专利名称：飞行器视景仿真系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及的是仿真领域中的可视化仿真技术，特别是将飞行轨道学、姿态 动力学与计算机图形学相结合的可视化仿真技术。(二) 背景技术最早的航天仿真方法为实物仿真。实物仿真可以从宏观上全局把握飞行器的 性能及运动情况，但成本高、工艺要求复杂，特别是实物仿真的不可重复性、高 风险性，制约了实物仿真的应用范围。由于仿真技术具有安全、经济、可控、无破坏性、允许多次重复等许多优点， 因此被广泛应用于军事领域，尤其是航天领域。航天仿真是基于物理效应模型或 根据飞行器运动学、动力学及轨道动力学等有关理论建立的数学模型进行模拟试 验与分析的研究工作，是系统仿真技术与航天工程相结合的产物。它主要围绕航 天器的研制、发射、测控、管理和应用等各个环节对系统进行全面的分析、方案 设计与性能评估。在60年代，数字计算机开始迅速的发展和普及，航天仿真的主要工具过度 到数字计算机。采用计算机仿真技术，可以用相当准确的数学模型代替真实的物 理模型，在计算机平台上重复很多次的模拟飞行，分析试验结果，从而縮短试验 和研制周期，提高试验和研制质量，节省试验和研制经费。传统的数字仿真技术以数学模型为中心，主要用于科学计算。数字信息的解 读过程需要很强的专业知识背景，仿真结果不能直观的体现飞行轨道和姿态的变 化以及飞行器和地球之间的时空关系。无论是对建模过程的描述，还是对仿真结 果的分析，都十分复杂，而且很难得到整体、形象、直观的仿真结果，无法及时 判断与决策。仿真可视化是把仿真中的数字信息变为直观的、以图形图像形式表示的、随 时间和空间变化的仿真过程。仿真可视化包括仿真结果可视化与仿真计算过程可 视化。视景仿真是可视化仿真的高级阶段，也是虚拟现实技术的最重要的表现形 式，它是使用户产生身临其境感觉的交互式仿真环境，实现了用户与环境直接进
行自然交互。飞行器轨道计算用来模拟飞行器的飞行过程，前提是建立动力学模型，由于 空间问题的复杂性造成了动力学模型的多样性，具有通用性的轨道仿真程序应该 包含多种不同的动力学模型，这样不仅能够简化航天任务的分析设计工作量，还 可以同时提高工作效率和可靠性。因此仿真程序应该具有良好的可扩展性和可复 用性。飞行器飞行状态的仿真演示程序前提是飞行轨道计算，轨道计算包含了轨道 动力学、运动学基础，轨道扰动问题以及飞行器姿态控制等基础知识。在航天技术迅速发展的情况下，单机系统往往难以满足在航天工程中提出的 一些技术复杂、涉及面广、精确度要求高的仿真任务，由多机系统组成的分布式 交互仿真技术在航天仿真中越来越多的得到应用。分布式交互仿真是指采用计算 机网络技术将分布在不同地点的多个仿真主体连接起来，通过不同节点之间的信 息交换和协调，实现多主体在同一环境下进行仿真。
发明内容本发明的目的在于提供一种不仅能通过仿真使用户更加直观的了解航天任 务的进行情况，而且能协助完成飞行方案的设计、验证、论证、筛选和确定的飞 行器视景仿真系统。本发明的目的是这样实现的它是由包含所有轨道计算模型、提供和其他模型通讯的统一接口的轨道计算 模块，从通信模块接收消息提供相应的显示功能的视图显示模块，提供统一接口 获取轨道计算模型数据、同时将相关数据传送给各个视图的通信模块组成，通信 模块分别与轨道计算模块和视图显示模块互联。所述的轨道计算模块根据飞行器的运动以及控制规律，解算飞行器在各个时 刻的飞行状态数据；对于飞行中实际所受到的随机干扰因素，建立相应的多自由 度仿真模型。所述的视图显示模块建立包括飞行器以及飞行器飞越的大面积地形场景模 型，其中还包含基本环境设置、声音控制及飞行中特效多种场景效果的显示；对 配置的模型进行驱动，模拟飞行器运动的多自由度动态效果；由￥0++结合仿真 驱动软件Vega来对建立好的模型、仿真环境设置进行驱动，利用VegaAPI函数
