正；
所述偏差修正模塊(270)，為飛行教員提供每架仿真飛機的氣壓高度、飛行航向、飛行速度偏差的修正數(shù)據(jù)，所述的修正數(shù)據(jù)由仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)進行解算；所述的修正數(shù)據(jù)由飛行教員利用教員控制臺分系統(tǒng)(404)向數(shù)據(jù)接收模塊(220)發(fā)出偏差修正指令，綜合管理模塊(260)根據(jù)接收到的偏差修正指，調(diào)用偏差修正模塊(270)，根據(jù)飛
行航向偏差數(shù)據(jù),利 用公式Δ爐= JbSr(Jfc = OJH)計算方向舵偏角修正量，根據(jù)氣壓高度偏差數(shù)據(jù)，利用公= 計算升降舵偏角修正量，根據(jù)飛行速度偏差數(shù)據(jù)，利用公式Ar = MF(Jt=O-Ol)計算油門位置修正量；
所述編隊規(guī)劃文件(300)包括真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(310)、仿真飛機編隊飛行方案(320)和真實飛機設(shè)計參數(shù)數(shù)據(jù)庫(330)；
所述真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(310)是存儲多個真實飛機飛參數(shù)據(jù)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，對應(yīng)的包括多個真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表；所述飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表是保存飛行操縱系統(tǒng)、油門位置、起落架位置的數(shù)據(jù)表格；飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)來源于真實飛機上“黑匣子”從通電開始，每隔秒鐘記錄一次飛行數(shù)據(jù)，直到“黑匣子”斷電時記錄的所有飛行數(shù)據(jù)；一個飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表保存同一編隊內(nèi)一架真實飛機的真實飛參數(shù)據(jù)，為模擬一架仿真飛機提供數(shù)據(jù)，按照“XX_XX”(例如01_01)的形式命名，供數(shù)據(jù)解析模塊(210)讀?。弧癤X_XX”中的“前面的數(shù)字XX代表模擬編隊飛行方案的編號，”后面的數(shù)字XX代表編隊中仿真飛機編號，分別與仿真飛機模擬方案實施數(shù)據(jù)表(322)的“方案編號”和“仿真飛機編號”一致；所述仿真飛機編隊飛行方案(320)是存儲飛行教員制定的多個模擬編隊飛行方案的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，包括飛行教員制定的多個模擬編隊飛行方案，每個模擬編隊飛行方案包括一個仿真飛機模擬方案實施數(shù)據(jù)表(322)和對應(yīng)的仿真飛機模擬方案總數(shù)據(jù)表(321)；
所述仿真飛機模擬方案總數(shù)據(jù)表(321)是對該編隊飛行方案的總體介紹，包括“方案名稱”、“方案編號”、“方案內(nèi)容介紹”，所述“方案內(nèi)容介紹”是對該方案起降機場、總飛行時間和編隊中仿真飛機數(shù)量的介紹；飛行員通過閱讀仿真飛機模擬方案總數(shù)據(jù)表(321)可以對仿真飛機編隊飛行方案(320)中存儲的所有模擬編隊飛行方案有全局性了解；仿真飛機模擬方案總數(shù)據(jù)表(321)中的“方案名稱”、“方案編號”與仿真飛機模擬方案實施數(shù)據(jù)表(322)中的--對應(yīng)；
所述仿真飛機模擬方案實施數(shù)據(jù)表(322)是該方案的實施內(nèi)容，包括“方案編號”、“仿真飛機編號”、“起始位置”、“著陸機場”、“加油量”、“起飛時間”、“總的飛行時間”、“對應(yīng)數(shù)據(jù)表”，所述“對應(yīng)數(shù)據(jù)表”與真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(310)中真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表分別對應(yīng)；飛行員通過閱讀仿真飛機模擬方案總數(shù)據(jù)表(321)可以對該模擬編隊飛行方案有具體了解； 飛行教員在仿真飛機編隊飛行方案(320)中制定模擬編隊飛行方案:飛行教員在編隊仿真控制機(100)上，從真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(310)中提取同一編隊內(nèi)每架真實飛機的飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表，制定模擬編隊飛行方案，之后，存儲于仿真飛機編隊飛行方案(320)中；
