專利名稱：基于FPGA的FlightGear通用三維視景數(shù)據(jù)顯示方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)顯示方法，尤其涉及一種基于FPGA的FlightGear通用三維視景數(shù)據(jù)顯示方法。
背景技術(shù)：
針對傳統(tǒng)仿真數(shù)據(jù)處理和圖形顯示模塊的功能不足，只能通過文本數(shù)據(jù)或者曲線來反應(yīng)飛行器的飛行狀態(tài)，仿真試驗(yàn)中需要飛控設(shè)計(jì)人員花費(fèi)大量的精力去監(jiān)測飛行數(shù)據(jù)，對于試飛和仿真產(chǎn)生的大量測試數(shù)據(jù)，只能通過文本與曲線相結(jié)合的方式進(jìn)行分析整理，無法直觀的反映無人直升機(jī)的飛行姿態(tài)，飛行狀態(tài)的直觀描述比較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種基于FPGA的FlightGear通用三維視景數(shù)據(jù)顯示方法，可用于飛行器試飛數(shù)據(jù)三維視景仿真。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，其特征方法為:采用FPGA芯片，通過對其進(jìn)行VerilogHDL語言的代碼編寫，自定義數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議1，使其完成接收特定幀格式的115200bps波特率串口數(shù)據(jù)，在FPGA內(nèi)部完成自定義通信協(xié)議I數(shù)據(jù)的解析，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)算法處理的功能；然后再將處理過的數(shù)據(jù)以另一種自定義通信協(xié)議2，以115200bps的波特率發(fā)送給PC機(jī)上運(yùn)行的Simulink軟件；在PC機(jī)上同時(shí)運(yùn)行著Matlab/Simulink軟件和FlightGear軟件(開源軟件)，通過構(gòu)建Simulink工程，在其中使用串口模塊，自定義通信協(xié)議2解析模塊，Μ)Ρ網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊等，完成從電腦串口以115200bps波特率接收FPGA處理過的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)在自定義通信協(xié)議2解 析模塊中完成數(shù)據(jù)的解析和運(yùn)算，最后將相應(yīng)姿態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)由UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊發(fā)送給FlightGear軟件予以3D姿態(tài)實(shí)時(shí)顯示。本發(fā)明的技術(shù)效果是:能夠很好的實(shí)現(xiàn)航空航天器控制器的設(shè)計(jì)與仿真，無人機(jī)控制器的仿真，導(dǎo)彈控制的仿真，車輛船舶控制器的仿真，以及實(shí)際飛行器試飛數(shù)據(jù)的三維可視化再現(xiàn)等，用途廣泛。具體實(shí)施方法
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，方法為:采用FPGA芯片，通過對其進(jìn)行VerilogHDL語言的代碼編寫，自定義數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議1，使其完成接收特定幀格式的115200bps波特率串口數(shù)據(jù)，在FPGA內(nèi)部完成自定義通信協(xié)議I數(shù)據(jù)的解析，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)算法處理的功能；然后再將處理過的數(shù)據(jù)以另一種自定義通信協(xié)議2，以115200bps的波特率發(fā)送給PC機(jī)上運(yùn)行的Simulink軟件；在PC機(jī)上同時(shí)運(yùn)行著Matlab/Simulink軟件和FlightGear軟件(開源軟件)，通過構(gòu)建Simulink工程，在其中使用串口模塊，自定義通信協(xié)議2解析模塊，UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊等，完成從電腦串口以115200bps波特率接收FPGA處理過的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)在自定義通信協(xié)議2解析模塊中完成數(shù)據(jù)的解析和運(yùn)算，最后將相應(yīng)姿態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)由UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊發(fā)送給FlightGear軟件予以3D姿態(tài)實(shí)時(shí)顯示。其中在自定義通信協(xié)議2解析模塊中用到了 S-FunctionBuilder，進(jìn)行了協(xié)議解析和數(shù)據(jù)二次處理代碼的編寫。
通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方法
FPGA中自定義通信協(xié)議I和2的實(shí)現(xiàn)方法:
自定義通信協(xié)議1:
傳輸速率:115200bps
A5|5a|i2|ai|yaw_h |yaw_l |pitch—h |pitch—L |roll_h |roll—l |xx|xx|xx|xx|xx|xx|aa|aa|
自定義通信協(xié)議I針對飛行器仿真三維可視化視景驅(qū)動(dòng)所需變量而設(shè)計(jì)，具有數(shù)據(jù)容量大，傳送信息精度高，傳輸速率快，穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。此通信格式一幀共有18位，數(shù)據(jù)均用十六進(jìn)制表示。其中前四位為幀頭識別碼:A55A為引導(dǎo)碼；12是十六進(jìn)制表示，即十進(jìn)制數(shù)18，代表自定義通信協(xié)議一幀的數(shù)據(jù)位數(shù)為18位；A1用來區(qū)分不同的數(shù)據(jù)幀。接下來是視景驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)部分:YAW_H代表偏航角的高8位，YAff_L代表偏航角低8位；PITCH_H代表俯仰角高8位；PITCH_L代表俯仰角低8位；R0LL_H代表滾轉(zhuǎn)角高8位；R0LL_L代表滾轉(zhuǎn)角低8位；后面的XX用作預(yù)留位，可用作GPS定位信號，溫度，高度，壓強(qiáng)等信息使用。最后為結(jié)束似，兩個(gè)AA AA。`
自定義通信協(xié)議2:
傳輸速率:115200bps
