無人機(jī)三維立體顯控綜合訓(xùn)練系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種用于飛行操控人員的飛行訓(xùn)練和地面維修人員的無人機(jī)三維立 體顯控綜合訓(xùn)練系統(tǒng)，涉及模擬訓(xùn)練技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 有人機(jī)飛行人員的培養(yǎng)主要依賴于實(shí)裝飛行訓(xùn)練，模擬飛行時(shí)間僅占總培訓(xùn)時(shí)間 的30%。而無人機(jī)操控人員的培訓(xùn)與之存在本質(zhì)差別，大量的培訓(xùn)工作都由地面模擬訓(xùn)練 完成。因此，需要地面模擬訓(xùn)練系統(tǒng)滿足對無人機(jī)操控人員培養(yǎng)的需要。由于無人機(jī)操控 人員大都沒有實(shí)際空中飛行經(jīng)驗(yàn)，需要借助三維立體顯示系統(tǒng)訓(xùn)練其空中態(tài)勢感知能力， 準(zhǔn)確掌握無人機(jī)在三維立體空間的位置和周邊狀態(tài)，以應(yīng)對空中突發(fā)情況，而傳統(tǒng)的三維 立體顯示系統(tǒng)價(jià)格昂貴，使用壽命有限，難以滿足訓(xùn)練需求。由于實(shí)裝數(shù)量有限、價(jià)格昂貴， 地面維修人員維修操作訓(xùn)練只能由教員通過圖片講解各類機(jī)件、設(shè)備的原理構(gòu)造和檢查流 程，或是在實(shí)裝上簡單的實(shí)際操作演示，學(xué)員能夠?qū)嶋H操作的機(jī)會很少，這就造成了維修人 員的培養(yǎng)周期較長，實(shí)際操作能力偏弱，如果能夠把虛擬維修和三維交互技術(shù)運(yùn)用到維修 人員的培訓(xùn)中將直觀的展現(xiàn)各類機(jī)件設(shè)備的拆裝方法、檢查流程和工作原理，將大大縮短 培養(yǎng)周期，提高維修人員維修操作能力。此外，無人機(jī)同傳統(tǒng)的有人駕駛飛機(jī)相比，在維護(hù) 方法上存在很大的差別，其特殊性決定了采用傳統(tǒng)的模擬器技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)系統(tǒng)的高 度仿真，無法滿足訓(xùn)練使用需求。因此，需要一種既價(jià)格低廉又能夠?yàn)轱w行控制與維修保障 人員提供三維立體環(huán)境的模擬訓(xùn)練技術(shù)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種沉浸感好、交互性強(qiáng)、集成度高、功能豐富、易于擴(kuò)展、成 本低的無人機(jī)三維立體顯控綜合訓(xùn)練系統(tǒng)。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種無人機(jī)三維立體顯控綜合訓(xùn)練系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)、顯 示系統(tǒng)和服務(wù)器組成。其特征在于：控制系統(tǒng)包括觸控平面顯示器（2)、觸控平面顯示器 (3)、油門（4)、駕駛桿（5)、三維鼠標(biāo)（6)、鍵盤（7)，是該系統(tǒng)的交互平臺，接收操控人員的 控制指令，傳動給解算計(jì)算機(jī)（9)，通過顯示系統(tǒng)顯示相應(yīng)的動作和參數(shù)。顯示系統(tǒng)由三 維立體曲面顯示器（1)、觸控平面顯示器（2)和觸控平面顯示器（3)組成，是該系統(tǒng)的仿真 核心，三維曲面立體顯示器（1)主要顯示疊加平顯的三維視景畫面、維修操作畫面、設(shè)備維 護(hù)艙、飛機(jī)、關(guān)鍵機(jī)件三維模型和載荷裝掛場景，觸控平面顯示器（2)主要顯示飛機(jī)綜合信 息、任務(wù)規(guī)劃軟件、虛擬維修檢測界面，觸控平面顯示器（3)主要顯示鏈路監(jiān)控軟件、載荷 控制軟件和PM控制界面。服務(wù)器由數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)（8)、解算計(jì)算機(jī)（9)和圖形工作站（10) 組成，是數(shù)據(jù)的解算和存儲中心，用來存儲虛擬飛行環(huán)境數(shù)據(jù)、裝備三維模型數(shù)據(jù)、維修保 障資源數(shù)據(jù)，完成飛行數(shù)據(jù)解算和解析控制信息。系統(tǒng)具有操控訓(xùn)練、維修操作訓(xùn)練、自主 學(xué)習(xí)考核三種工作模式，可用于飛行操控人員的飛行訓(xùn)練和地面維修人員的虛擬維修訓(xùn) 練。
