一种智能作战飞机仿真装置

摘要

本发明公开了一种智能作战飞机仿真装置，包括控制面板、第一RS232标准串口、第二RS232标准串口、第三RS232标准串口、第一标准USB接口、第二标准USB接口、VGA输出端口、任务规划器模块、飞机组装器模块、仿真运行引擎模块；控制面板输入为用户按键，将输入转换为脉冲高电平，仿真开始指令，控制面板将仿真暂停指令、仿真继续指令、仿真复位指令、数据记录指令、电源关闭指令、串口设置指令、任务配置指令、组件配置指令输出到任务规划器模块、飞机组装器模块、仿真运行引擎模块；本发明内置的高逼真度仿真飞机实现了基于动力学/运动学的动态模型，提供符合基本工作原理的机载设备模型，以及高度逼真的智能行为。

说明书

技术领域

本发明属于计算机仿真领域，具体涉及一种针对智能作战飞机的仿真装置。

背景技术

作战飞机仿真是指通过建模和仿真技术创建与真实飞机特性相似、但由计算机软件构成的仿真飞机，由计算机驱动运行的过程。

作战飞机仿真需要模拟驾驶员的各项操作，实现自主的智能作战行为。智能仿真飞机具有广泛的应用市场。包括模拟空战、模拟驾驶等视频游戏领域，航空科研领域，以及军事作战仿真领域等。

在视频游戏领域，智能仿真飞机技术侧重于表现飞机的外部特性，包括外观、驾驶感受、烟火特效等，但很难从工作原理上保证仿真飞机的逼真性，如六自由度的动力学/运动学特征、机载设备的工作机理、以及基于真实飞行员经验的作战策略和机动过程等。

在航空科研以及军事作战仿真领域，智能仿真飞机一般采用定制开发，飞机模型的逼真度一般能够得到保证，但主要问题是：模型的可配置性不强且数据接口不通用，很难在定制领域之外进行应用。这造成了极大的科研资源浪费。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种智能作战飞机仿真装置，可创建具有智能、自主行为能力的仿真飞机，提供真实度高的飞机模型、灵活的配置手段以及标准的输入/输出接口，从而满足上述需求。

一种智能作战飞机仿真装置，包括控制面板、第一RS232标准串口、第二RS232标准串口、第三RS232标准串口、第一标准USB接口、第二标准USB接口、VGA输出端口、任务规划器模块、飞机组装器模块、仿真运行引擎模块；

控制面板输入为用户按键，将输入转换为脉冲高电平，仿真开始指令，控制面板将仿真暂停指令、仿真继续指令、仿真复位指令、数据记录指令、电源关闭指令、串口设置指令、任务配置指令、组件配置指令输出到任务规划器模块、飞机组装器模块、仿真运行引擎模块；

第一RS232标准串口输入来自仿真运行引擎模块，包括：1)飞机状态连续数据：位置、速度、姿态、机载设备状态；2)飞机操作数据：飞机驾驶操作、机载设备的操作、机载武器操作；第一RS232标准串口转换为RS-232兼容格式输出到外部的数据采集装置；

第二RS232标准串口、第三RS232标准串口为第一RS232标准串口的备用接口；

第一标准USB接口输入来自用户鼠标操作，第一标准USB接口转换为用户界面操作，输出到软件模块的用户配置界面；

第二标准USB接口输入来自用户鼠标操作，第二标准USB接口转换为用户界面数据输入，输出到软件模块的用户配置界面；

VGA输出端口输入来自仿真装置内置片上系统的视频输出，VGA输出端口进行RGB视频处理，输出到用户外接显示器；

任务规划器模块输入来自用户鼠标、键盘输入，任务规划器模块将输入转换为任务配置参数，输出到仿真运行引擎模块；

飞机组装器模块输入来自用户鼠标、键盘输入，飞机组装器模块将输入转换为飞机组装参数，输出到仿真运行引擎模块；

仿真运行引擎模块输入来自控制面板、任务规划器模块、飞机组装器模块，仿真运行引擎模块将输入转换为仿真模型运行配置参数，输出到控制面板、第一RS232标准串口、第二RS232标准串口、第三RS232标准串口。

