飞行模拟器的平视显示器的仿真激励技术.pdf

引用格式:周春健周晏安.飞行模拟器的平视显示器的仿真激励技术.航空计算技术():.():.飞行模拟器的平视显示器的仿真激励技术周春健周晏安(上海华模科技有限公司上海)摘 要:随着平视显示器()系统在飞机上普及应用其配套的训练课程和训练设备的需求量持续增长将会成为 级飞行模拟机必选功能件 主要介绍了飞行平视显示器的各组成设备及功能实现了 真机件在飞行模拟机上的安装、接口信号激励以及与视景系统的校准 安装、激励和校准完成后参照中国民航局的 鉴定标准对飞行模拟机上集成的 系统进行了功能、性能和精度的验证结果表明方案具有良好的稳定性、实时性和精确度满足模拟机 训练科目对设备的要求关键词:平视显示器飞行模拟机激励校准中图分类号:.文献标识码:文章编号:()(.):().:引言平视显示器()是一种可以把飞行数据投射到飞机驾驶员正前方透明显示组件上的系统使驾驶员能够在保持平视姿态的情况下获取飞行信息 典型的 由投影设备、显示组件和计算机组成可以接收导航或飞行指引系统的信息使飞行航迹、惯性加速度、地平仪等各种符号与外部视景的相应特征保持一致 近年来安装 的飞机越来越多但国内配备 的模拟机却寥寥无几 随着 系统在飞机上普及其配套的训练课程和训练设备的需求也持续增长 将会成为 级全动飞行模拟机必选显示功能件因此如何实现 设备在飞行模拟机上的加装、激励和校准技术对于模拟机行业及民航飞行员训练都具有非常重要的意义 目前国内在全动飞行模拟机上安装、激励和校准 的经验还比较少 作为新型的航电设备需要仿真出符合 标准的航电接口信号对其进行激励 本文在 级全动飞行模拟机上加装了 真机件结合各航电设备的同步信号对 进行激励并与视景系统进行了精密校准实现了 在飞行模拟机上的各项功能 测试表明集成后的 具有良好的稳定性、实时性和精确度满足要求收稿日期:修订日期:基金项目:上海市浦江人才计划项目资助()作者简介:周春健()男江苏宜兴人工程师硕士第 卷 第 期航 空 计 算 技 术.年 月 .系统组成 平视显示系统如图 所示有如下 个组成部分:计算机()平视投影单元()平视合成单元()个性化存储模块()图 单套系统组成.的主要功能是根据飞机自动或者手动飞行状态与接收到的同步数据计算生成适用于显示的符号并确保所显示的符号正确具体包括:/处理、显示计算、符号生成、视频管理、系统监测、控制管理、内部测试设备管理、自检处理 包含两个逻辑独立的通道即指令通道()和监测通道()通道用于实现输入验证、选择、显示计算、符号生成和自检处理等功能 通道用于全面监测关键符号(反馈监控)和管理 系统的内部测试设备 端和 端均具有一定数量的 采集通道 端有一些数据是由 端获取的再由 端通过 总线发送到 端 电源模块包含两路分离电源一路供 和 另一路供、和 单元.是包含 生成电路和光学中继透镜的图像生成设备主要功能包括:从 获取视频将视频转换为绿色图像将图像投影到 上 通过 与 对话根据 收到的命令调整图像亮度获取亮度电位计(位于前面板上)的值并将其传输至 获取亮度传感器的值并将其传输到将内部参数温度、灯状态等传输到.由涂有滤波图层的透明玻璃和机械连接件组成 将 传递的图像反映给飞行员同时保持通过 的视景仍然可见因此 需将视景的图像与 投影的图像结合起来.是 的数据存储模块 为保证 安装的精确度满足要求安装之后需要进行校准主要通过机械校准(校准)和电子校准(校准)两种方式 电子校准需要将 微调的这些参数永久保存到 储存模块上 激励的硬件设计 系统内部模块的交联关系如图 所示内部 主 要 由 离 散 信 号、模 拟 信 号、串 口(、)、视频接口(同轴电缆或者光纤)、电气接口和 接口进行信息交互 由 的交流电供电驱动并在 内部转换成 的直流电给到 这些设备之间都通过符合真机标准的线缆进行电气连接图 硬件系统交联 也接收飞行控制组件 的 面板上的侧风按钮和整理按钮的控制信息实现整理模式.整理模式.侧风模式和正常模式的切换 这些模式的切换逻辑受不同飞行阶段场景的影响具体可参考对应机型的 技术手册仿真主机是运行仿真模块软件的主要计算机与接口计算机通过网络交互将要输出给 的数据发送到接口计算机接口计算机上插有离散量、或 的板卡来与 计算机进行信息交互 激励的软件设计 软件激励控制流程示意如图 所示 上电运行后首先配置 的适用飞机构型再设置单通道模式然后通过引脚是否接地来确定特定功能列表里的功能是否激活 还会进行奇和校验若所有激活的功能引脚数加上校验引脚位的和为奇数则校验通过 正常显示否则校验失败 上会显示“”消息 校验完成后各个仿真模块的激励数据通过接口计算机发送到 或 板 年 月周春健 等:飞行模拟器的平视显示器的仿真激励技术 卡再分别给到 的 端和 端 也会通过 或 板卡反馈 的运行状态同时也反馈 的 离散状态量如有问题飞行模拟器的指示显示系统会发出 报警图 软件激励控制流程示意 