一種飛行仿真框架系統技術方案

本發明專利技術公開了一種飛行仿真框架系統，該系統由主控制臺、仿真子系統和圖形系統構成；主控制臺用于整個仿真過程的控制、系統配置的設計與分發、仿真框架內時間同步；仿真子系統進行飛行功能模塊的仿真，能夠加載一個或者多個功能仿真模塊，提供網絡通訊功能、時序控制功能、任務調度功能和時間同步功能；圖形系統用于圖形的3D顯示。該系統是一套用于聯網飛行仿真系統，具有高度可重用、可疊加擴展、可靈活部署的功能模塊，只需作簡單的配置即可快速構建一套飛行仿真系統；同時提供與之配套的用于功能組件聯網運行的嵌入式計算機及數據采集系統。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于飛行控制與仿真
，涉及一種具有高實時性的飛行仿真系統， 尤其是一種飛行仿真框架系統。
技術介紹
對于民機來說，僅飛行性能、操控等數據是保密的，因此，民機的訓練模擬器技術至今非常成熟，國際間的合作也越來越深入，我們在工程模擬器、訓練模擬器的競爭優勢幾乎沒有，乘務培訓器(設備使用、逃生撤離等)有專門的公司設計制造，其產值與利潤相對較低，沒有競爭的必要；與訓練模擬器配套用于飛行員理論培訓的設備如CBT、FTD可作為大力發展的產品；在目前，空、地勤訓練器在國內尚屬空白，一臺進口的空、地勤訓練器約在 200到300萬元人民幣，而且一臺訓練模擬器需配套多臺該訓練器，可作為一個產品發展方向而大力發展。目前的運動系統中，三軸或五軸轉臺能滿足戰斗機的各種機動飛行動作要求，但其承重量較小(最大6噸左右)，如果能開發出低于500kg的視景系統，將使戰斗機的訓練模擬器能完全復現真實飛行。因此，新型的視景系統、戰斗機訓練/工程模擬器及與之相關聯的空、地勤培訓器、CBT、FTD可作為產品的研發方向。無論是民機還是軍機的工程模擬器，其飛行控制律參數整定器盡管量不大，但由于是在軟件開發過程中附帶出的一個功能組件，其開發成本不高，而且該設備不僅可體現設計能力，亦可借助此設備提高參與工程模擬器研制的競爭機會。因此亦有必要作為一個產品來發展。現代戰爭都是多兵種協同作戰，戰斗機作戰過程仿真、空中格斗仿真、作戰效能評估等是飛行仿真的重要應用領域和發展方向，在國內還沒有成熟的聯合作戰仿真軟件平臺，因此，開發聯合仿真軟件平臺對今后在模擬器行業中的發展是非常必要的。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種飛行仿真框架系統，該系統是一套用于聯網飛行仿真系統，具有高度可重用、可疊加擴展、可靈活部署的功能模塊， 只需作簡單的配置即可快速構建一套飛行仿真系統；同時提供與之配套的用于功能組件聯網運行的嵌入式計算機及數據采集系統。本專利技術的目的是通過以下技術方案來解決的一種飛行仿真框架系統，該系統由主控制臺、仿真子系統和圖形系統構成；主控制臺用于整個仿真過程的控制、系統配置的設計與分發、仿真框架內時間同步；仿真子系統進行飛行功能模塊的仿真，能夠加載一個或者多個功能仿真模塊，提供網絡通訊功能、時序控制功能、任務調度功能和時間同步功能；圖形系統用于圖形的3D顯示；主控制臺與仿真子系統之間通過仿真內部網進行通信，仿真內部網是一個利用集線器連接的千兆以太網；4主控制臺與圖形系統之間通過圖形顯示網進行通信，圖形顯示網是一個利用交換機連接的千兆以太網。所述主控制臺包括系統配置模塊、仿真控制模塊、高精度時鐘模塊、網絡通訊模塊和用戶界面模塊；高精度時鐘設置在一個CPU上，網絡通訊模塊設置在一個CPU上，系統配置模塊、仿真控制模塊和用戶界面模塊設置在一個CPU上；系統配置模塊用于進行仿真框架的配置，包括對子系統信息、仿真模塊信息、各個模塊所屬子系統、各個仿真模塊的任務調度時刻表、網絡時間片分配表和全局數據表進行配置；全局數據表記錄了當前仿真框架內各個仿真模塊所產生的所有數據，由id、類型和數據3個字段組成，每個仿真子系統都在本地維護一個全局數據表的副本，當底層網絡通信層接收到其他系統的仿真應用數據時， 更新本地全局數據表，仿真調度模塊根據每個仿真模塊的配置從全局數據表中獲取仿真輸入數據，按照調度發送給各個仿真模塊，并獲取仿真模塊的運行結果，更新全局數據表，按照配置在指定時間片段內將本子系統維護的仿真應用數據發送給其他子系統。