所述真實飛機設(shè)計參數(shù)數(shù)據(jù)庫(330)是存儲和管理真實飛機參數(shù)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，包括真實飛機幾何外形數(shù)據(jù)、基本氣動數(shù)據(jù)、重量和慣性矩數(shù)據(jù)、發(fā)動機參數(shù)數(shù)據(jù)，為仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)進行飛機動力學(xué)和飛機運動學(xué)數(shù)學(xué)模型解算提供需要的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于該型號真實飛機的設(shè)計單位，不可以添加、刪除、修改；
如圖2所示，下面介紹多機編隊仿真控制程序(200)的程序流程:
步驟100，開始；
步驟101，建立網(wǎng)絡(luò)連接，編隊仿真控制機(100)通過數(shù)據(jù)接收模塊(220)建立與飛行模擬器(400)的視景分系統(tǒng)(403)、教員控制臺分系統(tǒng)(404)的網(wǎng)絡(luò)連接，通過網(wǎng)絡(luò)把編隊仿真控制機(100)與飛行模擬器(400)連接起來；
步驟102，系統(tǒng)初始化，完成以下內(nèi)容:
①對編隊仿真控制程序(200)內(nèi)部需要進行初始化的系統(tǒng)變量進行初始化；
②為保證解算的實時性，仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)將真實飛機設(shè)計參數(shù)數(shù)據(jù)庫(330)中所有數(shù)據(jù)讀入編隊仿真控制機(100)的內(nèi)存；真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(310)和仿真飛機編隊飛行方案(320)中的數(shù)據(jù)因不需要每0.001秒?yún)⑴c仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)的解算，所以真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(310)和仿真飛機編隊飛行方案(320)存儲在硬盤上；
③將讀取到的編隊飛行方案，經(jīng)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊(230)發(fā)送給教員控制臺分系統(tǒng)(404)，以便飛行教員能在教員控制臺分系統(tǒng)(404)上看到現(xiàn)有的編隊方案；
步驟103，接收數(shù)據(jù)，實時通過網(wǎng)絡(luò)接收教員控制臺分系統(tǒng)(404)發(fā)來的飛行教員選擇的存儲于編隊飛行方案模塊(320)中模擬編隊飛行方案，和教員控制臺分系統(tǒng)(404)控制指令；
步驟104，是否復(fù)位？是，綜合管理模塊(260)根據(jù)接收到的“復(fù)位”指令，重新執(zhí)行步驟102，系統(tǒng)再次初始化；否，執(zhí)行步驟105 ；
步驟105，執(zhí)行“開始訓(xùn)練”指令，是，綜合管理模塊(260)根據(jù)接收到的“開始訓(xùn)練”指令，按照順序循環(huán)執(zhí)行步驟107?步驟112 ;否，執(zhí)行步驟106 ；
步驟106，程序終止；
步驟107，讀取飛參數(shù)據(jù)，根據(jù)步驟103接收的模擬編隊飛行方案，調(diào)用數(shù)據(jù)解析模塊(210 )依據(jù)仿真飛機編隊飛行方案(320 )中的仿真飛機模擬方案實施數(shù)據(jù)表(322 )，建立每架仿真飛機與真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(310)中對應(yīng)的真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表的連接，從真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表的第一條記錄開始，按時間歷程從該數(shù)據(jù)表中讀取每架真實飛機的飛行操縱系統(tǒng)、油門位置、起落架位置數(shù)值，讀出的數(shù)據(jù)送給數(shù)據(jù)處理模塊(250)進行插值處理；
步驟108，飛參數(shù)據(jù)擬合，調(diào)用數(shù)據(jù)處理模塊(250)對真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)進行插
值；
