Windows操作系统环境下的飞行模拟系统技术方案

本发明专利技术公开了一种Windows操作系统环境下的飞行模拟系统，包括：组件化节点部分，其用于为飞行模拟器中各节点程序提供统一的管理和注册方式；内存数据库部分，其用于为组件化节点部分内数据提供一种快速索引、查找方式；通信部分，其为内存数据库部分提供统一的读写数据接口，用于为内存数据库部分屏蔽底层通信细节的复杂性，提供统一的抽象，提高飞机模拟系统部署环境的灵活性。本发明专利技术解决模拟器节点间数据管理、共享的问题，满足飞行模拟器在各种使用场景下的需求，实现了代码的可重用、可移植。

Flight simulation system in Windows operating system environment

The invention discloses a Windows operating system under the environment of the flight simulation system, including: component node part, to provide a unified management and registration procedures for each node in a flight simulator; part of the memory database, for providing a fast indexing, component data nodes search; communication it is part of the memory database, providing a unified interface to read and write data, for the complexity of the memory database part to shield the underlying communication details, provide a unified abstraction, improve the flexibility of the aircraft environment simulation system deployment. The invention solves the problem of data management and sharing between the simulator nodes, meets the requirements of the flight simulator under various application scenarios, and realizes the reuse and portability of the code.

