[發明專利]一種同步控制多架飛機的仿真方法

無效

• 申請號: 201010605586.6
• 申請日: 2010-12-23
• 公開（公告）號: CN102122136A
• 公開（公告）日: 2011-07-13
• 發明（設計）人: 尹云飛
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于軍用仿真技術領域，來源于“計算機生成兵力”的工程實踐。

背景技術

本發明可以實現多個飛機模型在計算機中進行“同步”解算和仿真，其技術既可以應用于軍用仿真領域，也可應用于民用仿真領域。

傳統的飛機同步控制方法只是讓多個飛機模型在計算機中和用戶程序“依次”進行交互，然而，在飛機模型的每個解算周期內并不能保證這種“依次性”。

因為每個飛機模型在計算機中以“進程”的形式出現，進程的執行要被操作系統多次調用、多次分配“時間片”，尤其是基于飛機模型的這種復雜的操作系統進程。我們把飛機模型被操作系統多次調用、多次分配“時間片”的特性稱為“飛機模型的逐步迭代解算”。飛機模型被操作系統調度后，都要進行一次迭代解算，并且飛機模型每一次迭代解算的結果都要和用戶程序進行交互。然而，多個“飛機模型進程”在計算機中被操作系統調度的時機并不是確定的，它們的調度要根據系統資源的使用情況由操作系統“臨時決定”。這樣，多個“飛機模型進程”被操作系統調度的這種特性就不能保證飛機模型執行的“依次性”。

因此，傳統的飛機同步控制方法就存在飛機運動軌跡的來回顛簸、仿真顯示系統的反復“抖動”，進而出現違反常理的飛行行為表現等。

本發明來源于計算機生成兵力的工程實踐，涉及到飛機的“編隊飛行”仿真。提出了一種同步控制多架飛機的仿真方法，有效地解決了飛機模型在計算機中執行的顛簸問題和違反常理的飛行行為表現問題。

“編隊飛行”仿真，例如雙機“編隊飛行”仿真，是指用計算機模擬兩架或兩架以上的飛機組成一定的隊形進行飛行。每一架飛機用一個動力學方程來表示，稱為飛機模型。飛機模型在計算機中以進程的形式存在，因此，多架飛機的“編隊飛行”就是一個“多進程同步運行并相互通信”的問題。

編隊飛行的隊形包括楔形隊形、梯形隊形、縱隊、橫隊、箭形隊形、蛇形隊形等。另外，根據各機之間間隔和距離的大小，這些隊形還可以分為疏開隊形和密集隊形。

在編隊飛行中，各架飛機之間必須保持規定的距離、間隔和高度差，并且每個編隊必須指定編隊長機和僚機。長機是編隊飛行中擔當率領和指揮機群任務的飛機，也叫主機。僚機是編隊飛行中跟隨長機、接受和執行長機指令的飛機。長機一般由有經驗的飛行員擔當，僚機通常由普通的飛行員駕駛。長機主動發起攻擊，僚機負責掩護長機并進行側攻。

編隊飛行仿真的基本問題是如何保持規定的隊形并充分發揮飛機的整體性能。在編隊飛行仿真中，每架飛機用一個動力學方程來表示。這是因為，飛機是一個復雜系統，該系統的各個輸入、輸出變量之間緊密地偶合在一起，所以，為了處理的方便就用一個動力學系統來表示。多架飛機的編隊飛行仿真是一個在計算機中解算多個動力學方程的過程。為了便于處理，把每個飛機代表的動力學系統看成一個飛機模型，并使飛機模型在計算機中以操作系統進程的形式運行。這樣一來，編隊飛行仿真就變成了一個執行多個操作系統進程并使之同步和協調的問題。

需要注意的是，這種飛機模型進程不同于一般意義上的操作系統進程：(1)每一個飛機模型進程都很復雜，而一般的操作系統進程既可以很簡單也可以很復雜；(2)飛機模型進程的執行時間都較長，它們一般不會在一個或幾個時間片內執行完；(3)飛機模型進程具有明顯的物理意義，代表著一個飛機；(4)飛機模型進程的輸入和輸出變量往往緊密耦合在一起，使得它們的解算是一個相當復雜的過程。

飛機模型進程的這種特殊性使得我們不能完全照搬操作系統進程的處理方法來控制它們。

舉例說明，現有A、B兩個飛機模型進程。A、B兩個進程在計算機中的執行過程是：(1)首先，觸發A、B進程運行；(2)然后，操作系統根據系統資源的使用情況，可以“掛起”或“中斷”A、B進程的運行；(3)在系統資源充分的情況下，操作系統可以重新“喚醒”或“激活”A、B進程的運行；(4)A、B進程執行完畢，操作系統收回所有分配給A、B進程的資源。因此，只要進程沒有執行完就無法準確知道它被調度的時機。這樣就無法保證多個飛機模型執行的“同步性”。也就是說，我們不能完全照搬操作系統進程的處理方法來控制飛機進程使它們同步。

進而，在雙機編隊飛行仿真中，當我們要控制兩架飛機模型進行編隊仿真時，如果飛機模型進程的解算結果不同步就會給我們的反饋控制系統帶來極大的“干擾”，會造成受控對象輸出的不穩定、受控對象運行軌跡的顛簸，并造成仿真顯示系統產生“抖動”和違反常理的行為表現。