近地告警仿真系统Word格式.docx

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根据飞行器气动数据，模拟真实飞行场景、显示仪表状况、记录飞行姿态飞行轨迹。

以下将分别进行描述：

1.1验证近地告警模式算法

在大屏幕中仿真显示6种近地告警模式（？

）算法下，飞机的飞行轨迹和声光报警的演示，同步显示相关数据。

1.2近地告警飞行操纵仿真

以驾驶员在环形式进行仿真飞行，驾驶员在座舱仿真器中，通过飞行仪表或前视显示器来模拟飞机操纵，分别以上面所提的6种模式飞行，根据报警信息作相应的操纵，观察在线试飞效果，减少试飞风险。

1.3近地告警自动飞行模式仿真研究及可行性、实用性验证

飞控系统在环，分别输入上面所提的6种模式，研究和验证飞机自动拉起、进入正常飞行这一过程。

通过过程仿真，获得大量研究数据，检验近地告警自动飞行模式的可行性和实用性。

近地告警自动飞行模式是一项具有创新性的研究。

1.4前视告警自动飞行技术研究及可行性、实用性验证

借用南航在国内首创的低空突防中地形回避技术，研究前视告警自动飞行方式。

通过大量仿真实验，验证其可行性和实用性，突破国外的技术封锁。

1.5近地告警模式交联关系和优先级设置方法研究

（？

）

1.6驾驶员及相关操作人员对各近地告警模式的仿真训练

基于近地告警仿真系统的模拟数据，通过座舱仿真器对驾驶员开展各近地告警模式操纵仿真训练，通过飞行控制仿真系统对相关操作人员开展各近地告警模式操作仿真训练。

1.7根据飞行器气动数据，模拟真实飞行场景、显示仪表状况、记录飞行姿态飞行轨迹

近地告警仿真系统将根据飞行器同步传送的气动数据，在三维视景中模拟真实的飞行环境，通过与近地告警系统的交联，能在大屏幕的三维视景中实时显示飞行器飞行状况，显示飞行器操纵台或座舱中各种仪器仪表工作状况，全方位观察飞机的飞行姿态、飞行轨迹，并对全过程进行记录。

2.系统组成

整个近地告警仿真环境，主要由飞机及飞行参数传感器、座舱驾驶员操纵系统、飞行控制系统、反馈系统、声光报警系统、近地告警仿真系统（含数字地图）、视景显示系统（分为大屏幕显示系统和前视显视系统）组成。

根据近地告警视景仿真的任务，系统回路的接入可以不同。

如图1所示。

图2-1地告警仿真环境框架

数据流向完整？

3.告警组件运行机制及显示方式

整个系统以组件方式构建，共分为三大类：

系统逻辑组件SLC，主要负责仿真计算，如：

动力学模型解算等；

显示逻辑组件DLC，主要负责仪器仪表的显示，如：

空速表，高度表等；

插件Plug-in，主要负责扩展系统的仿真能力，如：

多屏显示插件、仿真速率设置插件等。

近地告警系组件使用SLC来生成，运行功能框图如下所示：

图3-1自主飞控解算近地告警方式

方式一，采用动力学参数配置表及自主飞控解算，近地告警系统组件运行过程中实时从飞控解算组件中获取飞行器当前的飞行数据，并通过网络发送给近地告警系统；

近地告警系统在判断出有险情时，将告警信号（包括不安全的净空、过快的下降速率、过快的地形接近等）发送给飞行器的告警组件；

告警组件对报警信号进行解析，并将报警方式通过仪表组件或报警显示插件等进行显示。

图3-2飞行数据驱动近地告警方式

方式二的报警机制与显示方式与方式一相同，不同之处在于，直接通过飞控驱动组件接收飞控站的飞行数据来驱动飞机，而不自行进行解算。

报警方式可以进行文字打印到屏幕，或模拟仪器/仪表的中文语音告警！

4.飞行器动力学模型生成

4.1飞行器动力学模型生成工具

本学院自主开发了一套专业的飞行器动力学模型生成、解算及测试工具。

该工具可以在飞机数据库内选择不同型号的飞机，直接根据飞行器的三视图生成气动数据，将气动数据转化成为多种商业标准数据格式，也可以直接用生成的数据进行测试和仿真。

图4-1飞行器动力学模型

飞行器的气动数据及控制面限制参数以EXCEL表格方式进行存储，管理和维护相当方便。

一套完整的飞行器动力学模型包含四个可进行编辑的参数表，分别为：

气动参数表

控制限制参数表

飞行器特性参数表

推进器特性参数表

4.2气动参数表

图4-2气动参数表

4.3控制面限制参数表

图4-3控制面限制参数表

4.4飞行器特性参数表

图4-4飞行器特性参数表

4.5推进器特性参数表

图4-5推进器特性参数表

5.飞控驱动

飞控驱动模块主要用于，在不使用动力学模型解算组件时，同步接收由飞控系统发送过来的数据，驱动飞机在三维视景中飞行。

工作流程图如下：

？

图5-1飞控驱动模块工作流程

6.人工智能构建

系统有一套以图形化脚本编程方法进行编辑的人工智能构建器。

人工智能组件可以帮助用户实时对飞行状态进行判断，精确的对飞行器进行飞行控制，以及条件设定和数据记录等功能。

该工具可帮助用户完成整个飞行测试工作，可有效减少人力资源，提高工作效率，严格控制测试结果。

图形化的编程方式降低了对开发人员的要求，编写的人工智能脚本可单独进行保存，可方便的进行导入和重用，提供了20多个人功智能样本文件，基本涵盖了工作智能的大多数操作，用户可以在所提供的样本上进行修改，快速的开发出自己的人工智能。

