[发明专利]一种单台模拟器实现多机编队的仿真方法

摘要

本发明提供一种单台模拟器实现多机编队的仿真方法，包括编队仿真控制机、飞行模拟器；编队仿真控制机存储运行编队仿真控制程序和编队规划文件；解决了单台模拟器无法进行多机编队模拟训练问题，使多机编队模拟训练不再受地域分布和飞行员数量限制。采用真实飞机在编队飞行时记录的飞参数据，训练贴近实际。通过更新真实飞机飞行参数数据库中的飞参数据表，可向仿真飞机编队飞行方案添加编队飞行方案，弥补了单台模拟器只能进行单一航迹编队飞行的不足。选用了固定翼真实飞机通用的飞机动力学和飞机运动学数学模型，可通过更换真实飞机飞行参数数据库和真实飞机设计参数数据库的数据，实现不同型号仿真飞机的模拟。

主权项

一种单台模拟器实现多机编队的仿真方法，其特征在于步骤和条件如下：其包括编队仿真控制机（100）、飞行模拟器（400）；编队仿真控制机（100）存储和运行编队仿真控制程序（200）和编队规划文件（300）；所述编队仿真控制机（100）是一台安装多网卡的PC计算机或工业控制计算机，在Windows XP操作系统下安装了具有实时解算能力的RTX实时操作系统；使用UDP用户数据报协议，通过网卡与飞行模拟器（400）进行网络通信；所述飞行模拟器（400）包括仿真飞机性能模拟分系统(401)，模拟真实飞机飞行性能、动力装置性能、空气动力效应、特殊情况现象、操纵特性；座舱模拟分系统(402)，模拟真实飞机座舱内仪表、显示器、指示器、指示灯、开关、按钮、断路器和操纵装置的工作模式、操作方式、操作特性、显示内容；视景分系统（403），模拟气象条件、飞行状态时的视觉效果，空、地景物及其相对运动动态效果的舱外景象，此外，还利用数据发送模块（230）发来的每架仿真飞机的飞行数据，显示仿真飞机飞行的动态视觉效果；教员控制台分系统（404），是飞行模拟器（400）的控制中心，监视和控制整个模拟飞行训练过程，适时改变飞行环境；此外，还利用收到的每架仿真飞机的飞行数据，绘制出每架仿真飞机的飞行轨迹；计算机和网络分系统(405)，包括多台计算机，承担整个模拟器各个分系统的数学模型的解算与控制任务，每台计算机通过网络连接在一起，从而使整个飞行模拟器（400）一致运行；动感模拟分系统（406），模拟产生真实飞机运动动感，在视景显示、座舱仪表显示和声音模拟的配合下，为飞行员提供瞬时或持续的运动感觉；模拟的航空电子分系统（407），模拟飞机上航空电子设备的功能、性能、正常状态和故障状态、工作模式的转换逻辑、操作响应；综合环境模拟分系统(408)，建立了真实飞机外的大气环境数学模型，通过模型解算实现了对气压模拟、地面及水面巡航风以及紊流/阵风的效果模拟；声音模拟分系统(409)，为飞行员提供逼真的环境噪音模拟；辅助分系统(410)，负责模拟器的空调通风、电子和危险报警；所述编队仿真控制程序（200）包括数据解析模块（210）、数据接收模块（220）、数据发送模块（230）、仿真飞机飞行参数解算模块（240）、数据处理模块（250）、综合管理模块（260）和偏差修正模块（270）；所述数据解析模块（210），根据飞行教员制定的模拟编队飞行方案，依据仿真飞机编队飞行方案（320）中的仿真飞机模拟方案实施数据表（322），建立每架仿真飞机与真实飞机飞行参数数据库（310）中对应的真实飞机飞行参数数据表的连接，从真实飞机飞行参数数据表的第一条记录开始，按时间历程从该数据表中读取每架真实飞机飞行操纵系统、油门位置、起落架位置的数值；飞行操纵系统包括升降舵偏角、方向舵偏角、副翼偏角、襟翼偏角；读出的数据送给数据处理模块（250）进行插值处理；数据接收模块（220），实时通过网络接收教员控制台分系统（404）选择的