飞机模拟驾驶仿真系统的研究

张琪

摘要：视景仿真技术主要指的是依照图像模拟技术，主要是计算机图形学和数值仿真技术相结合形成的产物，在进行数值仿真的条件下，主要通过动画以及图形的转变来对数值仿真的结果进行模拟。视景仿真技术在实际应用的过程中具有很强的真实感和实时性，虚拟现实影像仿真技术能够让飞行员获得宽度、高度、深度上的三维空间信息，在飞机模拟驾驶仿真技术当中，虚拟现实技术具有划时代的意义，本文重点对飞机模拟驾驶仿真系统进行分析和研究，以供参考。

关键词：飞机;模拟驾驶;仿真系统;研究

1 飞机模拟驾驶仿真系统研究要点

1.1 信号采集及处理子系统

信号采集和处理子系统主要是对飞行员的驾驶信号进行采集，并且处理相关的信号，飞行员操作过程中的主要部件有油门、驾驶杆、发动机、点火系统等，在驾驶舱内部传感器和各操作部件进行连接。

1.2 飞机动力学模型子系统

驾驶模拟器飞行动力学模型是否能够达到应有的效果，与模拟过程是否接近真实息息相关。通过软件学当中，面向对象的编程技术从飞机的真实组成结构当中，将飞机动力学模型对象的关系抽取出来，在对象之间主要是通过力和扭矩之间进行关系的传递，各个模块在操作的过程中相互独立，只要保证自己的接口符合要求即可以进行升级和换代，也就是保持力和扭矩的传递不变。

1.3 图形子系统

在模拟器当中，图形系统是非常重要的一个组成部分，飞行员主要通过眼睛获取主要信息，而虚拟现实的真实情况对飞行员是否能够更好的沉浸其中具有非常重要的影响，为了保证训练的效果，系统需要尽量减少资源对，虚拟场景进行逼真的还原，选取更为重要的景物，比如说机场两旁的基础设施、机场跑道以及机场的其他景物、其他正在起降的飞机等相关信息。

1.4 网络控制子系统

在模拟系统进行网络互连训练的过程中，需要合理利用网络来进一步控制子系统，实现对整个系统进行控制的目的，另外网络控制子系统具有很强的通讯功能，可以让单机驾驶舱之间进行互联，这样就可以让多台驾驶舱在同一场景当中进行训练，飞行员在接受训练的过程中可以在自己的视野中看见其他飞机，也就是网络控制子系统需要对各个模拟器试验的信息进行实时交互，与此同时，系统还具有很强的数据处理能力，可以对某一台模拟器进行单独监视，对模拟器当中的驾驶和操作情况进行查看，教练可以在主控计算机当中对学员驾驶的情况进行自由监视，而不为对学员的训练情况产生干扰，完成训练之后，教练还可以提出相应的指导意见，与此同时，网络控制子系统还可以对各学院的详细驾驶情况进行打印，比如说训练的时间、成绩以及训练的过程中出现的错误等。

1.5 声音模拟子系统

在操作的时候，周围的声音也是非常关键的因素，在实际飞行的过程中，发动机的声音和风声都会让驾驶员感到疲劳，而报警声可能会让驾驶员的注意力分散，对飞行员的判断和状况产生影响，因此模拟器需要对驾驶时出现的各种声音进行真实的模拟让驾驶模拟训练更逼真，在声音模拟子系统当中，主要是对飞行过程中出现的噪音及发动机的声音进行模拟，在起降的过程中，还需要对机场环境的声音进行模拟。

1.6 驾驶评价子系统

驾驶培训的目的主要在于让学员更好的对驾驶技术进行掌握，了解正确的操作方法，并且符合驾驶飞行的具体需要，学员在飞行操作的过程中，往往会出现两个错误，在操作的过程中出现错误以及违反相关的飞行规则，在本系统当中主要包含了两个知识库，操作规则知识库以及飞行规则知识库系统当中会对学员的操作情况进行绘制，了解当时的空域状况以及飞机的状态，对知识库当中的规则进行匹配，如果成功匹配，则将相应的错误处理模块调用出来，包括申语音提示扣分等。

2 仿真系统的整体设计

系统在工作的过程中，首先需要初始化实景仿真系统，视景仿真系统和视景仿真模块可以从三维地形数据库和模型当中加载出相应的三维图形数据，接着利用模拟器进行仿真师及仿真管理系统，可以从动力学模型当中对飞机当前的运行状况进行了解，比如说欧拉角、坐标位置等，对飞机的运行状况进行实时控制，动力学模型对飞机的运动状态进行实时计算，对图形进行刷新完成相关的立体动画，在三维立体显示的条件下，将真实的三维立体计算机图形显示出来。

为了对实时传递系统进行开发，通过专业的高层虚拟现实视景仿真管理软件Vega，通过lynx对各场景通道碰撞检测物体等进行定义，并且完成初始化，在实时仿真的过程中需要模拟出更为逼真的环境，接着通过为Vega的相关接口与视景仿真系统进行交互，将仿真对象和环境改变，进一步更新系统的状态，为了让实景仿真效果更好，可以对真实的对象和场景进行仿真，让实景仿真环境更为逼真，让飞行员获得一个真实的虚拟驾驶环境，虚拟驾驶环境主要是通过视景仿真系统当中的ADF文件来完成图形用户界面，开发环境也主要是adf文件编辑器，adf文件主要包含了视景仿真系统初始化过程中所需要的相关数据，以及视景仿真程序运行过程中的一些相关数据，如果需要将事件发生的初始设置和内容改变，只要对adf文件进行重新编译就可以了，不需要对时进仿真系统进行改变。

实时场景主要有以下特点，首先可以生成质量较高的图形画面，并且对一些特殊的图形效果进行仿真，比如说太阳光、天空、雾等，让运动图像的真实的进一步增加，其次，图形生成的更为稳定迅速，一般的图形加速硬件就可以完成相关的操作，第三，在虚拟现实硬件的支持下，可以将立体图形生成，让虚拟飞行场景更具有立体感，让飞行员更好的了解到景物的深度、远近，并且获得相应的3D驾驶感受。

3 虚拟场景建模

3.1 建模

建模主要是将虚拟现实当中的地物三维图形模型建立起来，通过creator地形工具可以对一些初始数据进行导入，比如说三维地形模型等，原始数据当中也会包含一定的特征数据，这些特征数据就是桥梁、护坡、建筑物等数据，也可以将相关的数据项通过creator数据格式向数据库当中导入，对地形的特征进行强化，通过creator建模软件可以将虚拟场景当中的三维图形模型建立起来，并且，合理的运用相关的属性，增加模型的真实感，通过open gl的相关软件编程系统来完成各模块属性的渲染。

3.2 用Lynx建立应用程序定义文件

将场景和地形建立起来之后通过，lynx程序将应用程序定义文件adf建立起来，adf文件主要对虚拟现实当中的各模型情况、特殊效果以及一些功能进行演示，通过lynx程序，可以让编程人员的工作量大幅度降低。

3.3 编程

通过相关的编程语言平台利用API和软件库将adf文件调入，并且初始化相关的三维模型，在编制的过程中动态的对程序的运行情况进行控制，将虚拟现实应用程序的编程工作完成。

结束语

在飞机驾驶模拟器当中，飞机驾驶模拟器实时查询系统是非常重要的一个组成部分，可以实时的对场景进行仿真，并且加强场景的管理，通过先进的三维实体建模技术可以让仿真的效果大幅度提高。

参考文献：

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