步驟109，是否修正仿真飛機的偏差？是，綜合管理模塊(260)收到“仿真飛機偏差修正”指令，執(zhí)行步驟110，計算仿真飛機的偏差修正量；否，未收到“仿真飛機偏差修正”指令，執(zhí)行步驟111 ;
步驟110，計算仿真飛機的修正量，偏差修正模塊(270)根據(jù)飛行航向偏差數(shù)據(jù)計算方向舵偏角修正量，根據(jù)氣壓高度偏差數(shù)據(jù)計算升降舵偏角修正量，根據(jù)飛行速度偏差數(shù)據(jù)計算油門位置修正量，上述修正量輸入到仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)；
步驟111，仿真飛機飛行參數(shù)解算，調(diào)用仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)，解算飛機動力學(xué)和飛機運動學(xué)數(shù)學(xué)模型，計算出每架仿真飛機的位置和姿態(tài)角；
步驟112，發(fā)送仿真飛機的飛行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送模塊(230)將仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)解算出來的每架仿真飛機的位置和姿態(tài)角，經(jīng)UDP協(xié)議發(fā)給飛行模擬器(400)視景分系統(tǒng)(403)和教員控制臺分系統(tǒng)(404)；
如圖3所示，下面介紹步驟111中的仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)的子程序的程序流程:
步驟200，開始；
步驟201，接收插值過的真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)和偏差修正量，實時接收經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊(250)插值過的真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)，包括升降舵偏角、方向舵偏角、副翼偏角、油門位置、襟翼位置、起落架位置的數(shù)據(jù)和偏差修正模塊(270)計算的升降舵偏角修正量、方向舵偏角修正量、油門位置修正量；
步驟202，仿真飛機各 項氣動系數(shù)解算，利用步驟201收到的數(shù)據(jù)和真實飛機設(shè)計參數(shù)數(shù)據(jù)庫(330)中存儲的真實飛機設(shè)計參數(shù)進行數(shù)學(xué)解算，計算出仿真飛機的升力系數(shù)、阻力系數(shù)、側(cè)力系數(shù)、偏航力矩系數(shù)、滾轉(zhuǎn)力矩系數(shù)、俯仰力矩系數(shù)；
步驟203，仿真飛機動力學(xué)數(shù)學(xué)模型解算，計算仿真飛機的力和力矩，利用固定翼真實飛機通用的飛機動力學(xué)數(shù)學(xué)模型進行仿真飛機飛行氣動力解算、起落架力和力矩解算、動力裝置力和力矩解算，得到仿真飛機沿機體坐標(biāo)系的受力大小和力矩大?。凰鰴C體坐標(biāo)系的定義是，原點位于仿真飛機的重心，縱軸位于仿真飛機參考面內(nèi)指向仿真飛機前方的坐標(biāo)軸，符號為小寫的橫軸垂直于仿真飛機參考面，指向右方的坐標(biāo)軸，符號為小寫的Jr，豎軸在仿真飛機參考面內(nèi)垂直于縱軸指向下方的坐標(biāo)軸，符號為小寫的z ;
步驟204，仿真飛機質(zhì)量特性解算，按照真實飛機質(zhì)量與轉(zhuǎn)動慣量的對應(yīng)關(guān)系，計算仿真飛機即時重量的慣性矩，真實飛機質(zhì)量是真實飛機空機重量，燃油重量，裝載重量的總和；
步驟205，仿真飛機運動學(xué)數(shù)學(xué)模型解算，計算仿真飛機的位置和姿態(tài)角:
①利用固定翼真實飛機通用的飛機運動學(xué)模型，在步驟202、步驟203和步驟204的基礎(chǔ)上，解算仿真飛機沿機體坐標(biāo)系三個坐標(biāo)軸的線速度和角速度；
②將沿機體坐標(biāo)系三個坐標(biāo)軸的線速度和角速度投影到地面坐標(biāo)系，得出仿真飛機沿地面坐標(biāo)系三個坐標(biāo)軸的線速度和角速度；所述地面坐標(biāo)系是固連于地球，其坐標(biāo)原點O位于機場跑道的中點軸平行于地面，指向正北；Ojri軸垂直地面，向上:0?軸平行于地面指向正東；
③對地面坐標(biāo)系下的線速度進行積分運算，得到仿真飛機沿地面坐標(biāo)系三個坐標(biāo)軸的直線位移，利用大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換經(jīng)緯度坐標(biāo)的公式得到仿真飛機的經(jīng)緯度坐標(biāo)；大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換經(jīng)緯度坐標(biāo)的公式如下:
緯度計算公式:
【權(quán)利要求】
