一種機場活動區(qū)監(jiān)控引導系統(tǒng)的實時仿真平臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種機場活動區(qū)監(jiān)控引導系統(tǒng)的實時仿真平臺，包括機場活動區(qū)多傳感器目標仿真系統(tǒng)、飛行姿態(tài)計算與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、模擬駕駛艙席位、記錄與回放模塊、三維視景生成平臺、計算機集群圖形處理系統(tǒng)和大屏幕高清投影顯示系統(tǒng)。所述機場活動區(qū)目標監(jiān)控引導系統(tǒng)將機場活動區(qū)多傳感器目標仿真系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行處理，然后輸出到飛行姿態(tài)計算與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊進行飛行姿態(tài)計算并轉(zhuǎn)換格式，然后通過三維視景生成平臺模擬和通過計算機集群圖形處理系統(tǒng)進行圖形分割，最后通過大屏幕高清投影顯示系統(tǒng)顯示出來。本發(fā)明可適應(yīng)多種機場活動區(qū)監(jiān)視系統(tǒng)的模擬需求，高清顯示無縫拼接畫面，仿真度高。
【專利說明】—種機場活動區(qū)監(jiān)控引導系統(tǒng)的實時仿真平臺

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機場場面活動實時仿真領(lǐng)域，特別是一種對于機場活動區(qū)監(jiān)控引導系統(tǒng)進行驗證評估的仿真平臺。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著民航運輸業(yè)的蓬勃發(fā)展，新建和擴建的機場不斷增多，機場場面結(jié)構(gòu)越來越復雜，場面活動目標越來越多，對機場運行安全和效率提出了挑戰(zhàn)。因此，ICAO (國際民航組織)提出了先進場面活動引導與控制系統(tǒng)的概念。利用先進場面活動引導與控制系統(tǒng)可以在全天候、高密度航班流量和復雜機場環(huán)境條件下，實現(xiàn)對機場場面飛機和車輛的實時監(jiān)控和引導，避免場面活動目標的沖突，提高運行效率，特別是在低能見度情況下，能顯著提高機場運行的安全和效率。由于該系統(tǒng)涉及多個軟硬件系統(tǒng)，包括場面監(jiān)視系統(tǒng)、多傳感器監(jiān)視數(shù)據(jù)處理和融合系統(tǒng)、沖突檢測和告警系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)等，特別是還涉及到多種人員角色(如管制員、飛行員、駕駛員等)的人為因素影響和管制方式的改變，使得難以通過數(shù)學模型對系統(tǒng)功能和效率進行評估和檢驗。
[0003]在國內(nèi)，對于機場活動區(qū)目標監(jiān)控引導系統(tǒng)的研究尚處于起步階段，現(xiàn)有的空中交通管制仿真系統(tǒng)主要是用于管制培訓的進近區(qū)和航路的二維空域仿真、塔臺視景仿真。到目前為止，還沒有完整的針對機場活動區(qū)目標監(jiān)控引導系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)能讓飛行員和管制員參與仿真回路，并向參與者提供仿真視景。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:提供一種機場活動區(qū)監(jiān)控引導系統(tǒng)的實時仿真平臺，以機場活動區(qū)運行場景為基礎(chǔ)，模擬不同傳感器對目標的監(jiān)視數(shù)據(jù)，以無縫拼接技術(shù)顯示高分辨率三維場面視景，同時接入飛行員操作的模擬駕駛艙席位，能更真實地再現(xiàn)機場活動區(qū)運行情況，從而評估飛行員和管制員對系統(tǒng)的影響。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的:
一種機場活動區(qū)監(jiān)控引導系統(tǒng)的實時仿真平臺，包括機場活動區(qū)多傳感器目標仿真系統(tǒng)、飛行姿態(tài)計算與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、記錄與回放模塊、模擬駕駛艙席位、三維視景生成平臺、計算機集群圖形處理系統(tǒng)和大屏幕高清投影顯示系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明與機場活動區(qū)目標監(jiān)控弓I導系統(tǒng)配合使用。
[0007]所述機場活動區(qū)多傳感器目標仿真系統(tǒng)可產(chǎn)生多種數(shù)據(jù)，包括:一 / 二次雷達、場面監(jiān)視雷達、ADS-B、多點定位系統(tǒng)目標監(jiān)視數(shù)據(jù)，飛行計劃數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)，停機位分配信息數(shù)據(jù)等。
[0008]所述飛行姿態(tài)計算與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊接收被仿真的機場活動區(qū)目標監(jiān)控引導系統(tǒng)輸出的融合數(shù)據(jù)，計算飛機的飛行姿態(tài)并將其轉(zhuǎn)換成視景生成所需的數(shù)據(jù)格式，然后將數(shù)據(jù)輸出到三維視景生成平臺。
[0009]由于機場活動區(qū)多傳感器目標仿真系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)不包括飛行器的姿態(tài)數(shù)據(jù)，而在模擬駕駛艙席位上進行視景仿真時，又需要用到飛行器的六自由度姿態(tài)數(shù)據(jù)來驅(qū)動仿真模型，因此需要根據(jù)目標運動當前位置和歷史位置的數(shù)據(jù)計算飛行器的俯仰角、航向角和滾轉(zhuǎn)角。對于場面上運動的飛機，其俯仰角為O ;對處于起降階段的飛機，認為其俯仰角為固定值；而民航飛機的滾轉(zhuǎn)角較小，并且對于場面運動和直線飛行的飛行器，其滾轉(zhuǎn)角認為O ;對于轉(zhuǎn)彎的飛機，其滾轉(zhuǎn)角設(shè)為一較小的固定值。
[0010]所述記錄與回放模塊負責記錄來自機場活動區(qū)多傳感器目標仿真系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)、機場活動區(qū)監(jiān)控引導系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)以及模擬駕駛艙席位上飛行員的操作數(shù)據(jù)，并能根據(jù)要求同步回放或?qū)С錾鲜鰯?shù)據(jù)，用于進行數(shù)據(jù)分析和仿真評估。
[0011]所述記錄與回放模塊接收機場活動區(qū)多傳感器目標仿真系統(tǒng)的仿真輸出數(shù)據(jù)，機場活動區(qū)目標監(jiān)控引導系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)，通過記錄屏幕圖像的方式，記錄管制員在席位的操作情況，通過錄音記錄管制員與飛行員之間的語音通訊，通過記錄模擬駕駛艙輸出的飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)記錄飛行員操作情況。進行回放時，根據(jù)數(shù)據(jù)記錄的時間戳，同步回放各類數(shù)據(jù)，并可控制回放速度。通過記錄與回放模塊可以指定格式導出仿真系統(tǒng)輸入和輸出的數(shù)據(jù)文件，以便進行精度分析。
[0012]所述三維視景生成平臺生成模擬的地形三維場景、機場建筑模型以及云層效果，并將結(jié)果輸出到模擬駕駛艙席位和計算機集群圖形處理系統(tǒng)。