在丫0++中建立起初始化、定义、配置一系列仿真流程来实现对模型的驱动，在 帧循环中接收数据，在每一帧中不断更新，从而实现场景的相对运动。所述的通信模块负责从轨道计算模块取得数据，发送数据给视图显示并且负 责轨道计算模块和视图之间在时间上的同步；建立在分布式交互仿真思想上，基 于高层体系结构HLA，搭建系统实现的框架；根据HLA标准确立系统中轨道计 算模块和视景显示模块各作为一个联邦成员，其功能单元之间通过交互来共同完 成设计任务。飞行器视景仿真是以飞行器运行情况为研究对象的、面向复杂系统的仿真。 其仿真实验过程包括对飞行器本身及其测控系统的系统建模、模型实现和模型实 时驱动。开发飞行器实时视景仿真系统的目不仅是通过仿真使用户更加直观的了 解航天任务的进行情况，而且更是要协助完成飞行方案的设计、验证、论证、筛 选和确定，所以必须采用基于物理规律的运动建模方法，其它运动控制方法并不 能满足仿真的要求。本发明的系统采用组件化结构，使系统的开发性更强，新的模块可以方便的 加入到系统中。本发明的系统包含以下几个主要模块1. 轨道计算模块包含所有轨道计算模型，提供和其他模型通讯的统一接口 。2. 视图显示模块从通信模块接收消息提供相应的显示功能。3. 通信模块提供的统一接口获取轨道计算模型数据，同时将相关数据传送给 各个视图。轨道计算模块主要用于根据飞行器的运动以及控制规律，解算飞行器在各个 时刻的飞行状态数据。对于飞行中实际所受到的随机干扰因素，建立相应的多自 由度仿真模型，分析飞行过程中各种随机干扰的作用效果并进行模拟，包括飞行 器与空气作相对运动时的气动力模型，控制模型等。视图显示模块一方面要完成包括飞行器以及飞行器飞越的大面积地形场景 模型的建立，其中还包含基本环境设置、声音控制及飞行中特效等多种场景效果 的显示，另一方面，要能够对配置的模型进行驱动，模拟飞行器运动的多自由度动态效果。由￥0++结合仿真驱动软件Vega来对建立好的模型、仿真环境设置 进行驱动，利用￥巧3八？1函数在￥€++中建立起初始化、定义、配置等一系列仿
真流程来实现对模型的驱动，在帧循环中接收数据，在每一帧中不断更新，从而 实现场景的相对运动。本系统建立在分布式交互仿真思想上，基于高层体系结构HLA，搭建系统 实现的框架。根据HLA标准确立系统中轨道计算模块和视景显示模块各作为一 个联邦成员，其功能单元之间通过交互来共同完成设计任务。通信模块负责从轨 道计算模块取得数据，发送数据给视图显示并且负责轨道计算模块和视图之间在 时间上的同步。计算模块根据特定任务的需要进行数据计算和处理，显示模块从 计算模块中获得数据，视图显示和轨道计算模块相对通信模块程序各自独立。控 制程序首先将初始化参数传给轨道计算模块，然后初始化各个视图，初始化完成 后控制程序向轨道计算模块发出运行指令，轨道计算程序根据初始化时给定的步 长得到飞行器在下一个点的位置和速度向量，最后控制程序将计算得到的数据传 送给视图，视图根据数据进行重画刷新显示内容。当轨道计算结束后，计算线程 向控制程序发送控制消息负责销毁计算线程。本发明的视景仿真系统实现的基本功能如下1根据给定的轨道参数三维显示飞行器运行状态。2可以显示飞行器所处场景环境及相对运动。3可以选择以多种角度观察飞行器状态。视景仿真系统的开发基于Multigen Creator和Vega仿真软件，采用Multigen Creator进行虚拟场景的构建，再用丫0++与Vega、 OpenGL等结合实现对虚拟场 景的驱动，模拟了天空、大地形、光照、声音等的效果，通过碰撞检测技术实现 了与地形的碰撞检测和场景实体间的碰撞检测，达到了实时系统的逼真度和实时 性的要求。Vega驱动的实现主要有两种方法 一是直接继承MFC中的CView类，称 为直接继承模式；二是通过继承MFC中的CView类派生的子类zsVegaView，称 为模板方法模式。zsVegaView类提供了启动一个Vega线程最基本的功能，还以 虚函数的形式定义了要进行操作的通用接口，只需从该类派生出新类并根据需要 重载必要的虚函数。在视景仿真系统中，要实现基于物理规律的运动建模，须给出不同时刻飞行 器的位置和姿态数据[x， y， z， h， p， r]，而且这些数据是通过飞行器运行的数 学模型计算出来的。