基于载人潜水器模拟器的潜航员训练系统及训练方法技术方案

本发明专利技术涉及基于载人潜水器模拟器的潜航员训练系统及训练方法，包括通过以太网交换机互联的训练教控系统、载人潜水器模拟器、视景仿真系统和数据仿真平台；数据仿真平台用以产生蛟龙号载人潜水器上的各类传感检测数据，为载人潜水器模拟器的舱内控制系统提供仿真数字环境；视景仿真系统以蛟龙号载人潜水器下潜所拍摄的海底真实影像为基础，通过计算机建模构建海底仿真视景环境，并通过舱内控制系统的运动指令实现海底视景的移动与变换；载人潜水器模拟器用以模拟蛟龙号载人潜水器的真实结构。舱内控制系统接收训练教控系统发布的任务，并结合视景仿真系统模拟真实的海底航行景观，通过训练教控系统设定训练系统的初始状态，调用数据仿真平台对应数据库实现模拟训练任务发布、训练场景设置、触发故障训练、舱内操作记录及评价等。

【技术实现步骤摘要】
基于载人潜水器模拟器的潜航员训练系统及训练方法
本专利技术涉及一种基于载人潜水器模拟器的潜航员训练系统及训练方法。
技术介绍
载人潜水器在我国深海海底资源勘探开发中发挥着重要作用，潜航员是载人潜水器的驾驶操作人员，是驾驶载人潜水器下潜并在水下开展作业活动的主要操控人员。载人潜水器在海底的作业环境复杂、不确定因素多，同时舱内采集、显示的数据信息量大，对潜航员的驾驶水平、机械手作业水平和现场分析判断能力都有很高的要求，因此潜航员的操作技能和驾驶技术与载人潜水器本身的设计建造具有同等重要性。对潜航员开展全面、系统、高逼真度的潜水器作业训练，是保障载人潜水器水下安全的重要手段。潜航员海上实艇训练需要大型船舶和其它配套设备，且训练周期长、风险大、成本高，而使用载人潜水器模拟器进行陆上模拟训练，不需要动用船舶和配套设备出海训练，大幅度节省训练费用，提高安全性，从而极大地降低训练成本。故而，亟待提出一种基于载人潜水器模拟器的潜航员训练系统及训练方法，以实现潜航员在陆上的低成本、高效率、系统性的载人潜水器驾驶与作业技术训练。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对现有技术中存在的缺陷，提出一种基于载人潜水器模拟器的潜航员训练系统及训练方法，实现对潜航员实艇驾驶与操纵等作业技能的系统培训。本专利技术是采用以下的技术方案实现的：基于载人潜水器模拟器的潜航员训练系统，包括通过以太网交换机互联的训练教控系统、载人潜水器模拟器、视景仿真系统和数据仿真平台；所述数据仿真平台用以产生蛟龙号载人潜水器上传感器所获取的传感检测数据，为载人潜水器模拟器的舱内控制系统提供一个仿真的数字环境；所述视景仿真系统以蛟龙号载人潜水器下潜所拍摄的海底真实影像为基础，通过计算机建模构建海底仿真视景环境，并通过舱内控制系统的运动指令实现海底视景的移动与变换；所述载人潜水器模拟器用以模拟蛟龙号载人潜水器的真实结构，包括载人舱及舱内控制系统，所述舱内控制系统接收训练教控系统发布的任务，并与其实现信息互传，结合视景仿真系统模拟真实的海底航行景观；所述训练教控系统用于设定训练系统的初始状态，通过调用数据仿真平台对应数据库实现模拟训练任务发布、训练场景设置、触发故障训练、舱内操作记录并评价；所述训练教控系统包括训练任务管理模块、水面监控模拟模块、水面通信模拟模块、模拟状态演示模块以及训练记录模块；所述训练任务管理模块用以实现训练任务的总体管理，所述水面监控模拟模块用以显示载人潜水器模拟器基本参数，所述载人潜水器基本参数包括载人潜水器姿态、速度、舱内环境参数、相对母船位置关系参数；所述水面通信模拟模块用以实现载人潜水器模拟器载人舱与外界的信息传输，所述信息包括语音、图像、文字、莫尔斯码、潜水器状态数据；所述模拟状态演示模块用以演示操纵训练全过程，并对载人潜水器模拟器的运行环境及运行状态进行图形化显示；所述训练记录模块通过VGA信号实时存储并显示载人潜水器模拟器载人舱内监控视频，并能实现多路视频切换。进一步的，所述载人舱前部设置有主观察窗，载人舱内设置有航行操作手柄、舱内控制面板、舱内综合显控计算机、显示器，所述舱内控制系统与训练教控系统实现数据交互。进一步的，所述视景仿真系统包括设置在观察窗前方的环形投影柱幕、高性能计算机工作站及图形加速卡、投影机组以及用以实时显示设定训练区域视景的电子海图模块；所述电子海图模块生成并显示模拟载人潜水器仿真本体所在海底区域坐标，通过高性能计算机工作站调用电子海图模块视景信息，并经过图形加速卡运算后由投影机组投影到环形投影柱幕进行显示。进一步的，所述训练教控系统还包括潜水器模拟故障触发模块与作业评估模块，所述数据仿真平台包括模拟故障数据库；所述模拟故障触发模块用以触发数据仿真平台模拟故障数据库，并通过作业评估模块对训练员进行评分。