[0013]三維視景生成平臺采用開源飛行模擬軟件Flightgear的可視化引擎；地形數(shù)據(jù)基于SRTM (Shuttle Radar Topography Miss1n航天飛機雷達地形測繪任務(wù))地形數(shù)據(jù)；世界場景生成利用開源工具TerraGear ;根據(jù)DEM (Digital Elevat1n Model數(shù)字高程模型)地形網(wǎng)格三維數(shù)據(jù)和陸地、植被的二維光柵數(shù)據(jù)生成地形三維場景；機場建筑模型采用3DMax構(gòu)建；云層效果模擬采用紋理映射技術(shù)，以立方體構(gòu)建云團，將空間劃分為立方體網(wǎng)格，在將云的圖像作為紋理貼到立方體各面。
[0014]所述模擬駕駛艙席位與機場活動區(qū)目標監(jiān)控引導系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)交互。所述模擬駕駛艙席位包括視景生成模塊、飛行動態(tài)模型、飛行器模塊、機械電氣仿真系統(tǒng)、音效系統(tǒng)、多機飛行模塊、輸入輸出模塊等。所述視景生成模塊采用FlightGear可視化引擎，以駕駛艙視角顯示仿真場景；所述飛行動態(tài)模型采用JSBsim通用六自由度動態(tài)模型，可針對固定翼飛機，仿真飛行器的空氣動力特性，對飛行控制系統(tǒng)的輸入做出反應(yīng)，解算飛行器的六自由度非線性運動方程；所述飛行器模塊整合各分系統(tǒng)；所述多機飛行模塊將所模擬飛行器的運動數(shù)據(jù)發(fā)送至主場景，并將主場景中的其他目標運動數(shù)據(jù)發(fā)送至該模擬飛行器；所述輸入輸出模塊包括多個桌面顯示屏、操作手柄、鍵盤、鼠標，用于提供大視角的駕駛艙拼接視景顯示和模擬飛行器的控制。
[0015]所述模擬駕駛艙席位與機場活動區(qū)目標監(jiān)控引導系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)交互；模擬駕駛艙席位的人員通過話音與管制員聯(lián)系，用以模擬飛行員與管制員之間的交流。
[0016]所述模擬駕駛艙席位與三維視景生成平臺之間進行數(shù)據(jù)交互，三維視景生成平臺中各目標的位置將發(fā)送到模擬駕駛艙席位，并以駕駛艙視角進行顯示。同時模擬駕駛艙所仿真的飛行器位置、姿態(tài)數(shù)據(jù)則發(fā)送到三維視景平臺通過大屏幕進行顯示。
[0017]所述計算機集群圖形處理系統(tǒng)將三維視景生成平臺的模擬數(shù)據(jù)進行圖形校正和子屏幕分割計算，然后發(fā)送到大屏幕高清投影顯示系統(tǒng)顯示出來。
[0018]所述大屏幕高清投影顯示系統(tǒng)的軟件部分分為中心服務(wù)器端軟件集和圖形渲染工作站端軟件集兩大部分。
[0019]作為優(yōu)選，所述機場活動區(qū)多傳感器目標仿真系統(tǒng)包括路徑庫編輯模塊、目標場景仿真編輯模塊、運行參數(shù)設(shè)置模塊、仿真運行實時動態(tài)計算、批量目標仿真模塊、仿真運行控制模塊和多傳感器數(shù)據(jù)仿真生成與發(fā)送模塊。
[0020]所述路徑庫編輯模塊用于建立路徑庫，涵蓋每一停機位的起飛、降落、滑行運動路線，實現(xiàn)機場地理信息建立、運動路徑設(shè)定、路徑的保存與讀?。凰瞿繕藞鼍胺抡婢庉嬆K通過文件加載的方式從路徑庫編輯模塊的路徑庫中讀取目標路徑信息并通過運行參數(shù)設(shè)置模塊對目標識別信息和飛行計劃信息進行人工設(shè)置，實現(xiàn)目標場景建立、飛行計劃編輯、路徑數(shù)據(jù)庫讀取與選擇、場景增加/刪除、場景庫保存與讀取；所述仿真運行實時動態(tài)計算模塊負責對仿真場景以及仿真的批量目標進行仿真推進計算、計算每一步進時刻的場面交通狀況，即各目標的運行位置和狀態(tài)信息；所述仿真運行控制模塊包括了控制整個仿真場景的暫停、繼續(xù)、結(jié)束和指定目標的停止、速度、高度等運動參數(shù)的控制，從而能夠模擬出機場活動區(qū)和終端區(qū)空域的各種運行場景，包括目標正常運行、排隊、滑行道沖突、停機坪沖突、跑道運行沖突、危險接近等；所述多傳感器數(shù)據(jù)仿真生成與發(fā)送模塊仿真生成與發(fā)送的數(shù)據(jù)包括目標動態(tài)數(shù)據(jù)、飛行動態(tài)電報數(shù)據(jù)、停機位分配數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)。