1.一種單臺模擬器實現(xiàn)多機編隊的仿真方法，其特征在于步驟和條件如下:其包括編隊仿真控制機(100)、飛行模擬器(400);編隊仿真控制機(100)存儲和運行編隊仿真控制程序(200)和編隊規(guī)劃文件(300)； 所述編隊仿真控制機(100)是一臺安裝多網(wǎng)卡的PC計算機或工業(yè)控制計算機，在Windows XP操作系統(tǒng)下安裝了具有實時解算能力的RTX實時操作系統(tǒng)；使用UDP用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，通過網(wǎng)卡與飛行模擬器(400)進行網(wǎng)絡(luò)通信； 所述飛行模擬器(400)包括仿真飛機性能模擬分系統(tǒng)(401)，模擬真實飛機飛行性能、動力裝置性能、空氣動力效應(yīng)、特殊情況現(xiàn)象、操縱特性；座艙模擬分系統(tǒng)(402)，模擬真實飛機座艙內(nèi)儀表、顯示器、指示器、指示燈、開關(guān)、按鈕、斷路器和操縱裝置的工作模式、操作方式、操作特性、顯示內(nèi)容；視景分系統(tǒng)(403)，模擬氣象條件、飛行狀態(tài)時的視覺效果，空、地景物及其相對運動動態(tài)效果的艙外景象，此外，還利用數(shù)據(jù)發(fā)送模塊(230)發(fā)來的每架仿真飛機的飛行數(shù)據(jù)，顯示仿真飛機飛行的動態(tài)視覺效果；教員控制臺分系統(tǒng)(404)，是飛行模擬器(400)的控制中心，監(jiān)視和控制整個模擬飛行訓(xùn)練過程，適時改變飛行環(huán)境；此外，還利用收到的每架仿真飛機的飛行數(shù)據(jù)，繪制出每架仿真飛機的飛行軌跡；計算機和網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)(405)，包括多臺計算機，承擔(dān)整個模擬器各個分系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的解算與控制任務(wù)，每臺計算機通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起，從而使整個飛行模擬器(400) —致運行；動感模擬分系統(tǒng)(406)，模擬產(chǎn)生真實飛機運動動感，在視景顯示、座艙儀表顯示和聲音模擬的配合下，為飛行員提供瞬時或持續(xù)的運動感覺；模擬的航空電子分系統(tǒng)(407)，模擬飛機上航空電子設(shè)備的功能、性能、正常狀態(tài)和故障狀態(tài)、工作模式的轉(zhuǎn)換邏輯、操作響應(yīng)；綜合環(huán)境模擬分系統(tǒng)(408)，建 立了真實飛機外的大氣環(huán)境數(shù)學(xué)模型，通過模型解算實現(xiàn)了對氣壓模擬、地面及水面巡航風(fēng)以及紊流/陣風(fēng)的效果模擬；聲音模擬分系統(tǒng)(409)，為飛行員提供逼真的環(huán)境噪音模擬；輔助分系統(tǒng)(410)，負(fù)責(zé)模擬器的空調(diào)通風(fēng)、電子和危險報警； 所述編隊仿真控制程序(200)包括數(shù)據(jù)解析模塊(210)、數(shù)據(jù)接收模塊(220)、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊(230)、仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)、數(shù)據(jù)處理模塊(250)、綜合管理模塊(260)和偏差修正模塊(270)； 所述數(shù)據(jù)解析模塊(210)，根據(jù)飛行教員制定的模擬編隊飛行方案，依據(jù)仿真飛機編隊飛行方案(320)中的仿真飛機模擬方案實施數(shù)據(jù)表(322)，建立每架仿真飛機與真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(310)中對應(yīng)的真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表的連接，從真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表的第一條記錄開始，按時間歷程從該數(shù)據(jù)表中讀取每架真實飛機飛行操縱系統(tǒng)、油門位置、起落架位置的數(shù)值；飛行操縱系統(tǒng)包括升降舵偏角、方向舵偏角、副翼偏角、襟翼偏角；讀出的數(shù)據(jù)送給數(shù)據(jù)處理模塊(250)進行插值處理； 數(shù)據(jù)接收模塊(220)，實時通過網(wǎng)絡(luò)接收教員控制臺分系統(tǒng)(404)選擇的存儲于仿真飛機編隊飛行方案(320)中的模擬編隊飛行方案和教員控制臺分系統(tǒng)(404)控制指令，控制指令包括“開始訓(xùn)練”、“復(fù)位”、“仿真飛機偏差修正”； 