进一步的，所述训练教控系统还包括系统授时模块，以保证整个训练系统的时间与训练教控系统保持一致。本专利技术另外还提出一种基于载人潜水器模拟器训练系统的训练方法，包括以下步骤：步骤A、初始准备：（1）通过训练教控系统设置训练海区、风速风向、流速流向、训练科目，所述训练科目包括布放回收全流程演练、海山区作业训练、结核区作业训练、热液区作业训练；（2）通过数据仿真平台输出潜水器在甲板上的各类传感器模拟数据；（3）潜航员进入载人舱，开启舱内控制系统及设备，视景仿真系统开始播放潜水器甲板准备仿真视景，潜航员开展舱内模拟通电检查训练；（4）通电检查流程训练结束后，由训练教员通过训练教控系统发出布放潜水器指令，视景仿真系统开始播放潜水器随轨道车移动及起吊过程视景，并协调数据仿真平台输出相应传感器数据，各数据同步输出至舱内控制系统，由舱内综合显控计算机、航行控制计算机及相关显示器显示给舱内人员；步骤B、载人潜水器布放训练：（1）视景仿真系统播放潜水器布放至水面视景，并协调数据仿真平台输出相应传感器数据，潜航员开展模拟水面检查训练；（2）训练教控系统端提示潜航员主吊缆拢头缆解掉后，系统转入潜航员自主驾驶状态，由舱内控制系统获取航行控制手柄控制量，传送给数据仿真平台，经解算潜水器运动姿态后传送给视景仿真系统，视景仿真系统根据潜水器姿态实现模拟视景随动；步骤C、载人潜水器下潜训练：（1）在潜航员完成模拟水面检查后，向训练教控系统发出请求下潜指令，训练教员同意后，潜航员经舱内控制面板操纵载人潜水器模拟器开始注水下潜，舱内控制面板获取压载水箱注水指令后传送给数据仿真平台，数据仿真平台解算出潜水器实时下潜深度速度，传送给视景仿真系统，视景仿真系统根据潜水器姿态实现模拟视景随动；（2）在潜水器距离海底高度模拟量在100米以内时，潜航员开展终止下潜压载抛载训练，潜航员发出的终止指令由舱内控制面板传送给数据仿真平台，数据仿真平台解算出潜水器实时下潜深度速度，传送给视景仿真系统，视景仿真系统根据潜水器姿态实现模拟视景随动；步骤D、海底巡航模拟及机械手作业训练：（1）在潜航员完成模拟终止下潜训练后，视景仿真系统根据训练科目播放对应的海底视景，由潜航员在载人舱内控制潜水器航行控制手柄，舱内控制系统获取航行控制量传送给数据仿真平台，经解算潜水器运动姿态后传送给视景仿真系统；（2）在潜航员到达模拟作业目标点后，转入机械手作业训练；由潜航员操纵舱内机械手手柄，通过主观察窗在舱外采样篮和机械手的配合下，开展真实的机械手取样与探测作业训练；步骤E、模拟抛载返航训练：（1）由舱内控制面板获取上浮压载抛载指令后传送给数据仿真平台，数据仿真平台解算出潜水器实时上浮速度及深度，传送给视景仿真系统，视景仿真系统根据潜水器姿态实现模拟视景随动；（2）在数据仿真平台解算出潜水器返回水面后，视景仿真系统播放潜水器起吊出水与返回甲板视景，并协调数据仿真平台输出相应传感器数据，各数据同步输出至舱内控制系统，由舱内综合显控计算机、航行控制计算机及相关显示器显示给舱内人员；步骤F、潜水器返回甲板视景结束后，本次模拟训练完成，由训练教控系统收集整理潜航员全流程的操作信息，形成报告，完成训练结果汇总与分析。进一步的，所述步骤D之后还包括故障处理模拟训练：（1）训练教员通过训练教控系统发出模拟故障发生指令，由数据仿真平台调用模拟故障数据库，控制相应传感器数据变化至故障状态，由此考察本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于载人潜水器模拟器的潜航员训练系统，其特征在于，包括通过以太网交换机互联的载人潜水器模拟器、视景仿真系统、数据仿真平台和训练教控系统；所述载人潜水器模拟器用以模拟蛟龙号载人潜水器的真实结构，包括仿真外壳、载人舱及舱内控制系统；所述数据仿真平台用以产生蛟龙号载人潜水器上传感器所获取的传感检测数据，为舱内控制系统提供一个仿真的数字环境；所述视景仿真系统以蛟龙号载人潜水器下潜所拍摄的海底真实影像为基础，通过计算机建模构建海底仿真视景环境，并通过舱内控制系统的运动指令实现海底视景的移动与变换；所述训练教控系统用于设定训练系统的初始状态，并调用数据仿真平台对应数据实现模拟训练任务发布、训练场景设置及训练操作记录；所述训练教控系统包括训练任务管理模块、水面监控模拟模块、水面通信模拟模块、模拟状态演示模块以及训练记录模块；所述训练任务管理模块用以实现训练任务的总体管理，所述水面监控模拟模块用以显示载人潜水器模拟器基本参数；所述水面通信模拟模块用以实现载人舱与外界的信息传输；所述模拟状态演示模块用以演示操纵训练全过程，并对载人潜水器模拟器的运行环境及运行状态进行图形化显示；所述训练记录模块通过VGA信号实时存储并显示载人舱内监控视频，并能实现多路视频切换。...