本優(yōu)選方式通過路徑庫的管理方式，將目標運動路徑與機場場面布局獨立，從而能夠適應(yīng)各種目標運動情景；同時仿真運行中能夠?qū)θ我庵付ǚ抡婺繕说倪\動進行控制，提高了機場場面活動仿真的精細度，并能有效地對目標沖突、危險接近等各種特情進行仿真。
[0021]作為優(yōu)選，所述機場活動區(qū)目標監(jiān)控引導系統(tǒng)包括監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊、飛行計劃處理模塊、多傳感器監(jiān)視數(shù)據(jù)融合處理模塊、管制員席位顯示終端，所述機場活動區(qū)多傳感器目標仿真系統(tǒng)的多種類型傳感器監(jiān)視數(shù)據(jù)，停機位分配數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳輸?shù)綑C場活動區(qū)目標監(jiān)控引導系統(tǒng)中的監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊，所述飛行計劃數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)直接通過異步串口服務(wù)器傳輸?shù)斤w行計劃處理模塊，這幾種輸入數(shù)據(jù)經(jīng)多傳感器監(jiān)視數(shù)據(jù)融合處理模塊進行融合處理之后，通過以太網(wǎng)傳輸?shù)斤w行姿態(tài)計算與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊。
[0022]作為優(yōu)選，所述三維視景生成平臺將結(jié)果通過以太網(wǎng)的方式輸出到模擬駕駛艙席位和計算機集群圖形處理系統(tǒng)。
[0023]作為優(yōu)選，所述計算機集群圖形處理系統(tǒng)包括一臺集群控制工作站、一個攝像頭和若干個圖形渲染工作站，所述大屏幕高清投影顯示系統(tǒng)由若干投影機組成，所述各圖形渲染工作站將三維視景生成平臺的結(jié)果分別通過投影機輸出圖像進行拼接顯示，所述攝像頭采集各投影機的輸出圖形傳給集群控制工作站進行圖形校正與子屏幕分割計算，再將結(jié)果通過以太網(wǎng)輸出到各圖形渲染工作站進行調(diào)整。
[0024]所述中心服務(wù)器端軟件集置于集群控制工作站內(nèi)，主要包括以下模塊:
(I)多屏幕自動化校準模塊
多屏幕自動化校準模塊通過攝像頭獲取各投影機投在投影幕上的圖像，之后通過圖像特征提取和解算，得到子屏幕的幾何失真校正矩陣、子屏幕的色彩校正系數(shù)、子屏幕間重合帶的坐標和融合系數(shù)。最后，將得到的各種參數(shù)存盤，并發(fā)送到各圖形渲染工作站。
[0025](2)應(yīng)用程序服務(wù)器模塊
應(yīng)用程序服務(wù)器模塊完全替代了集群控制工作站中的OpenGL圖形庫，所有應(yīng)用程序?qū)penGL庫的調(diào)用被本模塊截獲，所有的圖形渲染指令不會在集群控制工作站上執(zhí)行。應(yīng)用程序服務(wù)器模塊將根據(jù)配置參數(shù)，把圖形渲染數(shù)據(jù)和指令進行分割(分割為若干個子屏幕)。之后，將分割后的指令與數(shù)據(jù)分發(fā)到各個圖形渲染工作站，最后由各圖形渲染計算機實現(xiàn)圖形的顯示。
[0026](3)集群管理控制模塊
