近地飞行航迹规划与指示技术

摘要

随着航空技术和信息技术的迅猛发展,现代飞机的结构和性能发生了巨大的变化。如何加强飞行安全,增强飞行员的姿态感知,避免可控飞行撞地,一直吸引了众多科研工作者不断探索。航迹规划技术作为任务规划系统的核心组成部分,在综合考虑多种约束信息后为飞机规划出一条满意路径,有效增强了飞行安全性。同时,合成视景技术的快速发展,虚拟仪表的引入,有效将多种飞行信息进行融合并综合显示,大大提高了飞行员的姿态感知,降低了工作强度。
　　本文针对飞机在低空环境下的飞行安全问题,重点研究了航迹规划技术、虚拟仪表显示系统和三维视景仿真技术。具体研究内容如下:
　　首先,简要阐述了合成视景系统及航迹规划技术的相关概念、研究意义及国内外研究现状。其次,对规划空间的地理环境和威胁信息进行数学建模,并分析了飞机的动力学约束及其对航迹的影响。详细讨论了 A*算法及其改进算法,并针对三维空间地形复杂,搜索节点多的问题,引入遗传算法进行航迹规划。该算法采用贝塞尔曲线表示航路,曲线控制点表示染色体基因。在设计适应度函数时充分考虑飞机的动力学约束,对遗传算子进行改进,有效规划出了平滑连续的无冲突航路。接着,重点叙述了利用虚拟仪表开发软件设计飞行仪表的具体过程,合理布局虚拟座舱。最后,采用视景仿真软件进行飞行视景仿真程序的设计,多通道多视角显示飞机的飞行环境及状态信息,实现了舱外视景和舱内虚拟仪表的一体化显示。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究工作

1.4 论文组织结构

第二章 航迹规划模型分析及算法研究

2.1 规划空间模型的构建

2.2 飞机动力学模型及约束

2.3 基于改进 A*算法的航迹规划

2.4 本章小结

第三章 三维航迹规划算法研究

3.1 算法原理

3.2 贝塞尔曲线

3.3 地形插值

3.4 算法设计

3.5 仿真实验及结果分析

3.6 本章小结

第四章 飞行数据指示的关键技术

4.1 飞行仪表的开发过程

4.2 仪表显示系统的构成

4.3 飞行仪表的设计与实现

4.4 空中高速公路的设计与实现

4.5 本章小结

第五章 近地飞行座舱显示仿真软件的设计与实现

5.1 视景仿真开发流程

5.2 近地飞行座舱显示仿真软件的总体规划

5.3 近地飞行座舱显示仿真软件的模块设计

5.4 近地飞行座舱显示仿真软件

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

硕士在读期间研究成果