【技术特征摘要】
1.基于载人潜水器模拟器的潜航员训练系统，其特征在于，包括通过以太网交换机互联的载人潜水器模拟器、视景仿真系统、数据仿真平台和训练教控系统；所述载人潜水器模拟器用以模拟蛟龙号载人潜水器的真实结构，包括仿真外壳、载人舱及舱内控制系统；所述数据仿真平台用以产生蛟龙号载人潜水器上传感器所获取的传感检测数据，为舱内控制系统提供一个仿真的数字环境；所述视景仿真系统以蛟龙号载人潜水器下潜所拍摄的海底真实影像为基础，通过计算机建模构建海底仿真视景环境，并通过舱内控制系统的运动指令实现海底视景的移动与变换；所述训练教控系统用于设定训练系统的初始状态，并调用数据仿真平台对应数据实现模拟训练任务发布、训练场景设置及训练操作记录；所述训练教控系统包括训练任务管理模块、水面监控模拟模块、水面通信模拟模块、模拟状态演示模块以及训练记录模块；所述训练任务管理模块用以实现训练任务的总体管理，所述水面监控模拟模块用以显示载人潜水器模拟器基本参数；所述水面通信模拟模块用以实现载人舱与外界的信息传输；所述模拟状态演示模块用以演示操纵训练全过程，并对载人潜水器模拟器的运行环境及运行状态进行图形化显示；所述训练记录模块通过VGA信号实时存储并显示载人舱内监控视频，并能实现多路视频切换。2.根据权利要求1所述的训练系统，其特征在于：所述训练教控系统还包括潜水器模拟故障触发模块与作业评估模块，所述模拟故障触发模块用以触发数据仿真平台中的模拟故障数据库，并通过作业评估模块对训练员进行评分。3.根据权利要求2所述的训练系统，其特征在于：所述训练教控系统还包括系统授时模块，系统授时模块保证整个训练系统的时间与训练教控系统保持一致。4.根据权利要求3所述的训练系统，其特征在于：所述水面监控模拟模块用以显示载人潜水器模拟器基本参数，所述基本参数包括载人潜水器姿态、速度、舱内环境参数、相对母船位置关系参数。5.根据权利要求3所述的训练系统，其特征在于：所述水面通信模拟模块用以实现载人舱与外界的信息传输，所述信息包括语音、图像、文字、莫尔斯码、潜水器状态数据。6.根据权利要求3所述的训练系统，其特征在于：所述载人舱前部设置有主观察窗，载人舱内设置有航行操作手柄、舱内控制面板、舱内综合显控计算机及显示器，所述舱内控制系统与训练教控系统实现数据交互。7.根据权利要求3所述的训练系统，其特征在于：所述视景仿真系统包括设置在观察窗前方的环形投影柱幕、高性能计算机工作站及图形加速卡、投影机组以及用以实时显示设定训练区域视景的电子海图模块；所述电子海图模块生成并显示载人潜水器模拟器所在海底区域坐标，高性能计算机工作站调用电子海图模块视景信息，并经过图形加速卡运算后由投影机组投影到环形投影柱幕进行显示。8.基于载人潜水器模拟器训练系统的训练方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、初始准备：（1）通过训练教控系统设置训练海区、风速风向、流速流向、训练科目，所述训练科目包括布放回收全流程演练、海山区作业训练、结核区作业训练、热液区作业训练；（2）通过数据仿真平台输出潜水器在甲板上的传感器模拟数据；（3）潜航员进入载人舱，开启舱内控制系统及设备，视景仿真系统开始播放潜水器甲板准备仿真视景，潜航员开展舱内模拟通电检查训练；（4）通电检查流程训练结束后，由训练教员通过训练教控系统发出布放潜水器指令，视景仿真系统开始播放潜水器...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁忠军，高翔，杨磊，张奕，刘保华，
申请(专利权)人：国家深海基地管理中心，
类型：发明
国别省市：山东,37