A5|5A|YAw |pitch Iroll |xx|xx|xx|aa~[aa自定義通協(xié)議2為此硬件接口系統(tǒng)內(nèi)部FPGA硬件同Simulink軟件間的通信協(xié)議。由于Simulink軟件自帶串行接口模塊處理能力不足，在數(shù)據(jù)量大的情況下會(huì)造成數(shù)據(jù)阻塞、仿真結(jié)果、三維視景延遲的后果，故根據(jù)本系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)需要，針對Simulink軟件的缺陷，自定義了通信協(xié)議2。此通信協(xié)議更加精簡，并且包含飛行器視景驅(qū)動(dòng)的必要數(shù)據(jù)，經(jīng)試驗(yàn)表明，通信協(xié)議2能夠穩(wěn)定高效的運(yùn)行在115200bps的通信速率下。
其中前兩位A5 5A為幀頭識別引導(dǎo)碼。接下來是實(shí)際驅(qū)動(dòng)飛行器三維視景顯示的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)均由FPGA運(yùn)算處理過得到。YAW代表真實(shí)的偏航角數(shù)據(jù)；PITCH代表真實(shí)的俯仰角數(shù)據(jù)；R0LL代表真實(shí)的滾轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)；后三位XX為預(yù)留位，可用作GPS定位信號，溫度，高度，壓強(qiáng)等信息使用。最后為結(jié)束似，兩個(gè)AA AA。
FPGA內(nèi)部工作:
首先采集外部物理設(shè)備或者仿真產(chǎn)生的以自定義通信協(xié)議I發(fā)送的數(shù)據(jù)，在FPGA內(nèi)部通過VerilogHDL語言編寫硬件代碼對通信協(xié)議I進(jìn)行解析，得到原始姿態(tài)數(shù)據(jù)，接下來借助FPGA強(qiáng)大的運(yùn)算能力，通過算法設(shè)計(jì)，將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)位拼接，算法變換等處理得到真實(shí)的姿態(tài)數(shù)據(jù)；然后依據(jù)自定義通信協(xié)議2對真實(shí)姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼打包發(fā)送給電腦端運(yùn)行的Simulink工程。
Simulink內(nèi)部工作:
建立Simulink工程，通過串行接口依據(jù)自定義通信協(xié)議2接收FPGA發(fā)送的數(shù)據(jù)，在Simulink工程內(nèi)使用S-Function模塊，通過C語言編程，完成對自定義通信協(xié)議2的解析，得到真實(shí)的飛行器姿態(tài)數(shù)據(jù)。接下來再通過濾波除噪，比例轉(zhuǎn)換等模塊處理，將真實(shí)姿態(tài)數(shù)據(jù)映射到對應(yīng)驅(qū)動(dòng)FlightGear軟件需要的幅值范圍中，最終通過Simulink同F(xiàn)lightGear軟件的UDP網(wǎng)絡(luò)接口模塊實(shí)現(xiàn)對于飛行器姿態(tài)數(shù)據(jù)的三維視景驅(qū)動(dòng)。形象的說就是通過軟硬件編程，創(chuàng)造了一個(gè)數(shù)據(jù)處理的“盒子”(FPGA實(shí)現(xiàn))，同過配合Simulink工程， 達(dá)到將飛行器試飛或仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行3D可視化實(shí)時(shí)顯示的效果。
權(quán)利要求
1.一種基于FPGA的FlightGear通用三維視景數(shù)據(jù)顯示方法，其特征方法為:采用FPGA芯片，通過對其進(jìn)行VerilogHDL語言的代碼編寫，自定義數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議1，使其完成接收特定幀格式的115200bps波特率串口數(shù)據(jù)，在FPGA內(nèi)部完成自定義通信協(xié)議I數(shù)據(jù)的解析，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)算法處理的功能；然后再將處理過的數(shù)據(jù)以另一種自定義通信協(xié)議2，以115200bps的波特率發(fā)送給PC機(jī)上運(yùn)行的Simulink軟件；在PC機(jī)上同時(shí)運(yùn)行著Matlab/Simulink軟件和FlightGear軟件(開源軟件),通過構(gòu)建Simulink工程,在其中使用串口模塊，自定義通信協(xié)議2解析模塊，UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊等，完成從電腦串口以115200bps波特率接收FPGA處理過的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)在自定義通信協(xié)議2解析模塊中完成數(shù)據(jù)的解析和運(yùn)算，最后將相應(yīng)姿態(tài) 數(shù)據(jù)經(jīng)由UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊發(fā)送給FlightGear軟件予以3D姿態(tài)實(shí)時(shí)顯示。
全文摘要
一種基于FPGA的FlightGear通用三維視景數(shù)據(jù)顯示方法，方法為采用FPGA芯片，通過對其進(jìn)行VerilogHDL語言的代碼編寫，自定義數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議1，使其完成接收特定幀格式的115200bps波特率串口數(shù)據(jù)，在FPGA內(nèi)部完成自定義通信協(xié)議1數(shù)據(jù)的解析，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)算法處理的功能；然后再將處理過的數(shù)據(jù)以另一種自定義通信協(xié)議式2編碼打包，以115200bps的波特率發(fā)送給PC機(jī)上運(yùn)行的Simulink工程，在Simulink中進(jìn)行一系列數(shù)據(jù)處理，最后將相應(yīng)姿態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)由UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊發(fā)送給FlightGear軟件予以3D姿態(tài)實(shí)時(shí)顯示。本發(fā)明的技術(shù)效果是能夠很好的實(shí)現(xiàn)航空航天器控制器的設(shè)計(jì)與仿真，無人機(jī)控制器的仿真，導(dǎo)彈控制的仿真，車輛船舶控制器的仿真，以及實(shí)際飛行器試飛數(shù)據(jù)的三維可視化再現(xiàn)等，用途廣泛。
文檔編號G06F17/50GK103235852SQ20131013820
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月21日
發(fā)明者代冀陽, 應(yīng)進(jìn), 潘浩曼, 辛凱 申請人:南昌航空大學(xué)