[發明專利]典型飛行器視景仿真系統

有效

• 申請號: 201310011344.8
• 申請日: 2013-01-12
• 公開（公告）號: CN103093047A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 宗群;郝秀;李慶鑫;徐銳;曲照偉
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本發明涉及計算機仿真技術領域，特別涉及基于分布式仿真架構的典型飛行器的實時視景仿真。具體講，涉及典型飛行器視景仿真系統。

背景技術

隨著計算機技術的飛速發展，科學家可以得到越來越多、越來越準確的科學實驗數據，但是，這些數據的復雜性、多樣性遠遠超出了人腦分析解釋這些數據的能力。由于缺乏對復雜數據信息分析的有效手段，大量信息被浪費，科學研究的步伐嚴重受到阻礙。

迎接這一挑戰，視景仿真應運而生。視景仿真不僅僅是一門新穎的技術，更重要的是一種高效的思維和研究方式。它是一種計算方法，將符號轉換為幾何，使研究者能觀察它們的模擬與計算；它將不可見轉化為可見，豐富了科學發展的過程，給予人們意想不到的洞察力。視景仿真在很多研究領域中使科學家的研究方式發生了根本變化。”

在航空航天科學研究中，我們同樣面臨因數據復雜導致的信息浪費問題。實際上，對各種飛行器的研究一直是國家的熱點研究方向，飛行器類飛行技術的發展具有科學前瞻性、發展戰略性以及學科帶動性。但是飛行器系統研制過程往往集中在MATLAB仿真層面，無論對建模工程的描述，對控制方法的介紹，還是對仿真結果的分析，研究者面對著大量的數據曲線，很難得到一個整體、直觀、形象的視覺效果。對復雜曲線數據的研究無疑是低效的，與此形成鮮明對比的視景仿真就在此顯得尤為重要。視景仿真技術將需要處理的飛行器六自由度信息通過虛擬建造的飛行器模型展示出來，輔以逼真的飛行場景再現，給予研究者更加直觀的視覺效果。在實際應用中，視景仿真常常和純數字仿真以分布式方式開發，進行純數字仿真的計算機作為上位機將仿真數據通過通信接口傳輸給視景仿真計算機。視景計算機和單個上位機組成的仿真系統成為單機系統，和多個上位機的組成的系統成為多機群控系統。

但是，在航空航天領域的視景仿真應用中，存在大量重復開發問題，不同的視景仿真系統除飛行器模型種類和數量外，其他功能具有很大相似性，如飛行場景建模、數據可視化實現等。所以，需要提出一種適用于各種飛行器進行仿真的，具有通用性的視景仿真實現方法。

發明內容

本發明旨在克服現有技術的不足，本發明旨在設計一個適用于典型飛行器(高超聲速飛行器、無人機、衛星三類飛行器)的視景仿真系統。在此系統下，研究人員對飛行數據的分析不再局限于純數字，而是通過虛擬飛行器的姿態變化將純數字信息轉化為人類更容易理解的三維圖像化信息；在此系統下，無論高超聲速飛行器、無人機、衛星均可以進行視景仿真，達到多個飛行器模型共享同一系統的目標；在此系統下，可以進行單機仿真或多機群控仿真，具體工作方式由上位機數量決定；更進一步而言，本系統需要解決常見的視景系統重復開發問題。為達到上述目的，本發明采取的技術方案是，典型飛行器視景仿真系統，包括：飛行器模型庫模塊、飛行場景庫模塊、網絡通信模塊、視景顯示與驅動模塊、數據庫接口模塊、數據可視化模塊、二維態勢模塊、模型解析模塊、人機交互接口模塊；

飛行器模型庫模塊：該模塊中以3ds文件的形式存儲有各類飛行器模型，包括高超聲速飛行器模型、衛星模型、無人機模型；該模塊屬于可擴展模塊，任何3ds格式的模型均可以人工放置到此模型庫模塊中；

飛行場景庫模塊：該模塊存儲有高超聲速飛行器、無人機和衛星需要的不同飛行場景；各種場景基于OpenGL技術獨立開發，并以子模塊方式存在；模塊中包括比較全面的飛行場景，包括近空間模型、地球模型、海洋模型、山地模型、機場模型、城市建筑模型、天空模型，如果不滿足需求，可以對該模塊進行二次開發，添加不同種類模型；

網絡通信模塊：作為實時仿真，采用UDP通訊，基于套接字編程(Socket)實現局域網環境中和上位機的通訊；同時，基于數據緩沖建立差錯重建功能，防止UDP通信過程中的掉包事故；當飛行回放模式開啟時，該模塊自動關閉；

視景顯示與驅動模塊：基于OpenGL雙緩存技術初始化飛行器模型和場景模型，使兩者擁有合適的空間位置和顯示效果；基于計時重繪技術驅動飛行器模型在飛行場景中飛行；

數據庫接口模塊：為實現回放飛行模式開設的接口，實現視景仿真系統和MySQL數據庫的交互操作；為避免數據庫和系統之間的交互延時，在兩者之間建立緩沖環節，基于集合類對象方式暫存飛行器飛行數據信息；可以分為數據存儲接口和數據讀取接口；數據存儲接口在開啟數據存儲功能時打開，實現暫存飛行數據信息并將其轉存至外部數據庫的功能；數據讀取接口在開啟飛行回放模式時打開，實現暫存讀取的數據庫信息并轉發給飛行器類對象的功能；