存储于仿真飞机编队飞行方案（320）中的模拟编队飞行方案和教员控制台分系统（404）控制指令，控制指令包括“开始训练”、“复位”、“仿真飞机偏差修正”；所述数据发送模块（230），①将仿真飞机模拟方案总数据表（321）中所有编队方案名称，发送给教员控制台分系统（404），以便飞行教员能在教员控制台分系统（404）上看到现有的编队方案；②将经仿真飞机飞行参数解算模块（240）解算后得到的每架仿真飞机的相关信息数据，发给视景分系统（403）和教员控制台分系统（404）；所述仿真飞机飞行参数解算模块（240），由飞行气动力解算模块（2401）、起落架力和力矩解算模块（2402）、飞行运动学模型解算模块（2403）、质量特性解算模块（2404）和动力装置力和力矩解算模块（2405）组成；利用固定翼真实飞机通用的飞机动力学和飞机运动学数学模型,将真实飞机设计参数数据库（330）中存储的真实飞机设计参数、经数据处理模块（250）插值后的数据和偏差修正模块（270）计算的偏差修正数据，进行解算，得到每架仿真飞机的位置和姿态角，传输给数据发送模块（230）；所述数据处理模块（250），对真实飞机飞行参数数据库（310）中的真实飞机飞行参数数据进行插值；所述综合管理模块（260），实现对程序运行全过程的管理，负责以下内容：①建立编队仿真控制机（100）和飞行模拟器（400）网络连接；②在系统初始化时，对编队仿真控制程序（200）内部需要进行初始化的系统变量进行初始化；③在系统初始化时，建立与仿真飞机编队飞行方案（320）的连接，读取仿真飞机模拟方案总数据表（321）中所有编队方案名称；调用数据发送模块（230），将读取到的编队方案名称发送给教员控制台分系统（404）；④根据数据接收模块（220）收到的教员控制台分系统（404）控制指令，包括“开始训练”、“复位”、“仿真飞机误差修正”的指令，管理飞行模拟训练全过程；所述偏差修正模块（270），为飞行教员提供每架仿真飞机的气压高度、飞行航向、飞行速度偏差的修正数据，所述的修正数据由仿真飞机飞行参数解算模块（240）进行解算；所述编队规划文件（300）包括真实飞机飞行参数数据库（310）、仿真飞机编队飞行方案（320）和真实飞机设计参数数据库（330）；所述真实飞机飞行参数数据库（310）是存储多个真实飞机飞参数据的关系型数据库，对应的包括多个真实飞机飞行参数数据表；所述飞行参数数据表是保存飞行操纵系统、油门位置、起落架位置的数据表格；飞行参数数据表的数据来源于真实飞机上“黑匣子”从通电开始，每隔秒钟记录一次飞行数据，直到“黑匣子”断电时记录的所有飞行数据；一个飞行参数数据表保存同一编队内一架真实飞机的真实飞参数据，为模拟一架仿真飞机提供数据，按照“XX_XX”（例如01_01）的形式命名，供数据解析模块（210）读取；“XX_XX”中的“_”前面的数字XX代表编队方案的编号，“_”后面的数字XX代表编队中仿真飞机编号，分别与仿真飞机模拟方案实施数据表（322）的“方案编号”和“仿真飞机编号”一致；所述仿真飞机编队飞行方案（320）是存储飞行教员制定的多个模拟编队飞行方案的关系型数据库，包括飞行教员制定的多个模拟编队飞行方案，每个模拟编队飞行方案包括一个仿真飞机模拟方案实施数据表（322）和对应的仿真飞机模拟方案总数据表（321）；所述仿真飞机模拟方案总数据表（321）是对该编队飞行方案的总体介绍，包括“方案名称”、“方案编号”、“方案内容介绍”，所述“方案内容介绍”是对该方案起降机场、总飞行时间和编队中仿真飞机数量的介绍；飞行员通过阅读仿真飞机模拟方案总数据表（321）可以对仿真飞机编队飞行方案（320）中存储的所有模拟编队飞行方案有全局性了解；仿真飞机模拟方