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基于 World Wind 的模拟飞行控制视景系统设计
时间:2022-10-04    评论:0
    来源:第三维度
    作者:王晓洁、孟健
    单位:民航大连空管站
        中电科柯林斯航空电子有限公司

    【揖摘】论文基于三维地理信息系统 WorldWind,开发出了一套模拟飞行视景系统。系统采用开源平台和应用程序接口开发,根据数字高程数据和航行资料汇编数据进行构建视景,包括全球导航数据库、三维地形数据库、模拟飞行三维可视化及虚拟飞行仪表仿真,具有成本低,可靠性和逼真度较高的特点。

    1 引言

    根据项目目的,视景仿真采用计算机图形图像技术,建构仿真对象三维模型或再现环境,仿真效果逼真[1]。视景仿真是虚拟现实技术的表现形式,为用户提供交互仿真环境,双方可身临其境的进行自然交互。计算机技术的发展,促使仿真技术广泛应用于民用航空领域[2],简洁、高效、低成本的仿真过程,为飞行程序验证、模拟机飞行、航迹规划等工作提供客观、实时的再现参考。

    2 系统总体结构

    陆基导航仿真平台主要基于美国 NASA 开发的一款开源的地理信息系统 World Wind 平台进行二次开发,通过陆基导航设备信号、飞行管理计算机的分析,在三维环境下进行可视化仿真。飞行器控制以及视景系统可以显示导航数据、机场数据、飞行姿态等,可以直观地看到飞行器的状态参数。

    视景系统是飞行全任务模拟器和飞行程序虚拟校验系统中的关键部分,在模拟飞行过程中图形解算目标和视景,训练时,为飞行员提供模拟座舱外景象。针对 PBN 飞行程序的虚拟验证系统,飞行模拟视景系统较传统模拟机飞行视景系统有所不同,虚拟验证飞行程序需要分析导航设备信号覆盖范围和机载导航性能,因此需要增加全球导航数据库等模块,系统总体结构见图 1。

    假设在世界坐标中飞机的坐标为 A(xa ,ya ,za ),则初始位置 俯仰后的坐标为:

图 8 陆基导航平台模拟飞行

    7 结语

    在三维地理信息系统 World Wind 基础上,论文研究设计了一套模拟的飞行视景系统。该系统含有全球导航数据库、三维地形数据库、模拟飞行三维可视化及虚拟飞行仪表仿真等部分。视景系统开发的创新之处在于基于三维的 GIS,回避开发三维大规模场景,直接研究飞行仿真的控制模块和仪表模块,可有效压缩开发时间。全系统开发过程还避开使用昂贵的商业软件,利用开源平台和应用程序软件资源进行接口开发,成本小。构建系统视景运用了数字高程数据和航行资料汇编数据,结合实际,可靠逼真,应用性强。本视景系统能为飞行的全任务模拟器提供二次开发程序接口,也可作为虚拟验证平台的子模块对 PBN 飞行程序的实用性与可行性进行应用验证。

    参考文献:

    [1]王行仁.飞行实时仿真系统及技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1998.

    [2]姜国华.虚拟现实技术及在航空航天中的应用[M].北京:国防工业出版社,2007.

    [3]张明廉.飞行控制系统[M].北京:航空工业出版社,1993.[4]Hensley S, Rosen P, Gurrola E.The SRTM topographic mapping processor [C]. In:Geosciences and Remote Sensing Symposium.USA:IEEE Press, 2000(3):1168-1170.

    [5]Sierra Flight Systems. EFIS22000 pilot’s operating guide and reference [Z]. Washington, Sierra Flight Systems, 2000.

    [6]苏彬,陈红英.基于 PID 控制器的鲁棒自动飞行控制系统设计[J].航天控制,2006,24(6):46-50.
    
    [7]Su Bin, Chen Hongying. Design of Robust Flight Control System Based on PID Contro ller[J]. Aerospace Control, 2006,24(6):46-50.

标签:地理WorldWind飞行视景
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