在VC工作线程里在帧循环中实现对飞行运动体的位置数据 进行更新，利用这些数据通过Vega线程来对场景运动体进行实时驱动，在仿真 的每一帧中，更新一次运动体x， y, z， h， p， r值，利用这些值对实体的位置 进行设置，并绘制新位置处的视景环境，以此来实现视景的相对运动。在实现的 过程中，重载了虚函数postFrame()，在该虚函数中对场景运动体进行位置更新。有些功能如飞行器运行轨迹的表示、覆盖区域的显示，输出参数(中英文) 的显示等，Vega程序本身无法实现其功能，必须采用Vega与OpenGL混合编程 方法来扩展其功能。混合编程实现方法是利用回调函数解决了 Vega和OpenGL 混合编程的问题。回调函数实际上是一种由用户定义，系统自动调用的函数。它 相当于一个中断处理函数，由系统在符合用户设定的条件时自动调用。在显示程序运行中，当实例被引用时利用初始化事件对视点进行初始定位。 利用更新事件改变定位信息，并用新坐标对视点重新定位实现场景浏览。利用退 出事件消除定位信息或做一些善后处理。每一个视点都拥有自己的视点坐标系。 在场景中，视点的移动与旋转变换都在视点坐标系进行。本发明基于三维实时动态显示技术的飞行器轨道姿态演示视景仿真系统，对 飞行器在不同环境下的飞行轨迹和姿态进行了仿真，直观地显示出了飞行器运行 的全过程。通过航天仿真不仅使用户更加直观的了解航天任务的进行情况，而且 可以协助完成飞行方案的设计、验证、论证、筛选和确定。(四)
图1是视景仿真驱动实现过程框图； 图2是视景仿真系统运行过程框图； 图3是仿真系统运行所需总体配置框图； 图4是Vega仿真驱动工作线程；图5是系统主要组成模块之间关系框图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述结合图5，飞行器视景仿真系统是由包含所有轨道计算模型、提供和其他模 型通讯的统一接口的轨道计算模块，从通信模块接收消息提供相应的显示功能的 视图显示模块，提供统一接口获取轨道计算模型数据、同时将相关数据传送给各 个视图的通信模块组成，通信模块分别与轨道计算模块和视图显示模块互联。所 述的轨道计算模块根据飞行器的运动以及控制规律，解算飞行器在各个时刻的飞 行状态数据；对于飞行中实际所受到的随机干扰因素，建立相应的多自由度仿真 模型。所述的视图显示模块建立包括飞行器以及飞行器飞越的大面积地形场景模 型，其中还包含基本环境设置、声音控制及飞行中特效多种场景效果的显示；对 配置的模型进行驱动，模拟飞行器运动的多自由度动态效果；由丫。++结合仿真 驱动软件Vega来对建立好的模型、仿真环境设置进行驱动，利用VegaAPI函数 在￥€++中建立起初始化、定义、配置一系列仿真流程来实现对模型的驱动，在 帧循环中接收数据，在每一帧中不断更新，从而实现场景的相对运动。所述的通 信模块负责从轨道计算模块取得数据，发送数据给视图显示并且负责轨道计算模 块和视图之间在时间上的同步；建立在分布式交互仿真思想上，基于高层体系结 构HLA，搭建系统实现的框架；根据HLA标准确立系统中轨道计算模块和视景 显示模块各作为一个联邦成员，其功能单元之间通过交互来共同完成设计任务。在将场景中的对象物从视点坐标系变换到屏幕坐标系之前，必须对对象物与 视见截锥体的相对位置关系进行测试。实例一采用Creator/Vega建立系统实时处理过程，Creator建立的.flt模型文件输入 到驱动软件Vega后，就成为了实时应用的一部分，如图1所示。系统的开发流 程为首先在Creator里对场景中所有实体进行建模，模型加载到Vega中，在应 用界面LynX中完成ADF初始值的设定，定义窗口、通道、观察者、运动模型、 场景、场景中对象、场景运动体、环境及环境特效、光源等，并对它们进行初始 化，配置实时仿真所需的环境，编译保存ADF文件，预览环境效果。仿真程序 初始化，配置Vega应用程序框架，在实时应用程序中处理每一帧的三个阶段 Application (应用)、Cull (截取)、Draw (绘制)。图4给出了 Vega仿真驱动 工作线程。编写仿真程序，在￥0++中调用Vega的API函数初始化系统和模块 类，调用帧循环函数绘制场景循环，运行程序，生成可视化仿真实时应用。实例二可视化仿真系统主要由场景建模与场景驱动两个部分组成，如图3所示。场 景建模部分，是可视化仿真的前提，我们需要根据场景的复杂度要求，利用各种