集群管理控制模塊負責對集群系統(tǒng)參數(shù)的配置管理，以及完成對圖形渲染軟件動態(tài)配置、起停等控制。系統(tǒng)設(shè)計中充分考慮了軟件的可調(diào)整性和系統(tǒng)的靈活配置，所有的參數(shù)均使用腳本方式管理。腳本的編輯可由系統(tǒng)所帶的圖形化配置程序進行直觀、快速的配置。
[0027]所述圖形渲染工作站端軟件集置于各圖形渲染工作站內(nèi)，主要包括以下模塊:
(I)子圖像三維渲染模塊
子圖像三維渲染模塊負責子屏幕的圖像渲染，該模塊接受集群控制工作站中的應(yīng)用程序服務(wù)器模塊發(fā)來的相應(yīng)子屏幕的圖形渲染指令，通過調(diào)用本機上的OpenGL庫或GLUT庫來完成實際的圖形渲染工作。
[0028]( 2 )子屏幕幾何校正模塊
子屏幕幾何校正模塊利用校正程序計算出的幾何失真校正矩陣來完成對子圖像三維渲染模塊渲染結(jié)果的幾何校正，幾何校正除了要考慮投影圖像的幾何失真，還要考慮各子屏幕之間的重疊。幾何校正不僅會修正幾何失真，還將使各重疊區(qū)域內(nèi)的相關(guān)子屏幕的投影圖像完全重合(即融合帶對齊)。
[0029]( 3 )子屏幕邊緣融合模塊
子屏幕邊緣融合模塊利用校正程序計算出的屏幕的色彩校正系數(shù)對各投影儀之間的色差進行自動的補償。此外，本模塊還將利用由校正程序計算出的子屏幕間重合帶的坐標和融合系數(shù)，對邊沿重合帶圖像進行Alpha值修正。最后，將經(jīng)過處理的子屏幕圖像送至顯卡進行顯示。
[0030]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
1、可通過模擬一/ 二次雷達、場面監(jiān)視雷達、ADS-B、多點定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)，能夠適應(yīng)接入多種場面監(jiān)視系統(tǒng)的仿真需求，滿足對不同類型傳感器數(shù)據(jù)融合效果的驗證與評估；
2、可通過在仿真運行時對各仿真目標的控制，實現(xiàn)對機場活動區(qū)不同運行場景的仿真，包括各種目標沖突、危險接近等特情場景。
[0031]3、以大屏幕高清投影顯示方式，能夠更真實地模擬塔臺管制員的工作視景，提高了仿真的沉浸感。
[0032]4、通過接入模擬駕駛艙席位，在實時仿真中能夠較好地引入人為因素，從而有效評估飛行員的反應(yīng)對系統(tǒng)的影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明的功能模塊圖。
[0034]圖2是本發(fā)明的仿真平臺架構(gòu)圖。
[0035]圖3是本發(fā)明的機場活動區(qū)多傳感器目標仿真系統(tǒng)功能模塊圖。
[0036]圖4是本發(fā)明的大屏幕投影顯示系統(tǒng)架構(gòu)圖。

【具體實施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作詳細的說明。
[0038]如圖1所示，一種機場活動區(qū)監(jiān)控引導系統(tǒng)的實時仿真平臺，包括機場活動區(qū)多傳感器目標仿真系統(tǒng)、飛行姿態(tài)計算與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、模擬駕駛艙席位、三維視景生成平臺、計算機集群圖形處理系統(tǒng)和大屏幕高清投影顯示系統(tǒng)；所述機場活動區(qū)多傳感器目標仿真系統(tǒng)可產(chǎn)生多種數(shù)據(jù)，包括:一 / 