一种单台模拟器实现多机编队的仿真方法技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种单台模拟器实现多机编队的仿真方法
本专利技术涉及多机编队的仿真方法，特别是涉及一种单台飞行模拟器实现多机编队的仿真方法，属于飞行仿真

技术介绍
利用飞行模拟器进行飞行员的编队模拟训练主要有两种训练方式：一种方式是在单台飞行模拟器上模拟双机编队。带队仿真飞机是由计算机模拟的仿真飞机，其飞行过程通过回放数据的方式，还原事先利用设计好的计算机程序录制的飞行教员驾驶飞行模拟器飞行的全过程。在还原过程中，飞行员驾驶飞行模拟器跟在带队仿真飞机后面，练习双机编队飞行。如采用这种录制的方式实现多机编队，就要按先录制单机飞行过程、再录制双机编队飞行过程、然后录制三机编队飞行过程……的顺序录制多次数据文件，一旦录制好后，不能再修改，训练科目单一，而且录制的过程也很繁琐。另一种方式是利用计算机网络将同一地域或不同地域的多台飞行模拟器联网，每名飞行员驾驶一台飞行模拟器在联网的条件下与其他飞行员驾驶的飞行模拟器一起进行编队模拟训练。该方式要求同一地域或不同地域的多名飞行员在同一时间共同参与才能完成模拟训练。好处是在模拟训练中仿真飞机的驾驶员不是计算机而是飞行员，飞行员可以像实际编队飞行一样，利用语音通讯进行编队的指挥和协作，模拟训练过程更逼真。但也存在不足：一是需要一次投入多台飞行模拟器，价格昂贵。当模拟器数量不足时，无法完成编队模拟训练；二是由于各种飞行模拟器都是安放在不同地域，要想让不同地域的飞行员在同一时间参与训练是一件很困难的事情。基于上述问题，需要一种能在一台模拟器上实现多机编队的模拟训练的方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种单台飞行模拟器实现多机编队的仿真方法，步骤和条件如下：包括编队仿真控制机、飞行模拟器；编队仿真控制机存储和运行编队仿真控制程序和编队规划文件；所述编队仿真控制机是一台安装多网卡的PC计算机或工业控制计算机，在WindowsXP操作系统下安装了RTX（Real-TimeeXtension)实时操作系统，具有实时解算能力；使用UDP（UserDataProtocol）用户数据报协议，通过网卡与飞行模拟器的视景分系统和教员控制台分系统进行网络通信；所述的飞行模拟器是已有商品，包括仿真飞机性能模拟分系统、座舱模拟分系统、视景分系统、教员控制台分系统、计算机和网络分系统、动感模拟分系统、航空电子模拟分系统、综合环境模拟分系统、声音模拟分系统和辅助分系统；所述的仿真飞机性能模拟分系统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，满足飞行员正确完成机动飞行、编队飞行模拟训练的需求；此外，视景分系统利用数据发送模块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；教员控制台分系统是飞行模拟器的控制中心，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，教员控制台分系统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包括多台计算机，是飞行模拟器的神经中枢，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，相互之间不断进行信息交流，从而使整个飞行模拟器一致运行；动感模拟分系统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模拟真实飞机上的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；声音模拟分系统为飞行员提供逼真的环境噪音模拟；辅助分系统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包括数据解析模块、数据接收模块、数据发送模块、仿真飞机飞行参数解算模块、数据处理模块、综合管理模块和偏差修正模块；用于模拟仿真飞机的飞行全过程；所述数据解析模块，其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中的仿真飞机模拟方案实施数据表，建立每架仿真飞机与真实飞机飞行参数数据库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进行插值处理；数据接收模块，实时通过网络接收教员控制台分系统选择的存储于仿真飞机编队飞行方案中的模拟编队飞行方案和教员控制台分系统的控制指令，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，①将仿真飞机模拟方案总数据表中所有编队方案名称，发送给教员控制台分系统，以便飞行教员能在教员控制台分系统上看到现有的编队方案；②将真实飞机设计参数数据库中存储的真实飞机设计参数，经数据处理模块插值后的数据，和偏差修正模块计算的偏差修正数据，经仿真飞机飞行参数解算模块）解算后，得到每架仿真飞机的位置和姿态角的数据发给视景分系统和教员控制台分系统；所述仿真飞机飞行参数解算模块，由飞行气动力解算模块、起落架力和力矩解算模块、飞行运动学模型解算模块、质量特性解算模块和动力装置力和力矩解算模块组成；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（详见附件1）,将真实飞机设计参数数据库中存储的真实飞机设计参数，经数据处理模块插值后的飞行操纵系统、油门位置、起落架位置的数据和偏差修正模块计算的偏差数据，进行解算，得到每架仿真飞机的位置和姿态角，经数据发送模块发给视景分系统和教员控制台分系统；所述数据处理模块，对真实飞机飞行参数数据库中的真实飞机飞行参数数据进行插值，满足仿真飞机飞行参数解算模块每个运算周期都有数据值输入的要求；所述综合管理模块，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和飞行模拟器网络连接；②在系统初始化时，对编队仿真控制程序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的连接，读取仿真飞机模拟方案总数据表中所有编队方案名称；调用数据发送模块，将读取到的编队方案名称发送给教员控制台分系统，以便飞行教员能在教员控制台分系统上看到现有的编队方案；④根据数据接收模块收到的教员控制台分系统控制指令，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；所述的数据接收模块（220）收到“开始训练”的指令，综合管理模块调用数据解析模块、数据发送模块、仿真飞机飞行参数解算模块、数据处理模块）进行仿真飞机的模拟；当收到“复位”的指令时，重新对编队仿真控制程序内部的需要初始化的系统变量进行初始化，数据解析模块从真实飞机飞行参数数据库中飞行参数数据表的第一条记录开始，重新按照时间历程读取数据；当收到“仿真飞机误差修正”的指令时，调用偏差修正模块,由偏差修正模块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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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（22...

【技术特征摘要】
1.一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WindowsXP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”、“仿真飞机偏差修正”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”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...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖景新，李友毅，张峰，胥文，李国辉，张志春，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军航空大学军事仿真技术研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22