【技术实现步骤摘要】
Windows操作系统环境下的飞行模拟系统
本专利技术涉及飞行模拟
，更具体地说，本专利技术涉及一种在Windows操作系统下的飞行模拟系统。
技术介绍
随着数字计算机的出现和发展，自20世纪80年代起，数字技术逐渐被应用到飞行模拟器的开发研究中，目前数字式飞行模拟器已成为国内外众多知名飞行模拟器研究机构和生产厂商的主要研究对象。国外从事飞行模拟器研制的公司主要有：加拿大的CAE公司和Mechtrontix公司，英国的Thales公司、美国的FlightSafety公司和Frasca公司以及法国Thomson公司等。国外众多的大学和科研机构也纷纷开展了高逼真度飞行模拟器的研究工作，著名的有荷兰Delft大学的Simona研究所、荷兰NLR航空实验室和加拿大多伦多大学等，这些研究机构为飞行模拟器提供了从仿真软件体系结构、运动系统设计到模拟座舱设计等多方面具有前瞻性和基础性的研究工作。与国外相比，我国飞行模拟器的研究工作起步较晚，研究技术尚不成熟。仅有极少数公司能够从事飞行模拟器的研制工作，如北京航空模拟器公司和北京蓝天航空模拟器公司等。1993年北京航空模拟器公司联合北京航空航天大学研制成功的运七-100飞机飞行模拟器，它是国内首台采用数字计算机技术研制而成的飞行模拟器，其性能已达到了国外80年代末先进水平，对国内飞行模拟器的发展具有里程碑意义。2003年北京蓝天航空模拟器公司研制成功的新舟-60飞机飞行模拟器，它是国内首台获得民航总局C级认证的飞行模拟器，代表了国产飞行模拟器的最高水平。新舟-60飞行模拟器的主仿真计算机系统是基于VME总线的X86单板计算机构建出的并行多处理器，采用共享内存机制、Vxworks嵌入式实时操作系统和信号灯机制等完成了对并行执行仿真任务的时钟控制、数据流控制和接口控制。同时它还具备完善的航电设备模拟系统，视景系统和运动系统等。对飞行模拟器开展研究的国内大学和科研机构主要有北京航空航天大学、西北工业大学、哈尔滨工业大学、空军军训器材研究所和空军哈尔滨仿真技术研究所等，其中比较有代表性的飞行模拟器是空军哈尔滨仿真技术研究所研制成功的Y12-M飞机飞行模拟器和伊尔-76飞机飞行模拟器。传统的飞行模拟器依赖单个计算机对模拟系统中节点进行调度和运算，而单机性能难以大幅提高，因此传统基于单机的飞行模拟系统性能受限于单机性能。同时单机的系统故障会导致整个整个模拟系统的运行异常，因此基于单机的飞行模拟系统健壮性较差。现有基于分布式的飞行模拟器通常节点间通信采用对整块共享内存进行分段存储的方式，每个节点的内存块映射到整个共享内存中的一段，没有对数据进行有效管理，存在数据索引困难、查找速度慢的问题。此外现有飞行模拟器分布式通信主要依赖GE公司的VMIC反射内存卡，GE公司反射内存卡在Windows操作系统下不开放源代码，因此存在安全性上的问题。若需要搭建基于VMIC反射内存卡的星形网络，还需搭配专用交换机，组网成本较高。另外分布式程序开发与调试较单机困难。现有飞行模拟器各节点模型无统一的抽象模型，造成了代码冗余、不规范的问题，不利于软件开发和后期维护。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决上述至少一个问题或缺陷，并提供后面将说明的至少一个优点。本专利技术还有一个目的是提供一种Windows操作系统环境下的飞行模拟系统，其通过内存数据库解决模拟器节点间数据管理、共享的问题。通过在通信部分提供基于以太网的分布式共享内存、VMIC反射内存卡共享内存和本地共享内存三种运行方式，解决飞行模拟器在各种使用场景下的需求。通过采用节点模型组件化的方式，以XML格式为配置文件，定义了标准的接口规范和体系结构标准，实现了代码的可重用、可移植。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种Windows操作系统环境下的飞行模拟系统，包括：组件化节点部分，其用于为飞行模拟器中各节点程序提供统一的管理和注册方式；内存数据库部分，其用于为所述组件化节点部分内数据提供一种快速索引、查找方式；以及通信部分，其为所述内存数据库部分提供统一的读写数据接口，用于为所述内存数据库部分屏蔽底层通信细节的复杂性，提供统一的抽象，提高飞机模拟系统部署环境的灵活性；其中，所述组件化节点部分以XML格式为配置文件，定义了标准的Model基类接口和体系结构标准，实现了代码的可重用、可移植；所述内存数据库部分采用B+树的数据结构建立表索引，变量索引及映射索引；所述通信部分采用三种运行方式，解决飞行模拟器在各种使用场景下的需求。优选的是，其中，所述组件化节点部分包括：组件标准接口模块、组件注册模块和组件管理模块，所述组件标准接口模块为节点提供标准的接口；所述组件注册模块负责对组件完成注册相关操作；所述组件管理模块用链表的方式对所有节点实现统一的管理。优选的是，其中，内存数据库部分包括：数据操作模块、映射操作模块和索引树模块，所述数据操作模块为节点提供内存数据库的访问接口；所述内存映射操作模块为节点提供读取映射数据的接口，映射用于将节点产生实际数据和所述内存数据库实际存放数据进行转换；所述索引树模块用于存放所述内存数据库的实际数据。优选的是，其中，所述通信部分包括：反射内存操作模块、本地共享内存模块和分布式共享内存模块，所述反射内存操作模块采用基于VMIC反射内存卡，为飞行模拟器提供高性能分布式通信支撑；所述本地共享内存模块可以让人员方便对模拟系统在单机上进行调试、开发；所述分布式共享内存模块采用基于以太网的共享内存方案，为飞行模拟系统提供分布式数据共享支撑，保证网络中各节点可以进行快速的数据交换。优选的是，其中，所述索引树模块包括三个用于索引的B+树和五个用于存放临时数据的链表。优选的是，其中，所述反射内存操作模块包括用户态接口单元和内核态驱动单元，所述用户态接口单元为内存数据库提供访问反射内存操作模块的接口，并将数据发送给所述内核态驱动单元，所述内核态驱动单元接收由所述用户态单元传入的数据并将其写入板卡自身内存；所述本地共享内存模块由内存管理单元构成，所述内存管理单元负责将同一块物理内存映射到各节点的虚拟内存地址空间内，实现了节点间数据共享；所述分布式共享内存模块包括：接口单元、协议处理单元和通信单元，所述接口单元向内存数据库部分提供读写数据的接口，协议处理单元调用所述通信单元将数据包组播到网络上各节点，所述通信单元同时负责接受所接受的数据包并交给协议处理单元进行解包，解析出数据包种信息后交给接口单元将数据写入节点本地内存。优选的是，其中，VMIC反射内存卡网络拓扑结构采用环形网络或星形网络拓扑结构。优选的是，其中，三个用于索引的B+树为索引变量表的变量表树、索引变量的变量树与索引映射的映射树；五个用于存放临时数据的链表为节点信息链表、空闲块链表、变量表链表、映射表链表和主机链表。优选的是，其中，所述分布式共享内存模块的网络结构采用星型拓扑结构。本专利技术至少包括以下有益效果：1、利用提供采用以B+树为数据结构的内存数据库，为节点内数据提供一种快速索引、查找方式；2、通过三种通信方式，提高飞行模拟系统应用范围灵活性：以太网的分布式共享内存可以提供一种在对实时性要求不高场景下低成本分布式通信方式，VMIC反射内存卡可以提供一种低延时、高带宽的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Windows操作系统环境下的飞行模拟系统，包括：组件化节点部分，其用于为飞行模拟器中各节点程序提供统一的管理和注册方式；内存数据库部分，其用于为所述组件化节点部分内数据提供一种快速索引、查找方式；以及通信部分，其为所述内存数据库部分提供统一的读写数据接口，用于为所述内存数据库部分屏蔽底层通信细节的复杂性，提供统一的抽象，提高飞机模拟系统部署环境的灵活性；其中，所述组件化节点部分以XML格式为配置文件，定义了标准的Model基类接口和体系结构标准，实现了代码的可重用、可移植；所述内存数据库部分采用B+树的数据结构建立表索引，变量索引及映射索引；所述通信部分采用三种运行方式，解决飞行模拟器在各种使用场景下的需求。