二次雷達、場面監(jiān)視雷達、ADS-B、多點定位系統(tǒng)目標監(jiān)視數(shù)據(jù)，飛行計劃數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)，停機位分配信息數(shù)據(jù)等，在仿真運行中，可以實時控制整個仿真場景的暫停、繼續(xù)、結(jié)束和指定目標的停止、速度、高度等運動參數(shù)的控制，從而能夠模擬出機場活動區(qū)和終端區(qū)空域的各種運行場景，包括目標正常運行、排隊、滑行道沖突、停機坪沖突、跑道運行沖突、危險接近等；所述飛行姿態(tài)計算與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊接收被仿真的機場活動區(qū)目標監(jiān)控引導系統(tǒng)輸出的融合數(shù)據(jù)，計算飛機的飛行姿態(tài)并將其轉(zhuǎn)換成視景生成所需的數(shù)據(jù)格式，然后將數(shù)據(jù)輸出到三維視景生成平臺；所述記錄與回放模塊可記錄機場活動區(qū)多傳感器目標仿真系統(tǒng)仿真輸出的數(shù)據(jù)(包括多傳感器目標仿真數(shù)據(jù)、飛行計劃數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、停機位分配數(shù)據(jù))，機場活動區(qū)目標監(jiān)控引導系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)、語音通訊數(shù)據(jù)、管制員席位操作數(shù)據(jù)等，并可將上述數(shù)據(jù)進行同步回放，可用于分析仿真效果；所述記錄與回放模塊還可以將目標數(shù)據(jù)導出成文本文件，以便進行精度分析使用；所述三維視景生成平臺生成模擬的地形三維場景、機場建筑模型以及云層效果，并將結(jié)果通過以太網(wǎng)輸出到模擬駕駛艙席位和計算機集群圖形處理系統(tǒng)；所述模擬駕駛艙席位與機場活動區(qū)目標監(jiān)控引導系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)交互；模擬駕駛艙席位的人員通過話音與管制員聯(lián)系，用以模擬飛行員與管制員之間的交流。所述模擬駕駛艙席位與三維視景生成平臺之間進行數(shù)據(jù)交互，三維視景生成平臺中各目標的位置將發(fā)送到模擬駕駛艙席位，并以駕駛艙視角進行顯示。同時模擬駕駛艙所仿真的飛行器位置、姿態(tài)數(shù)據(jù)則發(fā)送到三維視景平臺通過大屏幕進行顯示。所述計算機集群圖形處理系統(tǒng)將三維視景生成平臺的模擬數(shù)據(jù)進行圖形校正和子屏幕分割計算，然后發(fā)送到大屏幕高清投影顯示系統(tǒng)顯示出來。
[0039]本發(fā)明與機場活動區(qū)目標監(jiān)控弓I導系統(tǒng)配合使用。
[0040]如圖2所示，所述機場活動區(qū)目標監(jiān)控引導系統(tǒng)包括監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊、飛行計劃處理模塊、多傳感器監(jiān)視數(shù)據(jù)融合處理模塊、管制員席位顯示終端，所述機場活動區(qū)多傳感器目標仿真系統(tǒng)的多種類型傳感器監(jiān)視數(shù)據(jù)，停機位分配數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳輸?shù)綑C場活動區(qū)目標監(jiān)控引導系統(tǒng)中的監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊，所述飛行計劃數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)直接通過異步串口服務(wù)器傳輸?shù)斤w行計劃處理模塊，這幾種輸入數(shù)據(jù)經(jīng)多傳感器監(jiān)視數(shù)據(jù)融合處理模塊進行融合處理之后，通過以太網(wǎng)傳輸?shù)斤w行姿態(tài)計算與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊。
[0041]如圖4所示，所述計算機集群圖形處理系統(tǒng)包括一臺集群控制工作站、一個攝像頭和若干個圖形渲染工作站，所述大屏幕高清投影顯示系統(tǒng)由若干投影機組成，所述各圖形渲染工作站將三維視景生成平臺的結(jié)果分別通過投影機輸出圖像進行拼接顯示，所述攝像頭采集各投影機的輸出圖形傳給集群控制工作站進行圖形校正與子屏幕分割計算，再將結(jié)果通過以太網(wǎng)輸出到各圖形渲染工作站進行調(diào)整。