图6-1人工智能开发界面

7.高精度地形数据支持

7.1地形显示技术

采用金字塔索引与虚拟纹理技术对地形与遥感影像数据进行处理。

系统支持WGS84标准格式地形，支持全球真实地形，支持多分辨率动态迭代地形。

使用内存分页技术对地形块进行调度，保证了即使在硬件配置很低的情况下，系统也能正常稳定运行。

图7-1

7.2地形数据生成

系统具有一个地形生成工具及地形转换工具。

采用批处理方式，将预先提供的二维地图数据及相应的高程数据、遥感影像自动生成三维的地形数据，无须人工干预。

图7-2三维地形数据自动生成方式

通过叠加遥感影像、数字高程模型创建海量的三维地形数据库，可支持多种数据格式，能实现不同分辨率的数据的融合。

图7-3三维数字地球建模

7.3实现三维球面的建模与坐标转换

计算机实现三维对象的函数操作都是针对三维直角坐标,因此在编程实现三维地球之前必须首先建立地球的球面数学模型并且结合半径找到经纬度和三维球面坐标的映射关系,即完成大地坐标系与相应的空间直角坐标系的转换方式设计。

8.气象数据支持

8.1支持气象数据输入

系统支持实时卫星气象数据的输入，通过气象站报文数据与三维场景之间建立一定的关联，在虚拟场景中近似模拟当前的气象状况，能将风向风力、降水量、雨水酸度、大雾浓度、闪电等气象数学模型与仿真系统中的动力学模型、三维地形数据综合开展分析与演算，分析对飞行器姿态的影响。

图8-1气象数据模型

8.2支持气象环境仿真显示

系统能模拟自然环境变化，如：

经纬度变化、时间变化、天气变化、下雨、下雪等。

图8-2三维场景阴雨气候模拟

图8-3气象参数调节

通过对GPU进行编程，实现三维立体云，支持多种云层的细致表现。

图8-4多种云层的三维表现

9.视景显示

视景显示系统具有先进的图形引擎，支持多通道大屏幕显示，支持全球地形显示和复杂大地形的管理，能够显示飞机的飞行轨迹和窗外的空间场景，直观表现飞行器起飞、空中飞行、着陆等姿态。

图9-1大场景飞行

图9-2飞行显示

图9-4飞行姿态调整显示

图9-5轨迹显示控制

图9-6飞行轨迹标注

10.控制台/座舱仪器仪表显示

系统具有一套操纵台/座舱的仪器仪表编辑开发工具，利用该工具可以完成整个操纵台/座舱内，所有的仪器仪表的创建工作，可以真实直观的反映各个单元的工作状况。

几乎所有的编辑工作都可以在图形界面下完成，并提供了大量图形及文字式样模板，降低开发难度同时也提高了工作效率。

生成的仪表可以以组件方式进行存储，生成方式灵活，重用性高。

图10-1控制台/座舱仪器仪表开发界面

图10-2Honeywell地形颜色

11.仿真记录与“whatif”功能

系统一方面可以完整的记录通过飞行参数传感器传来的飞行员操纵数据或座舱模拟器传来的飞行员训练数据，记录文件单独保存，可以随时重新回放，执行快进、后退与暂停等的操作；

另一方面，创新性地加入了“whatif”假想功能，用于在仿真回放过程中在原记录的仿真实体的相同位置，以相同的飞行参数生成一个假想体，实时对其进行控制，用以纠正错误操作或对飞行操作过程进行评估。

图11-1飞行过程记录及仿真评估

12.特效支持

系统已经包含了30多种常规的特效，包括:

飞行器的尾焰、爆炸、烟雾、粒子等，基本能满足决大多数飞行仿真的应用。

同时支持以脚本的方式对各种特效进行编辑、修改和组合，方便用户自行开发各种独特效果。

图12-1飞行特效

近地告警系统（GroundProximityWarningSystem，GPWS）是提高飞机安全性、减少可控飞行撞地（CFIT）事故的主要设备[1]，其通过接收飞机当前的高度、速度、着陆偏差数据等飞行状态信息，按照设计的告警算法进行危险性判断，若存在撞地危险，则为飞行机组提供视觉和听觉上的告警，从而避免CFIT事故的发生。

增强型近地告警系统（EnhancedGroundProximityWarningSystem,EGPWS）相较于近地告警系统增加了风切边告警、前视预警、地形显示、跑道净空告警等多种增强告警功能，其中的前视预警功能能够利用飞机的位置、姿态、速度等状态信息，结合内置地形、障碍物和机场数据库，依据前视预警算法判别飞机未来的飞行轨迹上是否存在撞地危险，如有则输出告警信息，保障飞行安全。

本项目跟踪国际先进理念，学习并吸收相关经验，针对的业务需求，创新性的开展了近地告警仿真系统的集成应用研究，目的是。