基于空间位置的菲涅尔透镜光学助降系统可视化仿真方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于空间位置的菲涅尔透镜光学助降系统可视化仿真方法，步骤如下：获取菲涅尔透镜光学助降系统坐标、下滑道入口坐标、下滑道入口处光束的层高h、下滑道入口处最低层光束下表面距离航母甲板平面的高度h0；获取飞机的实时坐标；判断飞机是否进入下滑道入口来判断是否需要开启光学助降系统；根据飞机坐标、航母坐标和菲涅尔透镜光学助降系统坐标实时计算，判断此时飞机的飞行高度情况；根据飞机所处的不同飞行高度情况，输出灯光代号；根据输出代号，在飞行员视角进行灯光显示。该方法依据航母及其助降设备的基本参数，通过舰载机及菲涅尔透镜光学助降系统的空间位置演算，实现了菲涅尔透镜光学助降系统的快速可视化仿真。

Visual simulation method of Fresnel lens optical landing aid system based on spatial position

【技术实现步骤摘要】
基于空间位置的菲涅尔透镜光学助降系统可视化仿真方法
本申请涉及计算机仿真领域，具体涉及一种基于空间位置演算的菲涅尔透镜光学助降系统可视化仿真方法。
技术介绍
虚拟现实技术近年来突飞猛进的发展，使得它在生活实际应用领域逐步取得突出成就。在一些危险或难以复现的飞行任务的训练中，国内外常通过虚拟现实仿真技术对受训人员进行模拟训练。使用仿真技术对飞行员进行训练具有成本低、可重复、空间要求低、危险小、能耗低等特点，使受训人员从视觉、听觉、操作与配合等多方面熟悉任务环境，掌握基本流程和一些紧急情况的处理。通过与设备、虚拟对象的交流，在短期训练中高效达到要求。舰载机着舰的方式和过程十分复杂，涉及到多种引导装置和人员的相互配合，一方面飞行员训练的危险系数高，另一方面也为其系统、流程研究造成了相当多的困难。采用虚拟现实技术对舰载机着舰进行可视化仿真，可以直观体现出着舰的过程，可应用于飞行员的着舰训练、引导装置的使用及与指挥人员的配合。而在这一过程中，菲涅尔透镜光学助降系统是引导方式中必不可少的一部分。因此对于菲涅尔透镜光学助降系统的可视化仿真研究也是必不可少的。现有的舰载机着舰可视化仿真的相关研究中，主要倾向于对舰载机着舰时的雷达指挥系统及飞行动力学、飞行控制系统等方面的数学物理建模及仿真实现；此外，在飞行员进行虚拟训练时，其获得的引导信息主要通过控制面板进行显示，缺少菲涅尔透镜光学助降系统着舰引导的快速仿真。综上分析，对于舰载机着舰的可视化仿真，现有技术中倾向于对飞机及多种引导系统的数理建模，飞行员进行虚拟训练时所获得的信息主要通过控制面板进行显示，而缺少菲涅尔透镜光学助降系统着舰引导的快速仿真方法。
技术实现思路
要解决的技术问题：本专利技术的目的在于提供一种基于空间位置演算的菲涅尔透镜光学助降系统可视化仿真方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。