本发明的优点在于：

1)内置的高逼真度仿真飞机实现了基于动力学/运动学的动态模型，提供符合基本工作原理的机载设备模型，以及高度逼真的智能行为；

2)仿真装置采用模块化开发，可灵活配置并提供通用数据接口，具有即插即用的特点，在使用效率、可重用性上都得到了极大改善。

附图说明

图1是本发明智能作战飞机仿真装置示意图；

图2是仿真装置控制面板；

图3是仿真装置软件模块工作方式；

图4是任务规划器的用户图形界面I示意图。通过有限状态机定义飞机任务过程；

图5是任务规划器的用户图形界面II示意图。通过任务组装构造复杂任务过程；

图6是飞机组装器的图形用户界面示意图，可由用户指定使用哪些组件，以及这些组件和飞机本身的配置参数。

具体实施方式

本发明的一种智能作战飞机仿真装置，如图1至图3所示，包括控制面板101、第一RS232标准串口102、第二RS232标准串口103、第三RS232标准串口104，第一标准USB接口105、第二标准USB接口106、VGA输出端口107、任务规划器模块201、飞机组装器模块202、仿真运行引擎模块203。其中，101～107为仿真装置的硬件部分，201～203为智能作战飞机的软件部分。硬件部分向软件部分发送指令、并负责输出软件输出数据；软件部分运行在内置的片上系统(SOC)中，计算智能作战飞机仿真模型的各项数据。

各模块之间的数据交互和连接关系如下表所列：

下面对各个模块的功能进行说明。

如图2所示，控制面板101包括9个按键和1个指示灯；

按键按照上下两个区域布置，其中，下部区域从左到右的按键分别为：开始键、暂停键、继续键、复位键、上部区域从左到右的按键分别为：电源键、记录键、串口设置键、任务配置键、组件配置键、指示灯；

(1)开始键

向智能飞机仿真模型发送“仿真开始”指令。收到该指令后，飞机仿真模型开始运行，并通过第一RS232标准串口102、第二RS232标准串口103、或第三RS232标准串口(由用户指定)进行数据输出。当仿真已经开始后，该键按下无效。

(2)暂停键

向智能飞机仿真模型发送“仿真暂停”指令。收到该指令后，飞机仿真模型将进入暂停状态，输出的串口数据保持最后一次更新保持不变。注意，该功能与电源关闭键的功能不同，是仿真装置的一种正常工作状态；当仿真已经处于暂停状态时，该键按下无效。

(3)继续键

向智能飞机仿真模型发送“继续运行”指令。收到该指令后，若飞机仿真模型位于“暂停”状态，则恢复正常运行。当仿真已经处于正常运行状态时，该键按下无效。

(4)复位键

停止当前运行，清理上次运行数据并重新初始化。此时，再次按下开始键可重新运行仿真。

(5)电源键

仿真装置供电开关。

(6)记录键

按下后，仿真数据将自动记录到仿真装置的内置存储设备中。

(7)串口设置键

按下该键后，VGA端口输出的GUI界面切换到端口设置界面。此时，用户可通过接入的鼠标、键盘对三个串口进行设置，具体包括：

●各个串口哪个作为输出，哪个作为输入

●定义数据传输协议

●定义仿真运行的数据更新频率

●定义串口波特率

(8)任务配置键

按下该键后，仿真装置激活“任务规划器”软件模块201(图3)，VGA端口输出的GUI界面切换该软件模块的设置界面。此时，用户可通过接入的鼠标、键盘对飞机任务进行配置。任务配置采用有限状态机，如图4所示。通过有限状态机定义的行为单元，可以作为基本单元再次参与组装，如图5所示，构成更复杂的高层任务过程。定义完成任务可通过配置界面保存到仿真装置内置的存储单元中，以供下次重用。

