[發(fā)明專利]一種四自由度空間定向障礙模擬器人體運(yùn)動感知控制方法

在審

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• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111857182A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 牛紅攀;黎啟勝;王鵬飛;舒楊;白俊林;宋瓊;李上明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院總體工程研究所
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G09B9/08
• 代理公司: 成都時譽(yù)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51250
• 代理人: 沈成金

本發(fā)明公開了一種四自由度空間定向障礙模擬器人體運(yùn)動感知控制方法，包括以下步驟：步驟一、獲得四自由度空間定向障礙模擬器座艙中飛行操縱系統(tǒng)的操作指令；步驟二、通過飛行仿真，獲取實(shí)際飛行飛機(jī)的6個自由度運(yùn)動參數(shù)，即3個線加速度物理量：G_xa、G_ya、G_za，依次為前后、左右、頭足方向過載；3個角速度物理量：Pa、Qa、Ra，依次為滾轉(zhuǎn)、俯仰、偏航方向角速度。本發(fā)明直接從四自由度空間定向障礙模擬器角運(yùn)動感知和實(shí)際飛行角運(yùn)動感知近似一致出發(fā)，通過近似方法計算得到模擬器的角度補(bǔ)償信號，可以在人體角運(yùn)動感知上實(shí)現(xiàn)較好的控制效果，達(dá)到與實(shí)際飛行近似一致的目標(biāo)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于飛行模擬器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種四自由度空間定向障礙模擬器人體運(yùn)動感知控制方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)性能的提升，許多高難度動作如高攻角大機(jī)動快轉(zhuǎn)動等也越來越多地出現(xiàn)在飛行訓(xùn)練或飛行特技訓(xùn)練中，隨之而來的是越來越多地遇到空間定向障礙問題。空間定向障礙是指飛行員未能正確判斷自身及飛機(jī)在由地面和重力垂直線所確定的固定坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)的位置、運(yùn)動和姿態(tài)。根據(jù)統(tǒng)計，由空間定向障礙引起的A級飛行事故發(fā)生率呈上升趨勢，其致命性高，多發(fā)生于高性能戰(zhàn)斗機(jī)，成為致命性飛行事故的重要原因。空間定向障礙模擬器是訓(xùn)練飛行員定向認(rèn)知能力并且克服定向障礙的重要設(shè)備，基于離心運(yùn)動平臺的模擬器通過轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生持續(xù)的過載，可在地面以較低的代價和更安全的方式對飛行員進(jìn)行訓(xùn)練，提高飛行員在過載環(huán)境下的空間定向障礙防御。具有主軸、偏航、滾轉(zhuǎn)與俯仰四個轉(zhuǎn)動自由度的空間定向障礙模擬器(簡稱模擬器)，通過轉(zhuǎn)臂繞主軸的快速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)持續(xù)性的高G值加速度，通過滾轉(zhuǎn)軸、俯仰軸和偏航軸的協(xié)調(diào)運(yùn)動調(diào)整加速度相對于座艙的方向，實(shí)現(xiàn)模擬器座艙中飛行員持續(xù)性過載的精確模擬。

但是，四自由度空間定向障礙模擬器通常以過載與實(shí)際飛行一致為目標(biāo)，在提供精確的過載模擬的同時，角運(yùn)動與實(shí)際飛行相差較大，即，四自由度空間定向障礙模擬器的主軸需要快速轉(zhuǎn)動以產(chǎn)生高G值加速度，滾轉(zhuǎn)軸、俯仰軸、偏航軸需要快速轉(zhuǎn)動以調(diào)整加速度相對于座艙的方向，即主軸、滾轉(zhuǎn)軸、俯仰軸、偏航軸的快速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生了大量與實(shí)際飛行不相關(guān)的角運(yùn)動，導(dǎo)致模擬器的角運(yùn)動與實(shí)際飛行存在較大的差異，如典型的空間定性障礙飛行動作模擬，線加速度與實(shí)際飛行基本一致，而角速度與實(shí)際飛行相差數(shù)十至上千o/s。導(dǎo)致：a)座艙中的飛行員出現(xiàn)眩暈、頭痛等不適反應(yīng)，嚴(yán)重的甚至需中斷飛行模擬訓(xùn)練；b)角運(yùn)動與實(shí)際飛行的差異，使得空間定向障礙飛行動作模擬的保真度較低；c)角運(yùn)動與實(shí)際飛行不一致，易使飛行員產(chǎn)生錯誤的操作習(xí)慣，影響飛行模擬訓(xùn)練的效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種四自由度空間定向障礙模擬器人體運(yùn)動感知控制方法，用于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，如：現(xiàn)有技術(shù)中，四自由度空間定向障礙模擬器通常以過載與實(shí)際飛行一致為目標(biāo)，在提供精確的過載模擬的同時，角運(yùn)動與實(shí)際飛行相差較大，即，四自由度空間定向障礙模擬器的主軸需要快速轉(zhuǎn)動以產(chǎn)生高G值加速度，滾轉(zhuǎn)軸、俯仰軸、偏航軸需要快速轉(zhuǎn)動以調(diào)整加速度相對于座艙的方向，即主軸、滾轉(zhuǎn)軸、俯仰軸、偏航軸的快速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生了大量與實(shí)際飛行不相關(guān)的角運(yùn)動，導(dǎo)致模擬器的角運(yùn)動與實(shí)際飛行存在較大的差異，如典型的空間定性障礙飛行動作模擬，線加速度與實(shí)際飛行基本一致，而角速度與實(shí)際飛行相差數(shù)十至上千o/s。導(dǎo)致：a)座艙中的飛行員出現(xiàn)眩暈、頭痛等不適反應(yīng)，嚴(yán)重的甚至需中斷飛行模擬訓(xùn)練；b)角運(yùn)動與實(shí)際飛行的差異，使得空間定向障礙飛行動作模擬的保真度較低；c)角運(yùn)動與實(shí)際飛行不一致，易使飛行員產(chǎn)生錯誤的操作習(xí)慣，影響飛行模擬訓(xùn)練的效果。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

1、一種四自由度空間定向障礙模擬器人體運(yùn)動感知控制方法，包括以下步驟：

步驟一、獲得四自由度空間定向障礙模擬器座艙中飛行操縱系統(tǒng)的操作指令；