为解决技术问题而采用的技术方案：一种基于空间位置演算的菲涅尔透镜光学助降系统可视化仿真方法，包括如下步骤：S1，获取仿真环境中初始坐标参数，包括：菲涅尔透镜光学助降系统坐标(X0,Y0,Z0)、下滑道入口坐标(x0,y0,z0)、下滑道入口处光束的层高h、下滑道入口处最低层光束下表面距离航母甲板平面的高度h0；S2，获取仿真环境中飞机的实时坐标(x,y,z)；S3，通过判断飞机是否进入下滑道入口来判断是否需要开启光学助降系统，若不需要，则返回S2；若需要，则进入S4；S4，若飞机进入下滑道入口，根据飞机坐标、航母坐标和菲涅尔透镜光学助降系统坐标实时计算，由于下滑道入口距离菲涅尔透镜的距离很远，忽略透镜自身高度的影响；根据下滑道入口处光束的层高h，计算不同高度情况对应的飞机与透镜的斜率范围k0,k1,k2,k3,k4,k5，计算飞机坐标(x,y,z)与菲涅尔透镜光学助降系统坐标(X0,Y0,Z0)的相对斜率k，将k分别与k0，k1，k2，k3，k4，k5进行比较，从而对飞机所处的飞行高度情况进行判断；若k>k0，则飞机飞行过高，应复飞；若k0>k>k1，则飞机飞行偏高，应降低高度；若k1>k>k2，则飞机飞行正常，应保持高度；若k2>k>k3，则飞机飞行正常，应保持高度；若k3>k>k4，则飞机飞行正常，应保持高度；若k4>k>k5，则飞机飞行偏低，应升高高度；若k5>k，则飞机飞行过低，则应复飞；S5，根据飞机所处的不同飞行高度情况，输出灯光代号；S6，进行菲涅尔透镜光学助降系统着舰引导的环境光效仿真，根据输出灯光代号，在虚拟环境中进行灯光显示。进一步的，S5中灯光代号包括：0、1、2、3、4，每个代号代表一种灯光，其中代号0对应常亮的绿色基准灯；代号1对应黄色灯，表示飞行偏高；代号2对应橙色灯，表示飞行高度合适；代号3对应红色灯，表示飞行偏低；代号4对应红色闪光灯，表示复飞。进一步的，S5中若飞行偏高，应降低高度，则输出代号0和1，亮绿色灯和黄色灯；若飞行高度正常，保持高度，则输出代号0和3，亮绿色灯和橙色灯；若飞行偏低，应升高高度，则输出代号0和3，亮绿色灯和红色灯；若应复飞，则输出代号4，关闭绿色灯，并亮红色闪光灯。本专利技术与现有技术相比所具有的有益效果：本专利技术提供了一种基于空间位置演算的菲涅尔透镜光学助降系统可视化仿真方法。该方法依据航母及其助降设备的基本参数，通过舰载机及菲涅尔透镜光学助降系统的空间位置演算，实现了菲涅尔透镜光学助降系统的快速可视化仿真。附图说明附图1是本专利技术可视化仿真方法的逻辑流程图。附图2是本专利技术不同高度对应的飞机与透镜的斜率范围的计算方法示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术为一种基于空间位置演算的菲涅尔透镜光学助降系统可视化仿真方法，相比于现在应用于舰载机着舰的可视化仿真方法而言，该方法很好的弥补了菲涅尔透镜光学助降系统引导着舰的仿真方面的缺失。本专利技术实例提供了基于空间位置演算的菲涅尔透镜光学助降系统可视化仿真方法，具体步骤如下：S1，获取仿真环境中初始坐标参数，包括：菲涅尔透镜光学助降系统坐标(X0,Y0,Z0)、下滑道入口坐标(x0,y0,z0)、下滑道入口处光束的层高h、下滑道入口处最低层光束下表面距离航母甲板平面的高度h0；S2，获取仿真环境中飞机的实时坐标(x,y,z)；S3，通过判断飞机是否进入下滑道入口来判断是否需要开启光学助降系统。若不需要，则返回S2；若需要，则进入S4；S4，若飞机进入下滑道入口，根据飞机坐标、航母坐标和菲涅尔透镜光学助降系统坐标实时计算，判断此时飞机处于何种飞行高度情况；S5，根据飞机所处的不同飞行高度情况，输出灯光代号；S6，控制飞行员视角灯光。根据输出代号，在飞行员视角进行灯光显示。在上述实际使用过程中，需要对一些使用进行逻辑说明，下面结合附图对其中一些步骤进行详细的逻辑说明。附图1解释了该基于空间位置演算的菲涅尔透镜光学助降系统可视化仿真方法的逻辑流程。