本發(fā)明屬于計算機仿真領(lǐng)域，具體涉及一種針對智能作戰(zhàn)飛機的仿真裝置。

背景技術(shù)：

作戰(zhàn)飛機仿真是指通過建模和仿真技術(shù)創(chuàng)建與真實飛機特性相似、但由計算機軟件構(gòu)成的仿真飛機，由計算機驅(qū)動運行的過程。

作戰(zhàn)飛機仿真需要模擬駕駛員的各項操作，實現(xiàn)自主的智能作戰(zhàn)行為。智能仿真飛機具有廣泛的應(yīng)用市場。包括模擬空戰(zhàn)、模擬駕駛等視頻游戲領(lǐng)域，航空科研領(lǐng)域，以及軍事作戰(zhàn)仿真領(lǐng)域等。

在視頻游戲領(lǐng)域，智能仿真飛機技術(shù)側(cè)重于表現(xiàn)飛機的外部特性，包括外觀、駕駛感受、煙火特效等，但很難從工作原理上保證仿真飛機的逼真性，如六自由度的動力學(xué)/運動學(xué)特征、機載設(shè)備的工作機理、以及基于真實飛行員經(jīng)驗的作戰(zhàn)策略和機動過程等。

在航空科研以及軍事作戰(zhàn)仿真領(lǐng)域，智能仿真飛機一般采用定制開發(fā)，飛機模型的逼真度一般能夠得到保證，但主要問題是：模型的可配置性不強且數(shù)據(jù)接口不通用，很難在定制領(lǐng)域之外進(jìn)行應(yīng)用。這造成了極大的科研資源浪費。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種智能作戰(zhàn)飛機仿真裝置，可創(chuàng)建具有智能、自主行為能力的仿真飛機，提供真實度高的飛機模型、靈活的配置手段以及標(biāo)準(zhǔn)的輸入/輸出接口，從而滿足上述需求。

一種智能作戰(zhàn)飛機仿真裝置，包括控制面板、第一RS232標(biāo)準(zhǔn)串口、第二RS232標(biāo)準(zhǔn)串口、第三RS232標(biāo)準(zhǔn)串口、第一標(biāo)準(zhǔn)USB接口、第二標(biāo)準(zhǔn)USB接口、VGA輸出端口、任務(wù)規(guī)劃器模塊、飛機組裝器模塊、仿真運行引擎模塊；

控制面板輸入為用戶按鍵，將輸入轉(zhuǎn)換為脈沖高電平，仿真開始指令，控制面板將仿真暫停指令、仿真繼續(xù)指令、仿真復(fù)位指令、數(shù)據(jù)記錄指令、電源關(guān)閉指令、串口設(shè)置指令、任務(wù)配置指令、組件配置指令輸出到任務(wù)規(guī)劃器模塊、飛機組裝器模塊、仿真運行引擎模塊；

第一RS232標(biāo)準(zhǔn)串口輸入來自仿真運行引擎模塊，包括：1)飛機狀態(tài)連續(xù)數(shù)據(jù)：位置、速度、姿態(tài)、機載設(shè)備狀態(tài)；2)飛機操作數(shù)據(jù)：飛機駕駛操作、機載設(shè)備的操作、機載武器操作；第一RS232標(biāo)準(zhǔn)串口轉(zhuǎn)換為RS-232兼容格式輸出到外部的數(shù)據(jù)采集裝置；

第二RS232標(biāo)準(zhǔn)串口、第三RS232標(biāo)準(zhǔn)串口為第一RS232標(biāo)準(zhǔn)串口的備用接口；

第一標(biāo)準(zhǔn)USB接口輸入來自用戶鼠標(biāo)操作，第一標(biāo)準(zhǔn)USB接口轉(zhuǎn)換為用戶界面操作，輸出到軟件模塊的用戶配置界面；

第二標(biāo)準(zhǔn)USB接口輸入來自用戶鼠標(biāo)操作，第二標(biāo)準(zhǔn)USB接口轉(zhuǎn)換為用戶界面數(shù)據(jù)輸入，輸出到軟件模塊的用戶配置界面；