所述數(shù)據(jù)發(fā)送模塊(230)，①將仿真飛機模擬方案總數(shù)據(jù)表(321)中所有編隊方案名稱，發(fā)送給教員控制臺分系統(tǒng)(404)，以便飛行教員能在教員控制臺分系統(tǒng)(404)上看到現(xiàn)有的編隊方案；②將經(jīng)仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)解算后得到的每架仿真飛機的相關(guān)信息數(shù)據(jù)，發(fā)給視景分系統(tǒng)(403)和教員控制臺分系統(tǒng)(404)； 所述仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)，由飛行氣動力解算模塊(2401)、起落架力和力矩解算模塊(2402)、飛行運動學(xué)模型解算模塊(2403)、質(zhì)量特性解算模塊(2404)和動力裝置力和力矩解算模塊(2405)組成；利用固定翼真實飛機通用的飛機動力學(xué)和飛機運動學(xué)數(shù)學(xué)模型，將真實飛機設(shè)計參數(shù)數(shù)據(jù)庫(330)中存儲的真實飛機設(shè)計參數(shù)、經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊(250)插值后的數(shù)據(jù)和偏差修正模塊(270)計算的偏差修正數(shù)據(jù)，進行解算，得到每架仿真飛機的位置和姿態(tài)角，傳輸給數(shù)據(jù)發(fā)送模塊(230); 所述數(shù)據(jù)處理模塊(250)，對真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(310)中的真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)進行插值； 所述綜合管理模塊(260)，實現(xiàn)對程序運行全過程的管理，負(fù)責(zé)以下內(nèi)容: ①建立編隊仿真控制機(100)和飛行模擬器(400)網(wǎng)絡(luò)連接； ②在系統(tǒng)初始化時，對編隊仿真控制程序(200)內(nèi)部需要進行初始化的系統(tǒng)變量進行初始化； ③在系統(tǒng)初始化時，建立與仿真飛機編隊飛行方案(320)的連接，讀取仿真飛機模擬方案總數(shù)據(jù)表(321)中所有編隊方案名稱；調(diào)用數(shù)據(jù)發(fā)送模塊(230)，將讀取到的編隊方案名稱發(fā)送給教員控制臺分系統(tǒng)(404)； ④根據(jù)數(shù)據(jù)接收模塊(220)收到的教員控制臺分系統(tǒng)(404)控制指令，包括“開始訓(xùn)練”、“復(fù)位”、“仿真飛機誤差修正”的指令，管理飛行模擬訓(xùn)練全過程； 所述偏差修正模塊(270)，為飛行教員提供每架仿真飛機的氣壓高度、飛行航向、飛行速度偏差的修正數(shù)據(jù)， 所述的修正數(shù)據(jù)由仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)進行解算； 所述編隊規(guī)劃文件(300)包括真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(310)、仿真飛機編隊飛行方案(320)和真實飛機設(shè)計參數(shù)數(shù)據(jù)庫(330)； 所述真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(310)是存儲多個真實飛機飛參數(shù)據(jù)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，對應(yīng)的包括多個真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表；所述飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表是保存飛行操縱系統(tǒng)、油門位置、起落架位置的數(shù)據(jù)表格；飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)來源于真實飛機上“黑匣子”從通電開始，每隔*秒鐘記錄一次飛行數(shù)據(jù)，直到“黑匣子”斷電時記錄的所有飛行數(shù)據(jù)；一個飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表保存同一編隊內(nèi)一架真實飛機的真實飛參數(shù)據(jù)，為模擬一架仿真飛機提供數(shù)據(jù)，按照“XX_XX”(例如01_01)的形式命名，供數(shù)據(jù)解析模塊(210)讀??