[发明专利]一种同步控制多架飞机的仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于军用仿真技术领域，来源于“计算机生成兵力”的工程实践。

背景技术

本发明可以实现多个飞机模型在计算机中进行“同步”解算和仿真，其技术既可以应用于军用仿真领域，也可应用于民用仿真领域。

传统的飞机同步控制方法只是让多个飞机模型在计算机中和用户程序“依次”进行交互，然而，在飞机模型的每个解算周期内并不能保证这种“依次性”。

因为每个飞机模型在计算机中以“进程”的形式出现，进程的执行要被操作系统多次调用、多次分配“时间片”，尤其是基于飞机模型的这种复杂的操作系统进程。我们把飞机模型被操作系统多次调用、多次分配“时间片”的特性称为“飞机模型的逐步迭代解算”。飞机模型被操作系统调度后，都要进行一次迭代解算，并且飞机模型每一次迭代解算的结果都要和用户程序进行交互。然而，多个“飞机模型进程”在计算机中被操作系统调度的时机并不是确定的，它们的调度要根据系统资源的使用情况由操作系统“临时决定”。这样，多个“飞机模型进程”被操作系统调度的这种特性就不能保证飞机模型执行的“依次性”。

因此，传统的飞机同步控制方法就存在飞机运动轨迹的来回颠簸、仿真显示系统的反复“抖动”，进而出现违反常理的飞行行为表现等。

本发明来源于计算机生成兵力的工程实践，涉及到飞机的“编队飞行”仿真。提出了一种同步控制多架飞机的仿真方法，有效地解决了飞机模型在计算机中执行的颠簸问题和违反常理的飞行行为表现问题。

“编队飞行”仿真，例如双机“编队飞行”仿真，是指用计算机模拟两架或两架以上的飞机组成一定的队形进行飞行。每一架飞机用一个动力学方程来表示，称为飞机模型。飞机模型在计算机中以进程的形式存在，因此，多架飞机的“编队飞行”就是一个“多进程同步运行并相互通信”的问题。

编队飞行的队形包括楔形队形、梯形队形、纵队、横队、箭形队形、蛇形队形等。另外，根据各机之间间隔和距离的大小，这些队形还可以分为疏开队形和密集队形。

在编队飞行中，各架飞机之间必须保持规定的距离、间隔和高度差，并且每个编队必须指定编队长机和僚机。长机是编队飞行中担当率领和指挥机群任务的飞机，也叫主机。僚机是编队飞行中跟随长机、接受和执行长机指令的飞机。长机一般由有经验的飞行员担当，僚机通常由普通的飞行员驾驶。长机主动发起攻击，僚机负责掩护长机并进行侧攻。

编队飞行仿真的基本问题是如何保持规定的队形并充分发挥飞机的整体性能。在编队飞行仿真中，每架飞机用一个动力学方程来表示。这是因为，飞机是一个复杂系统，该系统的各个输入、输出变量之间紧密地偶合在一起，所以，为了处理的方便就用一个动力学系统来表示。多架飞机的编队飞行仿真是一个在计算机中解算多个动力学方程的过程。为了便于处理，把每个飞机代表的动力学系统看成一个飞机模型，并使飞机模型在计算机中以操作系统进程的形式运行。这样一来，编队飞行仿真就变成了一个执行多个操作系统进程并使之同步和协调的问题。

需要注意的是，这种飞机模型进程不同于一般意义上的操作系统进程：(1)每一个飞机模型进程都很复杂，而一般的操作系统进程既可以很简单也可以很复杂；(2)飞机模型进程的执行时间都较长，它们一般不会在一个或几个时间片内执行完；(3)飞机模型进程具有明显的物理意义，代表着一个飞机；(4)飞机模型进程的输入和输出变量往往紧密耦合在一起，使得它们的解算是一个相当复杂的过程。

飞机模型进程的这种特殊性使得我们不能完全照搬操作系统进程的处理方法来控制它们。

举例说明，现有A、B两个飞机模型进程。A、B两个进程在计算机中的执行过程是：(1)首先，触发A、B进程运行；(2)然后，操作系统根据系统资源的使用情况，可以“挂起”或“中断”A、B进程的运行；(3)在系统资源充分的情况下，操作系统可以重新“唤醒”或“激活”A、B进程的运行；(4)A、B进程执行完毕，操作系统收回所有分配给A、B进程的资源。因此，只要进程没有执行完就无法准确知道它被调度的时机。这样就无法保证多个飞机模型执行的“同步性”。也就是说，我们不能完全照搬操作系统进程的处理方法来控制飞机进程使它们同步。

进而，在双机编队飞行仿真中，当我们要控制两架飞机模型进行编队仿真时，如果飞机模型进程的解算结果不同步就会给我们的反馈控制系统带来极大的“干扰”，会造成受控对象输出的不稳定、受控对象运行轨迹的颠簸，并造成仿真显示系统产生“抖动”和违反常理的行为表现。