案总数据表（321）中的“方案名称”、“方案编号”与仿真飞机模拟方案实施数据表（322）中的一一对应；所述仿真飞机模拟方案实施数据表（322）是该方案的实施内容，包括“方案编号”、“仿真飞机编号”、“起始位置”、“着陆机场”、“加油量”、“起飞时间”、“总的飞行时间”、“对应数据表”，所述“对应数据表”与真实飞机飞行参数数据库（310）中真实飞机飞行参数数据表分别对应；飞行员通过阅读仿真飞机模拟方案总数据表（321）可以对该模拟编队飞行方案有具体了解；所述真实飞机设计参数数据库（330）是存储和管理真实飞机设计参数的关系型数据库，为仿真飞机飞行参数解算模块（240）进行飞机动力学和飞机运动学数学模型解算提供需要的数据；多机编队仿真控制程序（200）的程序流程：步骤100，开始；步骤101, 建立网络连接，编队仿真控制机（100）通过数据接收模块（220）建立与飞行模拟器（400）的视景分系统（403）、教员控制台分系统（404）的网络连接，通过网络把编队仿真控制机（100）与飞行模拟器（400）连接起来；步骤102，系统初始化，完成以下内容：①对编队仿真控制程序（200）内部需要进行初始化的系统变量进行初始化；②为保证解算的实时性，仿真飞机飞行参数解算模块（240）将真实飞机设计参数数据库（330）中所有数据读入编队仿真控制机（100）的内存；真实飞机飞行参数数据库（310）和仿真飞机编队飞行方案（320）要保存在硬盘上；③将读取到的编队飞行方案，经数据发送模块（230）发送给教员控制台分系统（404），以便飞行教员能在教员控制台分系统（404）上看到现有的编队方案；步骤103，接收数据，实时通过网络接收教员控制台分系统（404）选择的存储于仿真飞机编队飞行方案（320）中的模拟编队飞行方案和教员控制台分系统（404）控制指令；步骤104，是否复位是，综合管理模块（260）根据接收到的“复位”指令，重新执行步骤102，系统再次初始化；否，执行步骤105；步骤105，执行“开始训练”指令，是，综合管理模块（260）根据接收到的“开始训练”指令，按照顺序循环执行步骤107～步骤112；否，执行步骤106；步骤106，程序终止；步骤107，读取飞参数据，根据步骤103接收的模拟编队飞行方案，调用数据解析模块（210）依据仿真飞机编队飞行方案（320）中的仿真飞机模拟方案实施数据表（322），建立每架仿真飞机与真实飞机飞行参数数据库（310）中对应的真实飞机飞行参数数据表的连接，从真实飞机飞行参数数据表的第一条记录开始，按时间历程从该数据表中读取每架真实飞机的飞行操纵系统、油门位置、起落架位置数值，读出的数据送给数据处理模块（250）进行插值处理；步骤108，飞参数据拟合，调用数据处理模块（250）对真实飞机飞行参数数据进行插值；步骤109，是否修正仿真飞机的偏差是，综合管理模块（260）收到“仿真飞机偏差修正”指令，执行步骤110，计算仿真飞机的偏差修正量；否，未收到 “仿真飞机偏差修正”指令，执行步骤111；步骤110，计算仿真飞机的修正量，偏差修正模块（270）根据飞行航向偏差数据计算方向舵偏角修正量，根据气压高度偏差数据计算升降舵偏角修正量，根据飞行速度偏差数据计算油门位置修正量，上述修正量输入到仿真飞机飞行参数解算模块（240）；步骤111，仿真飞机飞行参数解算，调用仿真飞机飞行参数解算模块（240），解算飞机动力学和飞机运动学数学模型，计算出每架仿真飞机的位置和姿态角； 步骤112，发送仿真飞机的飞行数据，数据发送模块（230）将仿真飞机飞行参数解算模块（240）解算出来的每架仿真飞机的位置和姿态角，经UDP协议发给飞行模拟器（400）视景分系统（403）和教员控制台分系统（404）。