VGA輸出端口輸入來自仿真裝置內(nèi)置片上系統(tǒng)的視頻輸出，VGA輸出端口進(jìn)行RGB視頻處理，輸出到用戶外接顯示器；

任務(wù)規(guī)劃器模塊輸入來自用戶鼠標(biāo)、鍵盤輸入，任務(wù)規(guī)劃器模塊將輸入轉(zhuǎn)換為任務(wù)配置參數(shù)，輸出到仿真運行引擎模塊；

飛機組裝器模塊輸入來自用戶鼠標(biāo)、鍵盤輸入，飛機組裝器模塊將輸入轉(zhuǎn)換為飛機組裝參數(shù)，輸出到仿真運行引擎模塊；

仿真運行引擎模塊輸入來自控制面板、任務(wù)規(guī)劃器模塊、飛機組裝器模塊，仿真運行引擎模塊將輸入轉(zhuǎn)換為仿真模型運行配置參數(shù)，輸出到控制面板、第一RS232標(biāo)準(zhǔn)串口、第二RS232標(biāo)準(zhǔn)串口、第三RS232標(biāo)準(zhǔn)串口。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1)內(nèi)置的高逼真度仿真飛機實現(xiàn)了基于動力學(xué)/運動學(xué)的動態(tài)模型，提供符合基本工作原理的機載設(shè)備模型，以及高度逼真的智能行為；

2)仿真裝置采用模塊化開發(fā)，可靈活配置并提供通用數(shù)據(jù)接口，具有即插即用的特點，在使用效率、可重用性上都得到了極大改善。

附圖說明

圖1是本發(fā)明智能作戰(zhàn)飛機仿真裝置示意圖；

圖2是仿真裝置控制面板；

圖3是仿真裝置軟件模塊工作方式；

圖4是任務(wù)規(guī)劃器的用戶圖形界面I示意圖。通過有限狀態(tài)機定義飛機任務(wù)過程；

圖5是任務(wù)規(guī)劃器的用戶圖形界面II示意圖。通過任務(wù)組裝構(gòu)造復(fù)雜任務(wù)過程；

圖6是飛機組裝器的圖形用戶界面示意圖，可由用戶指定使用哪些組件，以及這些組件和飛機本身的配置參數(shù)。

具體實施方式

本發(fā)明的一種智能作戰(zhàn)飛機仿真裝置，如圖1至圖3所示，包括控制面板101、第一RS232標(biāo)準(zhǔn)串口102、第二RS232標(biāo)準(zhǔn)串口103、第三RS232標(biāo)準(zhǔn)串口104，第一標(biāo)準(zhǔn)USB接口105、第二標(biāo)準(zhǔn)USB接口106、VGA輸出端口107、任務(wù)規(guī)劃器模塊201、飛機組裝器模塊202、仿真運行引擎模塊203。其中，101～107為仿真裝置的硬件部分，201～203為智能作戰(zhàn)飛機的軟件部分。硬件部分向軟件部分發(fā)送指令、并負(fù)責(zé)輸出軟件輸出數(shù)據(jù)；軟件部分運行在內(nèi)置的片上系統(tǒng)(SOC)中，計算智能作戰(zhàn)飛機仿真模型的各項數(shù)據(jù)。

各模塊之間的數(shù)據(jù)交互和連接關(guān)系如下表所列：

下面對各個模塊的功能進(jìn)行說明。

如圖2所示，控制面板101包括9個按鍵和1個指示燈；

按鍵按照上下兩個區(qū)域布置，其中，下部區(qū)域從左到右的按鍵分別為：開始鍵、暫停鍵、繼續(xù)鍵、復(fù)位鍵、上部區(qū)域從左到右的按鍵分別為：電源鍵、記錄鍵、串口設(shè)置鍵、任務(wù)配置鍵、組件配置鍵、指示燈；

