[发明专利]典型飞行器视景仿真系统

说明书

技术领域

本发明涉及计算机仿真技术领域，特别涉及基于分布式仿真架构的典型飞行器的实时视景仿真。具体讲，涉及典型飞行器视景仿真系统。

背景技术

随着计算机技术的飞速发展，科学家可以得到越来越多、越来越准确的科学实验数据，但是，这些数据的复杂性、多样性远远超出了人脑分析解释这些数据的能力。由于缺乏对复杂数据信息分析的有效手段，大量信息被浪费，科学研究的步伐严重受到阻碍。

迎接这一挑战，视景仿真应运而生。视景仿真不仅仅是一门新颖的技术，更重要的是一种高效的思维和研究方式。它是一种计算方法，将符号转换为几何，使研究者能观察它们的模拟与计算；它将不可见转化为可见，丰富了科学发展的过程，给予人们意想不到的洞察力。视景仿真在很多研究领域中使科学家的研究方式发生了根本变化。”

在航空航天科学研究中，我们同样面临因数据复杂导致的信息浪费问题。实际上，对各种飞行器的研究一直是国家的热点研究方向，飞行器类飞行技术的发展具有科学前瞻性、发展战略性以及学科带动性。但是飞行器系统研制过程往往集中在MATLAB仿真层面，无论对建模工程的描述，对控制方法的介绍，还是对仿真结果的分析，研究者面对着大量的数据曲线，很难得到一个整体、直观、形象的视觉效果。对复杂曲线数据的研究无疑是低效的，与此形成鲜明对比的视景仿真就在此显得尤为重要。视景仿真技术将需要处理的飞行器六自由度信息通过虚拟建造的飞行器模型展示出来，辅以逼真的飞行场景再现，给予研究者更加直观的视觉效果。在实际应用中，视景仿真常常和纯数字仿真以分布式方式开发，进行纯数字仿真的计算机作为上位机将仿真数据通过通信接口传输给视景仿真计算机。视景计算机和单个上位机组成的仿真系统成为单机系统，和多个上位机的组成的系统成为多机群控系统。

但是，在航空航天领域的视景仿真应用中，存在大量重复开发问题，不同的视景仿真系统除飞行器模型种类和数量外，其他功能具有很大相似性，如飞行场景建模、数据可视化实现等。所以，需要提出一种适用于各种飞行器进行仿真的，具有通用性的视景仿真实现方法。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，本发明旨在设计一个适用于典型飞行器(高超声速飞行器、无人机、卫星三类飞行器)的视景仿真系统。在此系统下，研究人员对飞行数据的分析不再局限于纯数字，而是通过虚拟飞行器的姿态变化将纯数字信息转化为人类更容易理解的三维图像化信息；在此系统下，无论高超声速飞行器、无人机、卫星均可以进行视景仿真，达到多个飞行器模型共享同一系统的目标；在此系统下，可以进行单机仿真或多机群控仿真，具体工作方式由上位机数量决定；更进一步而言，本系统需要解决常见的视景系统重复开发问题。为达到上述目的，本发明采取的技术方案是，典型飞行器视景仿真系统，包括：飞行器模型库模块、飞行场景库模块、网络通信模块、视景显示与驱动模块、数据库接口模块、数据可视化模块、二维态势模块、模型解析模块、人机交互接口模块；

飞行器模型库模块：该模块中以3ds文件的形式存储有各类飞行器模型，包括高超声速飞行器模型、卫星模型、无人机模型；该模块属于可扩展模块，任何3ds格式的模型均可以人工放置到此模型库模块中；

飞行场景库模块：该模块存储有高超声速飞行器、无人机和卫星需要的不同飞行场景；各种场景基于OpenGL技术独立开发，并以子模块方式存在；模块中包括比较全面的飞行场景，包括近空间模型、地球模型、海洋模型、山地模型、机场模型、城市建筑模型、天空模型，如果不满足需求，可以对该模块进行二次开发，添加不同种类模型；

网络通信模块：作为实时仿真，采用UDP通讯，基于套接字编程(Socket)实现局域网环境中和上位机的通讯；同时，基于数据缓冲建立差错重建功能，防止UDP通信过程中的掉包事故；当飞行回放模式开启时，该模块自动关闭；

视景显示与驱动模块：基于OpenGL双缓存技术初始化飞行器模型和场景模型，使两者拥有合适的空间位置和显示效果；基于计时重绘技术驱动飞行器模型在飞行场景中飞行；

数据库接口模块：为实现回放飞行模式开设的接口，实现视景仿真系统和MySQL数据库的交互操作；为避免数据库和系统之间的交互延时，在两者之间建立缓冲环节，基于集合类对象方式暂存飞行器飞行数据信息；可以分为数据存储接口和数据读取接口；数据存储接口在开启数据存储功能时打开，实现暂存飞行数据信息并将其转存至外部数据库的功能；数据读取接口在开启飞行回放模式时打开，实现暂存读取的数据库信息并转发给飞行器类对象的功能；