(9)组件配置键

按下该键后，仿真装置激活“飞机组装器”软件模块202(图3)，VGA端口输出的GUI界面切换到该软件模块的设置界面，如图6所示。此时，用户可通过接入的鼠标、键盘对仿真飞机的组成部分、以及各部分的参数进行配置。整个仿真飞机的构建采用组件化的方式，用户可以选择使用哪些组件并对这些组件配置参数，如不同型号的雷达、机载武器等。这些组件初始存储在仿真装置内置的存储单元中。同样地，定义完成组件可进行保存以供下次重用。

(10)指示灯

仿真装置工作状态指示灯。绿色表示正常工作状态，黄色表示软件系统错误状态，红色表示硬件系统错误状态。

第一RS232标准串口102、第二RS232标准串口103、第三RS232标准串口104为仿真装置配备的三个RS232标准串口，作为仿真装置与外部使用环境之间数据输入、输出的标准接口。

第一标准USB接口105、第二标准USB接口106为两个标准USB接口，作为鼠标、键盘接口，允许用户对仿真装置进行操作，通过图形用户界面(GUI)对智能仿真飞机进行配置。

VGA输出端口107为VGA输出端口，作为用户显示设备输出。

如图3所示，智能作战飞机的软件系统的组成如图3所示。其中三个关键模块分别为行为规划器、飞机组装器以及仿真运行引擎，各自的作用为：

(1)任务规划器模块201

通过有限状态机和流程图的方式规划仿真飞机的任务过程。任务是可嵌套的，即通过GUI界面(图4、图5)将简单任务进行组装、连接，构造成更加复杂的任务过程。规划完成的任务可存储到内置存储器，也可以重新取出重用。

(2)飞机组装器模块202

允许用户选择飞机可以假装哪些组件，以及这些组件和飞机自身的参数配置。组装完成的飞机配置可存储到内置存储器，也可重新取出重用。

(3)仿真运行引擎模块203

加载飞机模型以及相关配置信息，创建虚拟飞机实例，按照指定的仿真周期运行。智能作战飞机的输入、输出信息由仿真运行引擎处理，如图3所示。其输入、输出信息共分为5类：

●飞机状态(输出)：飞机的运动状态，包括位置、速度、角速度、加速度、机载武器信息、机载设备信息。必需，可通过串口输出。

●飞机获取的探测/情报信息(输出)：飞机通过自身的探测设备获取的探测信息或目标情报信息。可选，可通过串口输出。

●飞机对其它对象的指令(输出)：在飞机编队或多兵种协同作战方式下，飞机可能对其它作战单元下达指令。可选，可通过串口输出。

●外部对飞机的指令(输入)：外部对飞机的指令信息。可选，可通过串口输入。

●飞机所处仿真空间的环境信息(输入)：包括陆地、大气等自然环境信息，也包括电磁环境信息。可选，可通过串口输出。

按下控制面板的“记录键”，这些运行时信息将自动保存到仿真装置的内置存储器中。

智能作战飞机仿真装置操作步骤：

智能作战飞机仿真装置的操作步骤简述如下：

步骤1：用户按下“电源键”供电，等待仿真装置初始化完成；

步骤2：按下“组件配置键”配置飞机组件和参数。如果有必要，保存当前配置信息；

步骤3：按下“任务配置键”配置飞机的任务过程。如果有必要，保存当前配置信息；

步骤4：按下“串口设置键”，配置每个串口的输入、输出任务以及通信字段协议。

步骤5：如果需要记录，按下“记录键”，记录仿真过程中产生的信息。

步骤6：按下“开始键”，开始仿真过程。在此过程中，用户可通过VGA端口观察数据。

步骤7：如果有必要，按下“暂停键”，暂停仿真过程。

步骤8：如果有必要，按下“继续键”，继续仿真过程。

步骤9：仿真结束或必要时，按下“复位键”，则仿真装置清理上次仿真遗留的各项数据，但保留上次的任务配置、组件配置和端口配置，重新初始化。此时，可返回到步骤5重新仿真，或直接关闭电源。