；“XX_XX”中的“前面的數(shù)字XX代表編隊方案的編號，”后面的數(shù)字XX代表編隊中仿真飛機編號，分別與仿真飛機模擬方案實施數(shù)據(jù)表(322)的“方案編號”和“仿真飛機編號”一致； 所述仿真飛機編隊飛行方案(320)是存儲飛行教員制定的多個模擬編隊飛行方案的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，包括飛行教員制定的多個模擬編隊飛行方案，每個模擬編隊飛行方案包括一個仿真飛機模擬方案實施數(shù)據(jù)表(322)和對應(yīng)的仿真飛機模擬方案總數(shù)據(jù)表(321)； 所述仿真飛機模擬方案總數(shù)據(jù)表(321)是對該編隊飛行方案的總體介紹，包括“方案名稱”、“方案編號”、“方案內(nèi)容介紹”，所述“方案內(nèi)容介紹”是對該方案起降機場、總飛行時間和編隊中仿真飛機數(shù)量的介紹；飛行員通過閱讀仿真飛機模擬方案總數(shù)據(jù)表(321)可以對仿真飛機編隊飛行方案(320)中存儲的所有模擬編隊飛行方案有全局性了解；仿真飛機模擬方案總數(shù)據(jù)表(321)中的“方案名稱”、“方案編號”與仿真飛機模擬方案實施數(shù)據(jù)表(322)中的--對應(yīng)； 所述仿真飛機模擬方案實施數(shù)據(jù)表(322)是該方案的實施內(nèi)容，包括“方案編號”、“仿真飛機編號”、“起始位置”、“著陸機場”、“加油量”、“起飛時間”、“總的飛行時間”、“對應(yīng)數(shù)據(jù)表”，所述“對應(yīng)數(shù)據(jù)表”與真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(310)中真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表分別對應(yīng)；飛行員通過閱讀仿真飛機模擬方案總數(shù)據(jù)表(321)可以對該模擬編隊飛行方案有具體了解； 所述真實飛機設(shè)計參數(shù)數(shù)據(jù)庫(330)是存儲和管理真實飛機設(shè)計參數(shù)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，為仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)進行飛機動力學(xué)和飛機運動學(xué)數(shù)學(xué)模型解算提供需要的數(shù)據(jù)； 多機編隊仿真控制程序(200)的程序流程: 步驟100，開始； 步驟101，建立網(wǎng)絡(luò)連接，編隊仿真控制機(100)通過數(shù)據(jù)接收模塊(220)建立與飛行模擬器(400)的視景分系統(tǒng)(403)、教員控制臺分系統(tǒng)(404)的網(wǎng)絡(luò)連接，通過網(wǎng)絡(luò)把編隊仿真控制機(100)與飛行模擬器(400)連接起來； 步驟102，系統(tǒng)初始化，完成以下內(nèi)容: ①對編隊仿真控制程序(200)內(nèi)部需要進行初始化的系統(tǒng)變量進行初始化； ②為保證解算的實時性，仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)將真實飛機設(shè)計參數(shù)數(shù)據(jù)庫(330)中所有數(shù)據(jù)讀入編隊仿真控制機(100)的內(nèi)存；真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(310)和仿真飛機編隊飛行方案(320)要保存在硬盤上； ③將讀取到的編隊飛行方 案，經(jīng)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊(230)發(fā)送給教員控制臺分系統(tǒng)(404)，以便飛行教員能在教員控制臺分系統(tǒng)(404)上看到現(xiàn)有的編隊方案； 步驟103，接收數(shù)據(jù)，實時通過網(wǎng)絡(luò)接收教員控制臺分系統(tǒng)(404)選擇的存儲于仿真飛機編隊飛行方案(320)中的模擬編隊飛行方案和教員控制臺分系統(tǒng)(404)控制指令； 步驟104，是否復(fù)位？是，綜合管理模塊(260)根據(jù)接收到的“復(fù)位”指令，重新執(zhí)行步驟102，系統(tǒng)再次初始化；否，執(zhí)行步驟105 ； 步驟105，執(zhí)行“開始訓(xùn)練”指令，是，綜合管理模塊(260)根據(jù)接收到的“開始訓(xùn)練”指令，按照順序循環(huán)執(zhí)行步驟107~步驟112 ;否，執(zhí)行步驟106 ； 步驟106，程序終止； 