[0042]如圖3所示，所述機場活動區(qū)多傳感器目標仿真系統(tǒng)包括路徑庫編輯模塊、目標場景仿真編輯模塊、運行參數(shù)設(shè)置模塊、仿真運行實時動態(tài)計算、批量目標仿真模塊、仿真運行控制模塊和多傳感器數(shù)據(jù)仿真生成與發(fā)送模塊；所述路徑庫編輯模塊用于建立路徑庫，涵蓋每一停機位的起飛、降落、滑行運動路線，實現(xiàn)機場地理信息建立、運動路徑設(shè)定、路徑的保存與讀?。凰瞿繕藞鼍胺抡婢庉嬆K通過文件加載的方式從路徑庫編輯模塊的路徑庫中讀取目標路徑信息并通過運行參數(shù)設(shè)置模塊對目標識別信息和飛行計劃信息進行人工設(shè)置，實現(xiàn)目標場景建立、飛行計劃編輯、路徑數(shù)據(jù)庫讀取與選擇、場景增加/刪除、場景庫保存與讀??；所述仿真運行實時動態(tài)計算模塊負責對仿真場景以及仿真的批量目標進行仿真推進計算、計算每一步進時刻的場面交通狀況，即各目標的運行位置和狀態(tài)信息；所述仿真運行控制模塊負責控制整個仿真場景的暫停、繼續(xù)、結(jié)束和指定目標的停止、速度、高度等運動參數(shù)的控制，從而能夠模擬出機場活動區(qū)和終端區(qū)空域的各種運行場景，包括目標正常運行、排隊、滑行道沖突、停機坪沖突、跑道運行沖突、危險接近等；所述多傳感器數(shù)據(jù)仿真生成與發(fā)送模塊仿真生成與發(fā)送的數(shù)據(jù)包括目標動態(tài)數(shù)據(jù)、飛行動態(tài)電報數(shù)據(jù)、停機位分配數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)。
[0043]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種機場活動區(qū)監(jiān)控引導系統(tǒng)的實時仿真平臺，其特征在于:包括機場活動區(qū)多傳感器目標仿真系統(tǒng)、飛行姿態(tài)計算與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、記錄與回放模塊、模擬駕駛艙席位、三維視景生成平臺、計算機集群圖形處理系統(tǒng)和大屏幕高清投影顯示系統(tǒng)； 所述機場活動區(qū)多傳感器目標仿真系統(tǒng)可產(chǎn)生多種數(shù)據(jù)，包括:一 / 二次雷達、場面監(jiān)視雷達、ADS-B、多點定位系統(tǒng)目標監(jiān)視數(shù)據(jù)，飛行計劃數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)，停機位分配信息數(shù)據(jù)等，仿真中可人工實時控制場景的運行、暫停和指定目標的運動速度、高度等運動參數(shù)； 所述飛行姿態(tài)計算與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊可接收機場活動區(qū)目標監(jiān)控引導系統(tǒng)輸出的融合數(shù)據(jù)，計算飛機的飛行姿態(tài)并將其轉(zhuǎn)換成視景生成所需的數(shù)據(jù)格式，然后將數(shù)據(jù)輸出到三維視景生成平臺； 所述記錄與回放模塊負責記錄來自機場活動區(qū)多傳感器目標仿真系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)、機場活動區(qū)監(jiān)控引導系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)、管制員操作數(shù)據(jù)、模擬駕駛艙席位上飛行員的操作數(shù)據(jù)、管制員與飛行員的語言通訊，并能根據(jù)要求同步回放或?qū)С錾鲜鰯?shù)據(jù)，用于進行數(shù)據(jù)分析和仿真評估； 