[发明专利]基于平板电脑重力感应系统的飞行操作任务和仪表监控任务模拟系统及模拟方法

摘要

本发明涉及飞行模拟领域，具体涉及基于平板电脑重力感应系统的飞行操作任务和仪表监控任务模拟系统及模拟方法。所述双任务模拟系统包括：基于平板电脑重力系统的飞行模拟操作单元，算机服务器的飞行科目设计单元，参与者飞行模拟模型使用环境的管理单元，以及飞行模拟的监控和数据分析单元。本发明利用通用的平板电脑的重力感应系统模拟飞行操作，较之使用外部操作杆设备的产品而言，成本低、使用便捷，通过软件系统内部算法和视觉系统操作系统的联合呈现使得飞行模拟效果更佳逼真，测试者的感受性更加流畅。因此，可以应用于专业飞行学员、飞行人员的飞行训练、特殊情境下的飞行检测之中。

主权项

1.基于平板电脑重力感应系统的飞行操作和仪表监控双任务模拟系统，其特征在于，所述双任务模拟系统包括：一、基于平板电脑重力感应系统的飞行模拟操作单元，所述飞行模拟操作单元包括：1‑1、平板电脑重力感应系统诱发的飞行操作模块，通过该模块实现在平板电脑的显示屏中展现飞行仪表盘的实时随机变化，通过使用平板电脑的重力感应系统的功能，在三维角度操作平板电脑，产生X轴、Y轴、Z轴的操作变化，以纠正随机干扰产生的误差，测试者通过重力感应系统的操作反应表现在电脑屏幕上飞行仪表盘的两维变化中，从而进行调整，实现顺畅的飞行操作模拟的效果，通过以下公式在X轴、Y轴产生即时的随机变化，使得每一时刻的坐标均在上一时刻坐标的基础上产生不可预期的位移变化，这一随机的位移变化构成了为测试者造成的随机干扰，使其与平衡基准位置产生偏差，其中，Y轴的补偿追踪输入方程为：y(t+1)＝y(t)+Δy(t+1)+r(t+1)，其中，y(t)表示时间t时目标的纵坐标位置，Δy(t)表示时间t时目标在垂直方向获得的增量，r(t)为t时获得的随机增量，X轴与水平面的旋转度的补偿追踪输入方程为：θ(t+1)＝θ(t)+sign(t+1)×[Δθ(t+1)+r(t+1)×9]，其中sign(t+1)等于1或者‑1，θ(t)为时间t时目标所在位置与水平方向的夹角；Δθ(t)表示时间t时角度上获得的增量，r(t)为t时获得的随机增量，在(0,1)之间变化，使计算机在每经过T时刻就在Y轴方向，以及X轴与水平的夹角方向产生一定范围内的一个随机变量；1‑2、平板电脑视觉呈现系统诱发的飞行监控模块，在平板电脑的显示屏中展现飞行模拟警告仪表指示灯的实时的随机变化，用户通过使用平板电脑的触摸屏功能对多个飞行模拟警告仪表指示灯的变化进行实时监控，并按照不同科目的要求进行按键的判断反应，即时反馈仪表指示灯的判断正误，从而实现仪表指示灯实时监控的效果；1‑3、飞行操作和仪表监控共同呈现的双任务模块，该模块同时开放平板电脑的重力感应功能和触摸屏按键功能，在平板电脑的显示屏中同时展现飞行仪表盘的实时的随机变化和飞行模拟警告仪表指示灯的实时的随机变化，通过使用平板电脑的重力感应系统对其变化进行实时的校正，重力感应的功能反馈给平板电脑的软件系统，即时反馈在飞行仪表盘的变化中，从而实现顺畅的飞行操作模拟的效果，同时，通过使用平板电脑的触摸屏功能对飞行模拟警告仪表指示灯的变化进行实时监控，并按照不同科目的要求进行按键的判断反应，触摸屏的感应功能将用户的反馈给平板电脑的软件系统，即时反馈在仪表指示灯的判断正误，从而实现仪表指示灯实时监控的效果，操作杆任务应用动态画面模拟飞机俯仰、横滚姿态，参与者右手一阶控制两维的变化：Y轴的补偿追踪输入方程为：y(t+1)＝y(t)+Δy(t+1)+r(t+1)，其中，y(t)表示时间t时目标的纵坐标位置，Δy(t)表示时间t时目标在垂直方向获得的增量，r(t)为t时获得的随机增量，X轴与水平面的旋转度的补偿追踪输入方程为：θ(t+1)＝θ(t)+sign(t+1)×[Δθ(t+1)+r(t+1)×9)]，其中sign(t+1)等于1或者‑1，θ(t)为时间t时目标所在位置与水平方向的夹角；Δθ(t)表示时间t时角度上获得的增量，r(t)为t时获得的随机增量，在(0,1)之间变化，在每经过T时刻就在Y轴方向，以及X轴与水平的夹角方向产生一定范围内的一个随机变量，通过自适应的方式，把杆操作任务设定不同的难度等级，动态模拟自动形成难度等级的随机干扰，难度等级D的改变，通过改变t的取值来达到，D＝f(T)，其中f为难度等级随时间变化的函数，随着时间单位T的减小，难度等级加大，实现难度等级的随机干扰，破坏仪表的平衡状态；二、计算机服务器的飞行科目设计单元，包括：2‑1、设置飞行模拟的任务内容和参数的模块，用于设置所述基于平板电脑重力感应系统的飞行模拟操作单元的各个组成模块的内容和参数；2‑2、设置飞行模拟的持续时间和顺序的模块，用于设置所述基于平板电脑重力感应系统的飞行模拟操作单元的各个组成模块的呈现顺序和每个模块的持续时间进行设置；三、参与者飞行模拟使用环境管理单元，包括：3‑1、建构受试者飞行模拟的使用环境的模块，用于构建和设置受试者的使用环境，3‑2、分配受试者飞行模拟的机位的模块，用于分配和选择受试者的开展测试的机位，3‑3、管理飞行模拟研究者的账户的模块，用于管理组织飞行模拟实施现场的研究使用者的权限；四、飞行模拟的监控和数据分析单元，包括：4‑1、飞行模拟实施状态的即时监控模块，用于在受试者进行飞行模拟科目使用时，在服务器端监控受试者的使用状态，4‑2、飞行模拟科目成绩的即时观测模块，在受试者执行双任务操作过程中，对其每一个操作绩效进行监测并记录，4‑3、飞行模拟报表下载和数据分析模块，用于实时查看受试者的监控数据。