[0005] 本發(fā)明的效果是：本發(fā)明可用于中小型無人機(jī)的飛控與維修人員模擬訓(xùn)練，能夠 使無人機(jī)操控人員掌握無人機(jī)控制方法、操作流程和特情處置方法，準(zhǔn)確感知飛機(jī)三維立 體空間的位置及環(huán)境態(tài)勢，維修人員快速熟悉無人機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)和功能，掌握保障流程和 維修方法，降低培訓(xùn)成本，緩解實(shí)裝數(shù)量少、使用壽命有限、承訓(xùn)人數(shù)受限等訓(xùn)練難題。本發(fā) 明將3D互動技術(shù)和立體驅(qū)動技術(shù)運(yùn)用到無人機(jī)模擬訓(xùn)練中，利用虛擬環(huán)境代替實(shí)物裝備， 在外形和操作使用上與實(shí)裝保持一致，三維圖像效果逼真、具有身臨其境之感，符合直觀思 維模式，人機(jī)交互性強(qiáng)。本發(fā)明的一個(gè)突出特點(diǎn)是在不改變系統(tǒng)主要硬件組成的情況下， 僅需換裝不同機(jī)型的訓(xùn)練軟件，無需硬件改動，即可方便地將系統(tǒng)擴(kuò)展為其它機(jī)型，通用性 強(qiáng)。
【附圖說明】
[0006] 圖1是無人機(jī)三維顯控綜合訓(xùn)練系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局；
[0007] 圖2是無人機(jī)三維顯控綜合訓(xùn)練系統(tǒng)組成框圖；
[0008] 圖3是基于矢量地圖的三維視景生成流程圖；
[0009] 圖4是匯聚式雙中心成像模型；
[0010] 圖5是監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)流程圖。
[0011] 圖中：1.三維立體曲面顯示器；2.觸控平面顯示器；3.觸控平面顯示器；4.油門； 5.駕駛桿；6.三維鼠標(biāo)；7.鍵盤；8.數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)；9.解算計(jì)算機(jī)；10.圖形工作站。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 一種無人機(jī)三維立體顯控綜合訓(xùn)練系統(tǒng)，采用與通用地面站結(jié)構(gòu)一致的操控平 臺，提高模擬訓(xùn)練的逼真度和訓(xùn)練效果，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局如圖1所示。系統(tǒng)硬件主要由控制 系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)和服務(wù)器組成?？刂葡到y(tǒng)包括觸控平面顯示器（2)、觸控平面顯示器（3)、油 門（4)、駕駛桿（5)、三維鼠標(biāo)（6)、鍵盤（7)，是該系統(tǒng)的交互平臺，接收操控人員的控制指 令，傳動給解算計(jì)算機(jī)（9)，通過顯示系統(tǒng)顯示相應(yīng)的動作和參數(shù)。顯示系統(tǒng)由三維立體曲 面顯示器（1)、觸控平面顯示器（2)和觸控平面顯示器（3)組成，是該系統(tǒng)的仿真核心，三 維曲面立體顯示器（1)主要顯示疊加平顯的三維視景畫面、維修操作畫面、設(shè)備維護(hù)艙、飛 機(jī)、關(guān)鍵機(jī)件三維模型和載荷裝掛場景，觸控平面顯示器（2)主要顯示飛機(jī)綜合信息、任務(wù) 規(guī)劃軟件、虛擬維修檢測界面，觸控平面顯示器（3)主要顯示鏈路監(jiān)控軟件、載荷控制軟件 和PM控制界面。服務(wù)器由數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)（8)、解算計(jì)算機(jī)（9)和圖形工作站（10)組成，是 數(shù)據(jù)的解算和存儲中心，數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)（8)存儲飛行數(shù)據(jù)、維修資源數(shù)據(jù)、多媒體資源、電子 維護(hù)手冊和考核題庫，解算計(jì)算機(jī)（9)完成飛機(jī)運(yùn)動模型解算、解析控制信息和數(shù)據(jù)調(diào)用、 分發(fā)，圖形工作站（10)用來存儲虛擬飛行環(huán)境數(shù)據(jù)、裝備三維模型數(shù)據(jù)，生成三維立體場 景。
[0013] 本發(fā)明集成三種訓(xùn)練模式，即飛行操控訓(xùn)練模式、維修操作訓(xùn)練模式和自主學(xué)習(xí) 考核模式。在飛行操控訓(xùn)練模式下，曲面三維立體顯示器顯示疊加平顯的三維虛擬場景，觸 控平面顯示器（1)顯示飛機(jī)綜合信息和任務(wù)規(guī)劃界面，觸控平面顯示器（2)顯示鏈路監(jiān)控 和載荷控制界面，教員通過任務(wù)規(guī)劃軟件設(shè)定飛行任務(wù)、航路、環(huán)境數(shù)據(jù)和特情，學(xué)員通過 駕駛桿、油門實(shí)現(xiàn)飛機(jī)姿態(tài)控制、發(fā)動機(jī)控制，通過觸控屏實(shí)現(xiàn)鏈路管理、導(dǎo)航控制和載荷 控制，完成任務(wù)準(zhǔn)備、飛行監(jiān)控、人工操控、載荷控制等訓(xùn)練課目。遇到特情時(shí)，做出正確的 處置動作。飛行結(jié)束后，任務(wù)規(guī)劃軟件對本次飛行做