(1)開始鍵

向智能飛機仿真模型發(fā)送“仿真開始”指令。收到該指令后，飛機仿真模型開始運行，并通過第一RS232標(biāo)準(zhǔn)串口102、第二RS232標(biāo)準(zhǔn)串口103、或第三RS232標(biāo)準(zhǔn)串口(由用戶指定)進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。當(dāng)仿真已經(jīng)開始后，該鍵按下無效。

(2)暫停鍵

向智能飛機仿真模型發(fā)送“仿真暫?！敝噶?。收到該指令后，飛機仿真模型將進(jìn)入暫停狀態(tài)，輸出的串口數(shù)據(jù)保持最后一次更新保持不變。注意，該功能與電源關(guān)閉鍵的功能不同，是仿真裝置的一種正常工作狀態(tài)；當(dāng)仿真已經(jīng)處于暫停狀態(tài)時，該鍵按下無效。

(3)繼續(xù)鍵

向智能飛機仿真模型發(fā)送“繼續(xù)運行”指令。收到該指令后，若飛機仿真模型位于“暫?！睜顟B(tài)，則恢復(fù)正常運行。當(dāng)仿真已經(jīng)處于正常運行狀態(tài)時，該鍵按下無效。

(4)復(fù)位鍵

停止當(dāng)前運行，清理上次運行數(shù)據(jù)并重新初始化。此時，再次按下開始鍵可重新運行仿真。

(5)電源鍵

仿真裝置供電開關(guān)。

(6)記錄鍵

按下后，仿真數(shù)據(jù)將自動記錄到仿真裝置的內(nèi)置存儲設(shè)備中。

(7)串口設(shè)置鍵

按下該鍵后，VGA端口輸出的GUI界面切換到端口設(shè)置界面。此時，用戶可通過接入的鼠標(biāo)、鍵盤對三個串口進(jìn)行設(shè)置，具體包括：

●各個串口哪個作為輸出，哪個作為輸入

●定義數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議

●定義仿真運行的數(shù)據(jù)更新頻率

●定義串口波特率

(8)任務(wù)配置鍵

按下該鍵后，仿真裝置激活“任務(wù)規(guī)劃器”軟件模塊201(圖3)，VGA端口輸出的GUI界面切換該軟件模塊的設(shè)置界面。此時，用戶可通過接入的鼠標(biāo)、鍵盤對飛機任務(wù)進(jìn)行配置。任務(wù)配置采用有限狀態(tài)機，如圖4所示。通過有限狀態(tài)機定義的行為單元，可以作為基本單元再次參與組裝，如圖5所示，構(gòu)成更復(fù)雜的高層任務(wù)過程。定義完成任務(wù)可通過配置界面保存到仿真裝置內(nèi)置的存儲單元中，以供下次重用。

(9)組件配置鍵

按下該鍵后，仿真裝置激活“飛機組裝器”軟件模塊202(圖3)，VGA端口輸出的GUI界面切換到該軟件模塊的設(shè)置界面，如圖6所示。此時，用戶可通過接入的鼠標(biāo)、鍵盤對仿真飛機的組成部分、以及各部分的參數(shù)進(jìn)行配置。整個仿真飛機的構(gòu)建采用組件化的方式，用戶可以選擇使用哪些組件并對這些組件配置參數(shù)，如不同型號的雷達(dá)、機載武器等。這些組件初始存儲在仿真裝置內(nèi)置的存儲單元中。同樣地，定義完成組件可進(jìn)行保存以供下次重用。

(10)指示燈

仿真裝置工作狀態(tài)指示燈。綠色表示正常工作狀態(tài)，黃色表示軟件系統(tǒng)錯誤狀態(tài)，紅色表示硬件系統(tǒng)錯誤狀態(tài)。

第一RS232標(biāo)準(zhǔn)串口102、第二RS232標(biāo)準(zhǔn)串口103、第三RS232標(biāo)準(zhǔn)串口104為仿真裝置配備的三個RS232標(biāo)準(zhǔn)串口，作為仿真裝置與外部使用環(huán)境之間數(shù)據(jù)輸入、輸出的標(biāo)準(zhǔn)接口。

