飞行仿真导航系统的研究与实现

发布时间：2017-04-27 20:07

  本文关键词：飞行仿真导航系统的研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着计算机技术的飞速发展，计算机的运算能力快速增强，已经可以解决很多大型的虚拟模型的计算问题。而且随着3D技术的发展，使得现实场景的模拟真实度越来越高。像OPENAL,OPENGL等声音，图像框架的提出，，也给开发仿真系统的声音以及图形显示系统提供了很好的工具支持。计算机仿真技术，是通过计算机模型或者运算模型也就是运行在一个或者多个计算机上的程序来实现对特别系统的模拟仿真。计算机模拟仿真技术在现代的数学，物理，医疗以及天文化学和生物领域有了广泛的应用。它能快速的评估和预测出当前方案是否可行，从而为决策的做出提供有力的数据支持。计算机仿真技术有的只需要在计算机上运行数分钟即可知道答案，有的需要在一个局域网内的所有的计算机运行数天才能知道结果。根据不同的规模有所不同。但是计算机仿真技术的效率能远远超出以前用传统的纸和笔计算效率，大多数情况下他们做出的运算甚至是传统的方法没法实现的。现在的仿真技术通常是通过抓取现实的系统行为然后将其模型化得出的。 该系统是对复杂的飞机数据进行分析的有效工具，它不仅可以直观的显示各种飞行参数，而且可以用于数据的分析，研究各种数据的内在联系和变化规律。该系统可以用于飞行训练，飞行安全分析，以及对于非技术人员进行展示，从而应用于飞行管理。也可以对飞行方案进行验证，测试等。 该系统主要以网络上成熟的飞行模拟框架flightgear为基础开发，flightgear是由美国的数位大学博士生联手开发的一套开源的模拟飞行框架。经过多年的发展与演变，已经成为一个比较成熟，稳定的开源系统。在此系统上进行二次开发，可以有效的缩短开发周期，减小研发成本。 本飞行模拟仿真系统大致流程如下，飞行员选择模拟硬件，可以是键盘鼠标，也可以是手柄，手摇杆。用户选择好硬件操作设备以后，配置模拟飞行环境，包括天气，地景，屏幕分屏，通信协议，分辨率，机场，起飞时间，飞机类型，云层，飞行模型等。 飞行员设定飞行航路，设定飞机的油量，起始速度，挂载等相关数据。当所有准备工作做好以后，启动飞机。飞机开始飞行，飞行员主要通过HUD部分了解飞机当前的数据和工作情况。同时运行在其他电脑上的程序获取飞机当前状态各种数据并且予以显示。包括飞机水平状态，飞机飞行方向，仪表盘显示飞机当前的油量，速度，高度等。在飞机飞行过程中飞行员按照HUD指示进行飞行，当飞行出现偏差的时候，系统提示飞行员，飞行员要根据提示做出适当的调整，直到飞机飞到正确的航路上来。飞行结束后，飞行员会填写一个表格与实际飞行过程做比对，获取他的实际飞行状态测试数据。 整个飞行过程用C/S结构来实现，因为飞行解算方程要求客户端具有强大的自我计算能力。而B/S结构客户端也就是浏览器，功能太过于单一，不能满足本系统的开发需求。 本系统开发过程中使用的主要是MVC结构：视图层主要功能完成对客户画面的呈现，控制层负责对数据的逻辑运算和相关功能的处理。数据层完成对需要数据的存储以及转发等功能。通过C/S结构可以很好的在局域网内完成系统的部署。解算主体模块负责计算，显示，以及数据的传输。数据以UDP报文的形式传播，广播出去。各个分模块的计算接收到数据以后，各自完成自己那部分数据的分析，并分别以仪表盘，数据表，数据图的形式完成对各种数据的呈现。通过这些图表以及各种数据的呈现完成对飞机飞行的导航。 本论文的第四章主要对整个系统的各个算法进行阐述，包括地理坐标系到平面坐标系的转换算法，以及飞机路径导航算法。其中路径导航算法在国内是率先提出的，它主要工作就是负责对飞机的飞行进行导航，并根据飞机当前的位置计算飞机与各个航路点的距离，方位并给出正确的提示、引导，使飞机在正确的航路上飞行。一旦飞机偏离航向，它能提示飞行员并引导飞机飞回到正确的航道上来。
【关键词】：飞行模拟 仿真系统 导航算法 HUD flightgear
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V249;TP391.9
【目录】：