主要通过 协议或 协议实现与其他航电系统之间的数据交互同时还有一部分的状态监控和控制指令通过离散量实现 使用 信号还是 信号取决于在哪种机型上使用如 飞机使用 信号 使用 信号 真机件激励总体框架如图 所示图 激励总体框架 的外围控制和数据交互主要是由电子舱模拟设备通过 通讯接口与 的主控部件 计算机进行 的 口通讯的是控制信息 的 口通讯的为监控信息 模块数据为飞机的功能参数信息与激励飞机显示屏模块设备类似如飞行警告 会给出各设备的运行状况和报错信息无线电高度 会给出无限电高度信息飞行指引 会给出飞行导航的数据飞行管理 会给飞行管理的数据飞行增稳 会给出 速度带管理数据大气数据惯性基准系统 给出飞机空速和姿态的数据等 飞行警告 会接收 的 数据来确定 是否为单/双系统 还有离散量信号需要发送控制系统数据获取集中器 也会接受 的安装状态和健康状态飞行管理指引系统 也会给出 是否健康和 是否接通的信息起落架控制和接口组件 给到 轮载信号表明飞机在地面或者空中 的校准 的校准过程包含两个部分:结构校准和电子校准 结构校准主要让 的、和飞机的(横滚)、(俯仰)、(偏航)三轴的角度吻合但它的精度一般只能达到.安装时使用经纬仪(精度约为.)作为参考基准可保证机械安装误差符合要求 如要进一步校准需要采用电子校准 电子校准是在结构校准的基础上进行再校准利用 的成像进行屏幕微调精度可以达到.之内 机械安装完成后通过电子校准使图像对齐通过图像匹配计算误差 如图 所示由于是在模拟机上安装因此校准工作可以使用视景系统的基准和水平仪配合进行图 模拟机显示 测试验证分析 的测试主要分客观测试和主观测试.客观测试客观测试主要进行静态校准测试与 三轴的响应延迟测试.静态校准测试静态校准测试可分为地面测试与空中测试地面测试是为了检测 图像上的水平天地线与视景系统中的水平天地线的重合度是否在容差范围内 主要操纵步骤:首先需要将飞行模拟机的飞机位置定位在海平面机场(如马尔代夫机场)观察 航 空 计 算 技 术 第 卷第 期的水平天地线与视景地平线的重合情况 然后在教员台激活视景系统的连续准直视场(该视场是一个用 黑白方格矩阵填满视景的所有通道的测试图样)在驾驶舱中观察 的水平天地线与视场中的水平线重合情况经观察 的水平天地线与视景地平线、视场水平线图像正好重合两线条图像间误差小于 条线宽角度(个像素).满足校准要求(个像素点所占角度/.)空中测试是为了检验在不同的飞行姿态下的俯仰角、滚转角、偏航角是否正确 主要操作步骤:首先是弹出近地警告系统 的跳开关并调整 的亮度 然后在教员台的维护页面打开视景系统的 测试图案(该测试图案可以在视景系统中显示有俯仰、滚转、偏航的刻度图样)并且将飞机定位到 ()速度 航向 完成测试准备后在教员台的复杂状态预防及处置训练 页面直接设置飞机姿态来改变飞机的俯仰角和滚转角记录下仪表和视景系统显示的数值 另外还需使用重定位功能控制航向使飞机航向发生偏移并再次记录下仪表和视景系统显示的数值 测试时同步观察并记录、教员台、备用仪表和视景系统里的俯仰角、滚转角和偏航度数结果如表 所示记录值与理论值的差值都在.的容差范围内 表 静态测试结果表 ()测试项理论值机长侧机长侧教员台同步显示器备用仪表视景系统俯仰角(.).滚转角(.).偏航(.).响应延迟测试为了保证模拟器上的 的响应与真实飞机的 一致从飞行员的操作输入开始到 组件显示响应的延时需要控制在 以内 如图 所示从驾驶操作输入开始计时通过接口计算机采集后发送给仿真主机仿真主机运算后把控制信号给到 计算机 响应后反馈结果此时计时结束这段时间差为 组件的显示响应时间从图 可以看出给最后返回结果 时刻减去操作输入 时刻的时间差值为 没有超过 要求的 容差范围符合飞行模拟器 的鉴定标准图 显示组件响应流程与结果.主观测试参考民航局的鉴定标准模拟机 的主观测试在上述特定飞行阶段进行 飞行教员在黎明、傍晚、黑夜 种场景进行飞行前准备、滑行测试、起飞测试、正常与非正常飞行测试、进近测试与及故障测试 经测试飞行教员认为 响应与真机响应吻合能够很好地进行在低能见度条件下使用 的飞行训练 结束语本文通过在飞行模拟机上安装 真机设备并进行飞机通讯信号激励和视景系统匹配校准后实现了飞行模拟机上的 功能 经验证此方案在飞行模拟机上集成的 设备符合中国民航局的飞行模拟设备平视显示器()鉴定标准 对飞行模拟设备中的 进行客观测试验证结果表明保证飞行模拟机的 功能满足实际训练要求参考文献:朱峰.技术及应用.科技风():.刘津宇.平视显示器在民航中的应用研究.民航学报():.郭泽扬韩丹樊振东.基于所需导航性能要求的导航激励器设计.工业控制计算机():.空客公司.系列飞机维修手册().:.中国民用航空局飞行标准司.飞行模拟设备平视显示器()的鉴定.北京:中国民用航空局飞行标准司.年 月周春健 等:飞行模拟器的平视显示器的仿真激励技术