第一標(biāo)準(zhǔn)USB接口105、第二標(biāo)準(zhǔn)USB接口106為兩個標(biāo)準(zhǔn)USB接口，作為鼠標(biāo)、鍵盤接口，允許用戶對仿真裝置進(jìn)行操作，通過圖形用戶界面(GUI)對智能仿真飛機進(jìn)行配置。

VGA輸出端口107為VGA輸出端口，作為用戶顯示設(shè)備輸出。

如圖3所示，智能作戰(zhàn)飛機的軟件系統(tǒng)的組成如圖3所示。其中三個關(guān)鍵模塊分別為行為規(guī)劃器、飛機組裝器以及仿真運行引擎，各自的作用為：

(1)任務(wù)規(guī)劃器模塊201

通過有限狀態(tài)機和流程圖的方式規(guī)劃仿真飛機的任務(wù)過程。任務(wù)是可嵌套的，即通過GUI界面(圖4、圖5)將簡單任務(wù)進(jìn)行組裝、連接，構(gòu)造成更加復(fù)雜的任務(wù)過程。規(guī)劃完成的任務(wù)可存儲到內(nèi)置存儲器，也可以重新取出重用。

(2)飛機組裝器模塊202

允許用戶選擇飛機可以假裝哪些組件，以及這些組件和飛機自身的參數(shù)配置。組裝完成的飛機配置可存儲到內(nèi)置存儲器，也可重新取出重用。

(3)仿真運行引擎模塊203

加載飛機模型以及相關(guān)配置信息，創(chuàng)建虛擬飛機實例，按照指定的仿真周期運行。智能作戰(zhàn)飛機的輸入、輸出信息由仿真運行引擎處理，如圖3所示。其輸入、輸出信息共分為5類：

●飛機狀態(tài)(輸出)：飛機的運動狀態(tài)，包括位置、速度、角速度、加速度、機載武器信息、機載設(shè)備信息。必需，可通過串口輸出。

●飛機獲取的探測/情報信息(輸出)：飛機通過自身的探測設(shè)備獲取的探測信息或目標(biāo)情報信息?？蛇x，可通過串口輸出。

●飛機對其它對象的指令(輸出)：在飛機編隊或多兵種協(xié)同作戰(zhàn)方式下，飛機可能對其它作戰(zhàn)單元下達(dá)指令?？蛇x，可通過串口輸出。

●外部對飛機的指令(輸入)：外部對飛機的指令信息?？蛇x，可通過串口輸入。

●飛機所處仿真空間的環(huán)境信息(輸入)：包括陸地、大氣等自然環(huán)境信息，也包括電磁環(huán)境信息?？蛇x，可通過串口輸出。

按下控制面板的“記錄鍵”，這些運行時信息將自動保存到仿真裝置的內(nèi)置存儲器中。

智能作戰(zhàn)飛機仿真裝置操作步驟：

智能作戰(zhàn)飛機仿真裝置的操作步驟簡述如下：

步驟1：用戶按下“電源鍵”供電，等待仿真裝置初始化完成；

步驟2：按下“組件配置鍵”配置飛機組件和參數(shù)。如果有必要，保存當(dāng)前配置信息；

步驟3：按下“任務(wù)配置鍵”配置飛機的任務(wù)過程。如果有必要，保存當(dāng)前配置信息；

步驟4：按下“串口設(shè)置鍵”，配置每個串口的輸入、輸出任務(wù)以及通信字段協(xié)議。

步驟5：如果需要記錄，按下“記錄鍵”，記錄仿真過程中產(chǎn)生的信息。

步驟6：按下“開始鍵”，開始仿真過程。在此過程中，用戶可通過VGA端口觀察數(shù)據(jù)。

步驟7：如果有必要，按下“暫停鍵”，暫停仿真過程。

步驟8：如果有必要，按下“繼續(xù)鍵”，繼續(xù)仿真過程。

步驟9：仿真結(jié)束或必要時，按下“復(fù)位鍵”，則仿真裝置清理上次仿真遺留的各項數(shù)據(jù)，但保留上次的任務(wù)配置、組件配置和端口配置，重新初始化。此時，可返回到步驟5重新仿真，或直接關(guān)閉電源。