附图2解释了不同高度情况对应的飞机与透镜的斜率范围的计算方法。下面，针对上述方法，给出一个具体实施的案例，通过案例解释具体的操作方法。本实例所使用的物理引擎为UNITY3D，编译环境为VisualStudio2017，是基于三维仿真建模引擎UNITY3D的一个菲涅尔透镜光学助降系统可视化仿真的实例。步骤一：获取仿真环境中初始坐标参数，包括：菲涅尔透镜光学助降系统坐标(X0,Y0,Z0)、下滑道入口坐标(x0,y0,z0)、下滑道入口处光束的层高h、下滑道入口处最低层光束下表面距离航母甲板平面的高度h0。在本实例中，取下滑道入口距舰载机距离为0.75海里，即1389米。步骤二：获取仿真环境中飞机的实时坐标。在本实例中，取飞机此时实时坐标为(x,y,z)；步骤三：通过判断飞机是否进入下滑道入口来判断是否需要开启光学助降系统。在此通过飞机与下滑道入口的x轴坐标来判断飞机是否即将进入下滑道入口，若x≤x0,则飞机还没有进入下滑道入口，不需要开启光学助降系统，返回步骤二；若x≥x0,则飞机进入下滑道入口，需要开启光学助降系统,进入步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于空间位置的菲涅尔透镜光学助降系统可视化仿真方法，包括以下步骤：S1，获取仿真环境中初始坐标参数，包括：菲涅尔透镜光学助降系统坐标(X0，Y0，Z0)、下滑道入口坐标(x0，y0，z0)、下滑道入口处光束的层高h、下滑道入口处最低层光束下表面距离航母甲板平面的高度h0；S2，获取仿真环境中飞机的实时坐标(x，y，z)；S3，通过判断飞机是否进入下滑道入口来判断是否需要开启光学助降系统，若不需要，则返回S2；若需要，则进入S4；S4，若飞机进入下滑道入口，根据飞机的实时坐标、航母坐标和菲涅尔透镜光学助降系统坐标实时计算，由于下滑道入口距离菲涅尔透镜的距离很远，忽略透镜自身高度的影响；根据下滑道入口处光束的层高h，计算不同高度情况对应的飞机与透镜的斜率范围k0，k1，k2，k3，k4，k5，

【技术特征摘要】
1.一种基于空间位置的菲涅尔透镜光学助降系统可视化仿真方法，包括以下步骤：S1，获取仿真环境中初始坐标参数，包括：菲涅尔透镜光学助降系统坐标(X0，Y0，Z0)、下滑道入口坐标(x0，y0，z0)、下滑道入口处光束的层高h、下滑道入口处最低层光束下表面距离航母甲板平面的高度h0；S2，获取仿真环境中飞机的实时坐标(x，y，z)；S3，通过判断飞机是否进入下滑道入口来判断是否需要开启光学助降系统，若不需要，则返回S2；若需要，则进入S4；S4，若飞机进入下滑道入口，根据飞机的实时坐标、航母坐标和菲涅尔透镜光学助降系统坐标实时计算，由于下滑道入口距离菲涅尔透镜的距离很远，忽略透镜自身高度的影响；根据下滑道入口处光束的层高h，计算不同高度情况对应的飞机与透镜的斜率范围k0，k1，k2，k3，k4，k5，计算飞机实时坐标(x，y，z)与菲涅尔透镜光学助降系统坐标(X0，Y0，Z0)的相对斜率k，将k分别与k0，k1，k2，k3，k4，k5进行比较，从而对飞机所处的飞行高度情况进行判断；若k＞k0，则飞机飞行过高，应复飞；若k0＞k＞k1，则飞机飞行偏高，应降...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘虎，韩杨楠冰，高菲，陈子坤，田永亮，陈正源，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11