所述三維視景生成平臺生成模擬的地形三維場景、機場建筑模型以及云層效果，并將結(jié)果輸出到模擬駕駛艙席位和計算機集群圖形處理系統(tǒng)； 所述模擬駕駛艙席位與機場活動區(qū)目標監(jiān)控引導系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)交互；操作模擬駕駛艙的飛行員通過話音與管制員聯(lián)系，用以模擬現(xiàn)實管制運行中飛行員與管制員之間的交流； 所述模擬駕駛艙席位與三維視景生成平臺之間進行數(shù)據(jù)交互，三維視景生成平臺中各目標的位置將發(fā)送到模擬駕駛艙席位，并以駕駛艙視角進行顯示；同時模擬駕駛艙所仿真的飛行器位置、姿態(tài)數(shù)據(jù)則發(fā)送到三維視景平臺通過大屏幕進行顯示； 所述計算機集群圖形處理系統(tǒng)將三維視景生成平臺的模擬數(shù)據(jù)進行圖形校正和子屏幕分割計算，然后發(fā)送到大屏幕高清投影顯示系統(tǒng)顯示出來。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機場活動區(qū)監(jiān)控引導系統(tǒng)的實時仿真平臺，其特征在于:所述三維視景生成平臺將結(jié)果通過以太網(wǎng)的方式輸出到模擬駕駛艙席位和計算機集群圖形處理系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機場活動區(qū)監(jiān)控引導系統(tǒng)的實時仿真平臺，其特征在于:所述計算機集群圖形處理系統(tǒng)包括一臺集群控制工作站、一個攝像頭和若干個圖形渲染工作站，所述大屏幕高清投影顯示系統(tǒng)由若干投影機組成，所述各圖形渲染工作站將三維視景生成平臺的結(jié)果分別通過投影機輸出圖像進行拼接顯示，所述攝像頭采集各投影機的輸出圖形傳給集群控制工作站進行圖形校正與子屏幕分割計算，再將結(jié)果通過以太網(wǎng)輸出到各圖形渲染工作站進行調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機場活動區(qū)監(jiān)控引導系統(tǒng)的實時仿真平臺，其特征在于:所述機場活動區(qū)多傳感器目標仿真系統(tǒng)包括路徑庫編輯模塊、目標場景仿真編輯模塊、運行參數(shù)設(shè)置模塊、仿真運行實時動態(tài)計算、批量目標仿真模塊、仿真運行控制模塊和多傳感器數(shù)據(jù)仿真生成與發(fā)送模塊； 所述路徑庫編輯模塊用于建立路徑庫，涵蓋每一停機位的起飛、降落、滑行運動路線，實現(xiàn)機場地理信息建立、運動路徑設(shè)定、路徑的保存與讀取； 所述目標場景仿真編輯模塊通過文件加載的方式從路徑庫編輯模塊的路徑庫中讀取目標路徑信息并通過運行參數(shù)設(shè)置模塊對目標識別信息和飛行計劃信息進行人工設(shè)置，實現(xiàn)目標場景建立、飛行計劃編輯、路徑數(shù)據(jù)庫讀取與選擇、場景增加/刪除、場景庫保存與讀??； 所述仿真運行實時動態(tài)計算模塊負責對仿真場景以及仿真的批量目標進行仿真推進計算、計算每一步進時刻的場面交通狀況，即各目標的運行位置和狀態(tài)信息； 所述仿真運行控制模塊包括了控制整個仿真場景的暫停、繼續(xù)、結(jié)束和指定目標的起止、速度、高度等運動參數(shù)的控制，可在仿真運行中對場景和目標進行實時控制； 所述多傳感器數(shù)據(jù)仿真生成與發(fā)送模塊仿真生成與發(fā)送的數(shù)據(jù)包括目標動態(tài)數(shù)據(jù)、飛行動態(tài)電報數(shù)據(jù)、停機位分配數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)。
【文檔編號】G05B17/02GK104133378SQ201410381062
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月5日
【發(fā)明者】黃榮順, 朱盼, 吳宏剛, 劉昌忠, 陳通, 黃忠濤, 王國強, 吳林敏, 唐勇 申請人:中國民用航空總局第二研究所