• 序4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 引言13-17
• 1.1 研究背景13-15
• 1.2 课题研究内容15
• 1.3 作者在项目中的主要任务15
• 1.4 论文结构15-17
• 第2章 关键技术介绍17-23
• 2.1 FLIGHTGEAR 介绍17-19
• 2.1.1 Flightgear 概述17
• 2.1.2 飞行动态模型(FDM)17
• 2.1.3 FlightGear 的相关库17-18
• 2.1.4 飞机18
• 2.1.5 飞行场景18-19
• 2.1.6 网络以及多屏显示19
• 2.2 HUD 介绍及其功能需求19-23
• 2.2.1 可视化系统19
• 2.2.2 HUD 介绍19-21
• 2.2.3 HUD 的设计以及功能需求21-23
• 第3章 飞行仿真导航系统的功能和实现23-52
• 3.1 飞行仿真导航系统的功能需求23-28
• 3.1.1 飞行仿真导航系统主要功能23
• 3.1.2 飞行仿真导航系统硬件结构以及软件结构23-24
• 3.1.3 飞行仿真导航系统功能模块24-28
• 3.2 飞行仿真导航系统软件界面的分配28-29
• 3.3 启动面板29-31
• 3.4 HUD 模块界面设计原理31-39
• 3.4.1 副翼的实现以及设计31
• 3.4.2 空速的设计以及实现31-32
• 3.4.3 高度的设计和实现32-33
• 3.4.4 仰角33
• 3.4.5 升降速33
• 3.4.6 前方导航33-34
• 3.4.7 位置34
• 3.4.8 舵34-35
• 3.4.9 显示飞机推力35
• 3.4.10 显示偏航角35-36
• 3.4.11 应飞航向36
• 3.4.12 航炮十字线36-37
• 3.4.13 飞机应飞航向37-38
• 3.4.14 飞机机身显示38
• 3.4.15 飞机水平显示38-39
• 3.4.16 显示飞机离下一个航路点的距离39
• 3.5 分屏设计39-40
• 3.6 平显格式设置40-41
• 3.7 飞行数据监控台显示41
• 3.8 多功能显示板41-49
• 3.8.1 路径导航显示板41-47
• 3.8.2 飞机挂载情况显示47-48
• 3.8.3 飞机水平情况显示48-49
• 3.9 数据通信模块设计与处理49-52
• 3.9.1 数据通信模块数据类的封装49-50
• 3.9.2 数据通信模块设计原理50-52
• 第4章 算法部分52-62
• 4.1 地球坐标与地理坐标52-56
• 4.1.1 理论知识和背景介绍52-53
• 4.1.2 直角平面坐标系53
• 4.1.3 地理信息系统53-54
• 4.1.4 坐标转换的基本思想54-55
• 4.1.5 地理坐标与经纬度坐标以及屏幕坐标之间的转换55-56
• 4.2 航路点的切换和选择算法56-62
• 4.2.1 两个点的地球距离计算56-57
• 4.2.2 角度计算方法57
• 4.2.3 角度转换函数57-58
• 4.2.4 航路点选择算法58-62
• 第5章 总结与展望62-64
• 5.1 总结62-63
• 5.2 展望63-64
• 参考文献64-66
• 致谢66

【参考文献】

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  本文关键词：飞行仿真导航系统的研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：331324