步驟107，讀取飛參數(shù)據(jù)，根據(jù)步驟103接收的模擬編隊飛行方案，調(diào)用數(shù)據(jù)解析模塊(210)依據(jù)仿真飛機編隊飛行方案(320)中的仿真飛機模擬方案實施數(shù)據(jù)表(322)，建立每架仿真飛機與真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(310)中對應(yīng)的真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表的連接，從真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表的第一條記錄開始，按時間歷程從該數(shù)據(jù)表中讀取每架真實飛機的飛行操縱系統(tǒng)、油門位置、起落架位置數(shù)值，讀出的數(shù)據(jù)送給數(shù)據(jù)處理模塊(250)進行插值處理； 步驟108，飛參數(shù)據(jù)擬合，調(diào)用數(shù)據(jù)處理模塊(250)對真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)進行插值； 步驟109，是否修正仿真飛機的偏差？是，綜合管理模塊(260)收到“仿真飛機偏差修正”指令，執(zhí)行步驟110，計算仿真飛機的偏差修正量；否，未收到“仿真飛機偏差修正”指令，執(zhí)行步驟111 ; 步驟110，計算仿真飛機的修正量，偏差修正模塊(270)根據(jù)飛行航向偏差數(shù)據(jù)計算方向舵偏角修正量，根據(jù)氣壓高度偏差數(shù)據(jù)計算升降舵偏角修正量，根據(jù)飛行速度偏差數(shù)據(jù)計算油門位置修正量，上述修正量輸入到仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240);步驟111，仿真飛機飛行參數(shù)解算，調(diào)用仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)，解算飛機動力學(xué)和飛機運動學(xué)數(shù)學(xué)模型，計算出每架仿真飛機的位置和姿態(tài)角； 步驟112，發(fā)送仿真飛機的飛行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送模塊(230)將仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)解算出來的每架仿真飛機的位置和姿態(tài)角，經(jīng)UDP協(xié)議發(fā)給飛行模擬器(400)視景分系統(tǒng)(403)和教員控制臺分系統(tǒng)(404)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種單臺模擬器實現(xiàn)多機編隊的仿真方法，其特征在于，所述的所述數(shù)據(jù)處理模塊(250)，對真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(310)中的真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)進行插值；插值的方法是，首先對時間間隔為*:秒鐘的離散飛參數(shù)據(jù)進行線性擬合，使其成為連續(xù)信號，然后以0.001秒為最小單元，利用公式y(tǒng)=(今-^-ι) Cf=0，1，2，...)進行離散化處理，其中= Jt #?1 = t1-1 +0-001?(b >= O3H<IOO^ne N)，為h時刻的真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)。
3.權(quán)利要求1所述的一種單臺模擬器實現(xiàn)多機編隊的仿真方法，其特征在于，所述綜合管理模塊(260)實現(xiàn)對程序運行全過程的管理的步驟④，所述的數(shù)據(jù)接收模塊(220)收到“開始訓(xùn)練”的指令，綜合管理模塊(260)調(diào)用數(shù)據(jù)解析模塊(210)、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊(230)、仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)、數(shù)據(jù)處理模塊(250)進行仿真飛機的模擬；當(dāng)收到“復(fù)位”的指令時，重新對編隊仿真控制程序(200)內(nèi)部的需要初始化的系統(tǒng)變量進行初始化，數(shù)據(jù)解析模塊(210)從真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(310)中飛行參數(shù)數(shù)據(jù)表的第一條記錄開始，重新按照時間歷程讀取數(shù)據(jù)；當(dāng)收到“仿真飛機誤差修正”的指令時，調(diào)用偏差修正模塊(270)，由偏差修正模塊(270)根據(jù)飛行航向偏差數(shù)據(jù)計算方向舵偏角修正量，根據(jù)氣壓高度偏差數(shù)據(jù)計算升降 舵偏角修正量，根據(jù)飛行速度偏差數(shù)據(jù)計算油門位置修正量，仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)根據(jù)上述修正量，完成仿真飛機飛行航向、氣壓高度、飛行速度的修正。