【技术特征摘要】
1.一种Windows操作系统环境下的飞行模拟系统，包括：组件化节点部分，其用于为飞行模拟器中各节点程序提供统一的管理和注册方式；内存数据库部分，其用于为所述组件化节点部分内数据提供一种快速索引、查找方式；以及通信部分，其为所述内存数据库部分提供统一的读写数据接口，用于为所述内存数据库部分屏蔽底层通信细节的复杂性，提供统一的抽象，提高飞机模拟系统部署环境的灵活性；其中，所述组件化节点部分以XML格式为配置文件，定义了标准的Model基类接口和体系结构标准，实现了代码的可重用、可移植；所述内存数据库部分采用B+树的数据结构建立表索引，变量索引及映射索引；所述通信部分采用三种运行方式，解决飞行模拟器在各种使用场景下的需求。2.如权利要求1所述的Windows操作系统环境下的飞行模拟系统，其中，所述组件化节点部分包括：组件标准接口模块、组件注册模块和组件管理模块，所述组件标准接口模块为节点提供标准的接口；所述组件注册模块负责对组件完成注册相关操作；所述组件管理模块用链表的方式对所有节点实现统一的管理。3.如权利要求1所述的Windows操作系统环境下的飞行模拟系统，其中，内存数据库部分包括：数据操作模块、映射操作模块和索引树模块，所述数据操作模块为节点提供内存数据库的访问接口；所述内存映射操作模块为节点提供读取映射数据的接口，映射用于将节点产生实际数据和所述内存数据库实际存放数据进行转换；所述索引树模块用于存放所述内存数据库的实际数据。4.如权利要求1所述的Windows操作系统环境下的飞行模拟系统，其中，所述通信部分包括：反射内存操作模块、本地共享内存模块和分布式共享内存模块，所述反射内存操作模块采用基于VMIC反射内存卡，为飞行模拟器提供高性能分布式通信支撑；所述本地共享内存模块可以让人员方便...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜承烈，王延钊，蒋泽军，陈进朝，彭寒，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61