所述仿真控制模塊進行仿真框架的控制，進行系統配置的分發、初始化各個仿真子系統、飛行仿真的開啟與終止、時鐘同步控制；系統配置的分發在仿真控制開始前，通過UDP協議進行系統配置的分發，按照子系統IP，輪番發送子系統的配置信息，直到收到全部子系統的配置成功確認信息后，才能使能仿真控制功能；對每個子系統發送3次后仍然沒有反饋則報警提示；仿真框架的控制系統配置分發成功后，可進行飛行仿真，開啟仿真過程的時刻為仿真O時刻，將發送的時間同步幀中的仿真過程位設為仿真開始，表示仿真的開啟；整個仿真內部網將按照已設置的網絡通信調度表進行通信，同時各個仿真模塊按照其調度表開始運行；停止仿真通過指定時間同步幀中標記的仿真過程位為仿真結束來停止仿真；停止仿真后主控制臺將通過UDP接口回收各個子系統的運行中間記錄，以便于分析整個仿真過 時鐘同步控制時間同步幀中包含2個字段仿真時刻，仿真過程位；仿真時刻記錄主控制臺的從仿真開始以來高精度時鐘記錄的us ;仿真過程位標記仿真控制字段；每當到達主控制臺的網絡時間窗口，則讀取當前仿真時刻，通過時間同步幀發送給各個子系圖像數據分發根據全局數據表中圖形相關數據，以及從外網中接收到的其他模擬器信息，組成圖像數據包定時發送給主控臺，由主控臺控制進行圖形的仿真顯示。所述高精度時鐘模塊主要用于產生高精度時鐘，并按照網絡時間調度表，在主控制臺的時間窗口通過網絡通訊模塊發送時鐘同步信號；為了實現時間進度達到 100us-200us級的高精度時鐘，由仿真控制啟動后執行，利用SetProcessAffinityMask(設置親緣性)函數將本程序設定到單獨cpu上，并利用SetPriorityClass (子進程調用)函數提升優先級至實時級別，利用windows提供的QueryPerformanceFrequency (時間計數) 函數來獲得CPU的時鐘頻率，并死循環調用QueryPerformanceCounter (時間計時)函數來計算過去的震蕩次數，達到Ius級計時精度。所述網絡通訊模塊提供鏈路層的數據收發接口，并實時接收各個子系統的數據報文更新全局數據表，發送主控制臺的相關數據；利用winpcap包實現以太網鏈路層的數據收發功能，在網絡同步時鐘下，按照給定的數據發送時序將各個仿真應用的數據傳送到指5定的其他節點，并接收其他節點的仿真應用數據。所述用戶界面模塊用于飛行仿真信息的部分可視化工作，包括全局數據表中的各個數據狀態、各個子系統的狀態。所述仿真子系統包括網絡通訊模塊、高精度時鐘、仿真調度模塊、多個仿真模塊組成；網絡通訊模塊主要提供鏈路層的數據收發接口，發送本子系統的相關數據，接收時間同步信號更新本地高精度實時時鐘，接收其他子系統數據更新全局數據表；高精度實時時鐘主要用于產生本地的高精度時鐘，保持與主控制臺的時間同步，細分時間片，調用線程間通信接口來調度仿真模塊；根據配置的網絡時刻調度表，發送本子系統相關數據；按照任務調度時刻表，通知仿真功能模塊運行，維護全局數據表；系統配置配置接收及初始化接收主控制臺發送的系統配置信息，并根據配置加載各個仿真功能模塊；時間同步接收到主控臺的時間同步幀后，更新本地時間，判斷并更新調度狀態。 如果仿真功能模塊已經在執行計算，而此時發生時間回滾，有可能再次觸發調度，取消本次調度，記錄本次信息，方便后續分析；線程間通信線程間通信采用共享內存的方法，將調度模塊所需要的數據打入包中，由仿真功能模塊取出數據，并將計算結果返回，同時更新全局數據表；仿真模塊運行由用戶配置的仿真功能，獲取輸入參數，利用設定的仿真算法，計算并更新任務相關數據；網絡通信模塊接收到其他子系統的數據更新信息，更新全局本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種飛行仿真框架系統，其特征在于：該系統由主控制臺、仿真子系統和圖形系統構成；主控制臺用于整個仿真過程的控制、系統配置的設計與分發、仿真框架內時間同步；仿真子系統進行飛行功能模塊的仿真，能夠加載一個或者多個功能仿真模塊，提供網絡通訊功能、時序控制功能、任務調度功能和時間同步功能；圖形系統用于圖形的3D顯示；主控制臺與仿真子系統之間通過仿真內部網進行通信，仿真內部網是一個利用集線器連接的千兆以太網；主控制臺與圖形系統之間通過圖形顯示網進行通信，圖形顯示網是一個利用交換機連接的千兆以太網。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張建，李衛，呼衛軍，
申請(專利權)人：西安睿盛仿真科技有限公司，
類型：發明
國別省市：