4.利要求I所述的一種單臺模擬器實現(xiàn)多機編隊的仿真方法，其特征在于，所述的隊仿真控制程序(200)的程序流程的步驟111中的仿真飛機飛行參數(shù)解算模塊(240)的子程序如下: 步驟200，開始； 步驟201，接收插值過的真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)和偏差修正量，實時接收經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊(250)插值過的真實飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)，包括升降舵偏角、方向舵偏角、副翼偏角、油門位置、襟翼位置、起落架位置的數(shù)據(jù)和偏差修正模塊(270)計算的升降舵偏角修正量、方向舵偏角修正量、油門位置修正量； 步驟202，仿真飛機各項氣動系數(shù)解算，利用步驟201收到的數(shù)據(jù)和真實飛機設(shè)計參數(shù)數(shù)據(jù)庫(330)中存儲的真實飛機設(shè)計參數(shù)進行數(shù)學(xué)解算，計算出仿真飛機的升力系數(shù)、阻力系數(shù)、側(cè)力系數(shù)、偏航力矩系數(shù)、滾轉(zhuǎn)力矩系數(shù)、俯仰力矩系數(shù)； 步驟203，仿真飛機動力學(xué)數(shù)學(xué)模型解算，計算仿真飛機的力和力矩，利用固定翼真實飛機通用的飛機動力學(xué)數(shù)學(xué)模型進行仿真飛機飛行氣動力解算、起落架力和力矩解算、動力裝置力和力矩解算，得到仿真飛機沿機體坐標(biāo)系的受力大小和力矩大??；所述機體坐標(biāo)系的定義是，原點位于仿真飛機的重心，縱軸位于仿真飛機參考面內(nèi)指向仿真飛機前方的坐標(biāo)軸，符號為小寫的I，橫軸垂直于仿真飛機參考面，指向右方的坐標(biāo)軸，符號為小寫的，豎軸在仿真飛機參考面內(nèi)垂直于縱軸指向下方的坐標(biāo)軸，符號為小寫的Z ; 步驟204，仿真飛機質(zhì)量特性解算，按照真實飛機質(zhì)量與轉(zhuǎn)動慣量的對應(yīng)關(guān)系，計算仿真飛機即時重量的慣性矩，真實飛機質(zhì)量是真實飛機空機重量，燃油重量，裝載重量的總和； 步驟205，仿真飛機運動學(xué)數(shù)學(xué)模型解算，計算仿真飛機的位置和姿態(tài)角: ①利用固定翼真實飛機通用的飛機運動學(xué)模型，在步驟202、步驟203和步驟204的基礎(chǔ)上，解算仿真飛機沿機體坐標(biāo)系三個坐標(biāo)軸的線速度和角速度； ②將沿機體坐標(biāo)系三個坐標(biāo)軸的線速度和角速度投影到地面坐標(biāo)系，得出仿真飛機沿地面坐標(biāo)系三個坐標(biāo)軸的線速度和角速度；所述地面坐標(biāo)系是固連于地球,其坐標(biāo)原O位于機場跑道的中點；軸平行于地面,指向正北；<Wi軸垂直地面，向上；*巧軸平行于地面指向正東； ③對地面坐標(biāo)系下的線速度進行積分運算，得到仿真飛機沿地面坐標(biāo)系三個坐標(biāo)軸的直線位移，利用大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換經(jīng)緯度坐標(biāo)的公式得到仿真飛機的經(jīng)緯度坐標(biāo)； 大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換經(jīng)緯度坐標(biāo)的公式如下: 諱度計算公式:伊=?/**+-- 精度計算公式4 二 Wif/cos(伊)+Λ —起始點緯度坐標(biāo)，單位:弧度； Λ—起始點經(jīng)度坐標(biāo)，單位:弧度； Jt——地球半徑，M =6371288米； ^-地面坐標(biāo)系下I軸位移,單位:米； ~-地面坐標(biāo)系下軸位移，單位:米； ④對地面坐標(biāo)系下的角速度進行積分運算，得到仿真飛機沿地面坐標(biāo)系三個坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動角度:仿真飛機的俯仰角、航向角、滾轉(zhuǎn)角； 步驟206，仿真飛機飛行參數(shù)數(shù)據(jù)輸出，經(jīng)過步驟205的解算得到每架仿真飛機的位置和姿態(tài)角，傳遞給數(shù)據(jù)發(fā)送模塊(230)； 步驟207，結(jié)束。
【文檔編號】G05B17/02GK104007661SQ201410175068
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】肖景新, 李友毅, 張峰, 胥文, 李國輝, 張志春 申請人:中國人民解放軍空軍航空大學(xué)軍事仿真技術(shù)研究所