建模素材，应用专业的仿真建模工具构建场景中各个物体的模型三维数据库。在 飞行仿真建模中，虚拟场景主要包括在起飞阶段的大地形建模，涉及到地形显示 的细节，俯仰时的远距离地面、云雾效果等飞行场景模拟，同时考虑到飞行器与 外界环境之间的拟合。场景驱动部分，利用视景仿真程序，根据所建立的各种场景模型，结合交互 输入设备的实时输入以及场景中各类仿真对象运行时的实时状态参数的更新等 来生成实时视景。最后将生成的仿真视景显示在显示终端上。实例三系统按其功能主要有通信模块、实时视景仿真驱动模块以及三维显示输出模 块，其中通信模块接收网络传递导弹飞行状态数据，仿真驱动模块实时驱动虚拟 场景模型及实体模型，并决定观察者视点切换、特效生成、飞行运动体的位置及 姿态的更新；三维显示模块输出飞行三维动态信息及其它参数。系统的主要组成 模块之间关系如图5所示。
权利要求
1、一种飞行器视景仿真系统，其特征是由包含控制模型、干扰模型建立的飞行器飞行轨道计算模块，接收更新消息并提供相应的显示视图的视图显示模块，提供统一接口获取轨道计算模型数据、同时将相关数据传送给各个视图的通信模块构成的视景仿真系统，其中通信模块、轨道计算模块和视图显示模块根据HLA规则相互互联。
2、 根据权利要求1所述的飞行器视景仿真系统，其特征是所述的轨道计 算模块根据飞行器的运动以及控制规律，解算飞行器在各个时刻的飞行状态数据；对于飞行中实际所受到的随机干扰因素，建立相应的多自由度仿真模型。
3、 根据权利要求1或2所述的飞行器视景仿真系统，其特征是所述的视图显示模块建立包括飞行器以及飞行器飞越的大面积地形场景模型，其中还包含基本环境设置、声音控制及飞行中特效多种场景效果的显示；对配置的模型 进行驱动，模拟飞行器运动的多自由度动态效果；由￥€++结合仿真驱动软件 Vega来对建立好的模型、仿真环境设置进行驱动，利用VegaAPI函数在VC++ 中建立起初始化、定义、配置一系列仿真流程来实现对模型的驱动，在帧循环 中接收数据，在每一帧中不断更新，从而实现场景的相对运动。
4、 根据权利要求1或2所述的飞行器视景仿真系统，其特征是所述的通 信模块负责从轨道计算模块取得数据，发送数据给视图显示并且负责轨道计算 模块和视图之间在时间上的同步；建立在分布式交互仿真思想上，基于高层体 系结构HLA，搭建系统实现的框架；根据HLA标准确立系统中轨道计算模块 和视景显示模块各作为一个联邦成员，其功能单元之间通过交互来共同完成设 计任务。
5、 根据权利要求3所述的飞行器视景仿真系统，其特征是所述的通信模 块负责从轨道计算模块取得数据，发送数据给视图显示并且负责轨道计算模块 和视图之间在时间上的同步；建立在分布式交互仿真思想上，基于高层体系结 构HLA，搭建系统实现的框架；根据HLA标准确立系统中轨道计算模块和视 景显示模块各作为一个联邦成员，其功能单元之间通过交互来共同完成设计任 务。
全文摘要
本发明提供的是一种飞行器视景仿真系统。由包含所有轨道计算模型、提供和其他模型通讯的统一接口的轨道计算模块，从通信模块接收消息提供相应的显示功能的视图显示模块，提供统一接口获取轨道计算模型数据、同时将相关数据传送给各个视图的通信模块组成，通信模块分别与轨道计算模块和视图显示模块互联。本发明基于三维实时动态显示技术的飞行器轨道姿态演示视景仿真系统，对飞行器在不同环境下的飞行轨迹和姿态进行了仿真，直观地显示出了飞行器运行的全过程。通过航天仿真不仅使用户更加直观的了解航天任务的进行情况，而且可以协助完成飞行方案的设计、验证、论证、筛选和确定。
文档编号G06F17/50GK101398866SQ20081013741
公开日2009年4月1日 申请日期2008年10月29日 优先权日2008年10月29日
发明者司锡才, 茁 李, 娜 赵, 涛 陈 申请人:哈尔滨工程大学