一種用于無(wú)人機(jī)飛行和任務(wù)操作訓(xùn)練的模擬器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出了一種用于無(wú)人機(jī)飛行和任務(wù)操作訓(xùn)練的模擬器，該模擬器由仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)、飛行操作分系統(tǒng)、任務(wù)設(shè)備操作分系統(tǒng)、教學(xué)評(píng)估分系統(tǒng)、示教演示分系統(tǒng)和局域網(wǎng)組成，其中仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)由無(wú)人機(jī)仿真模型和任務(wù)設(shè)備組成，在無(wú)人機(jī)仿真模型中還設(shè)有故障模擬模塊。由于不需動(dòng)用實(shí)裝無(wú)人機(jī)，而且在無(wú)人機(jī)仿真模型中引入了風(fēng)場(chǎng)和大氣環(huán)境的模擬，在保證飛行安全的同時(shí)，使得模擬訓(xùn)練的操作的仿真度更高，而且還可以進(jìn)行故障排查能力的訓(xùn)練。
【專利說(shuō)明】
一種用于無(wú)人機(jī)飛行和任務(wù)操作訓(xùn)練的模擬器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及模擬器領(lǐng)域，尤其是無(wú)人機(jī)的飛行和任務(wù)操作訓(xùn)練領(lǐng)域，特別是一種用于無(wú)人機(jī)飛行和任務(wù)操作訓(xùn)練的模擬器，可用于無(wú)人機(jī)專業(yè)人員的專業(yè)學(xué)習(xí)和教學(xué)培訓(xùn)。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)條件下，利用無(wú)人機(jī)執(zhí)行各種任務(wù)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，對(duì)操作人員具有很高的要求。除了要求操作人員了解一定的飛行原理、大氣紊流知識(shí)外，還要求熟悉無(wú)人機(jī)的飛行特性、載荷特性、使用維護(hù)特性、飛控原理，并且具備一定的操控經(jīng)驗(yàn)和良好的心理素質(zhì)。尤其是在無(wú)人機(jī)起飛和返場(chǎng)降落時(shí)，由于近地飛行且地面風(fēng)場(chǎng)變化等因素，稍有不慎，便會(huì)使裝備受損，從而對(duì)地面站操控員提出了較高的要求。另外，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)一般具有指揮和控制多機(jī)飛行能力。在實(shí)際飛行中，操控員的多機(jī)操作壓力及難度相對(duì)較大，需要多人配合、協(xié)調(diào)操作。
[0003]為了使操作人員能夠正確、熟練地操作無(wú)人機(jī)，從而保障各種任務(wù)的遂行，需要對(duì)操作人員進(jìn)行必要的培訓(xùn)和訓(xùn)練。目前，現(xiàn)有的無(wú)人機(jī)模擬訓(xùn)練通常僅僅是依托實(shí)裝地面站進(jìn)行簡(jiǎn)單的模擬操作，由于僅僅是模擬操作，無(wú)人機(jī)并不飛行，缺少外部環(huán)境對(duì)無(wú)人機(jī)的影響反饋，因此模擬操作與無(wú)人機(jī)實(shí)際飛行時(shí)的差異性較大。由于沒(méi)有完整的無(wú)人機(jī)飛行模擬訓(xùn)練裝備，因此在現(xiàn)階段還無(wú)法進(jìn)行有針對(duì)性和直觀的實(shí)際操作訓(xùn)練。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]為了解決現(xiàn)有無(wú)人機(jī)模擬操作訓(xùn)練中存在的模擬操作與無(wú)人機(jī)實(shí)際飛行時(shí)差異性較大的問(wèn)題，以及無(wú)人機(jī)操作人員的故障排查和使用維護(hù)能力較弱的問(wèn)題。
[0005]本實(shí)用新型提出了一種用于無(wú)人機(jī)飛行和任務(wù)操作訓(xùn)練的模擬器，該模擬器由仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)、飛行操作分系統(tǒng)、任務(wù)設(shè)備操作分系統(tǒng)、教學(xué)評(píng)估分系統(tǒng)、示教演示分系統(tǒng)和局域網(wǎng)組成；
[0006]仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)由無(wú)人機(jī)仿真模型和任務(wù)設(shè)備組成；
[0007]任務(wù)設(shè)備操作分系統(tǒng)通過(guò)仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)中的無(wú)人機(jī)仿真模型與任務(wù)設(shè)備電連接；
[0008]局域網(wǎng)由操控采集局域網(wǎng)、測(cè)控局域網(wǎng)和參數(shù)采集局域網(wǎng)組成；其中操控采集局域網(wǎng)用于將飛行操作分系統(tǒng)和任務(wù)設(shè)備操作分系統(tǒng)的信息傳輸至教學(xué)評(píng)估分系統(tǒng)和示教演示分系統(tǒng)；測(cè)控局域網(wǎng)用于實(shí)現(xiàn)飛行操作分系統(tǒng)、任務(wù)設(shè)備操作分系統(tǒng)與仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)之間的雙向通信;參數(shù)采集局域網(wǎng)用于將仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)的信息傳輸至教學(xué)評(píng)估分系統(tǒng)和示教演示分系統(tǒng)。
[0009]上述模擬器可實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)飛行全流程的模擬，逼真度高、實(shí)際操作能力強(qiáng)，將其應(yīng)用到教學(xué)和訓(xùn)練中，無(wú)人機(jī)操作人員能夠在較短的時(shí)間熟悉和掌握無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的使用與維護(hù)。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為用于無(wú)人機(jī)飛行和任務(wù)操作訓(xùn)練的模擬器結(jié)構(gòu)組成示意圖。
[0011 ]圖2為飛行操作分系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
[0012]圖3為模擬器中各機(jī)柜設(shè)置及機(jī)柜結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本實(shí)用新型提出了一種用于無(wú)人機(jī)飛行和任務(wù)操作訓(xùn)練的模擬器，是一種主要面向無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)和任務(wù)系統(tǒng)的模擬器，可應(yīng)用于無(wú)人機(jī)裝備教學(xué)和無(wú)人機(jī)操作人員訓(xùn)練。下面結(jié)合附圖1-3對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。
[0014]如圖1所示，本實(shí)用新型提出的一種用于無(wú)人機(jī)飛行和任務(wù)操作訓(xùn)練的模擬器具體由仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)、飛行操作分系統(tǒng)、任務(wù)設(shè)備操作分系統(tǒng)、教學(xué)評(píng)估分系統(tǒng)、示教演示分系統(tǒng)和局域網(wǎng)組成。
[0015]仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)由無(wú)人機(jī)仿真模型和任務(wù)設(shè)備組成。
[0016]其中，無(wú)人機(jī)仿真模型為通過(guò)計(jì)算機(jī)呈現(xiàn)的虛擬無(wú)人機(jī)模型，使用無(wú)人機(jī)仿真模型的目的在于在傳統(tǒng)的模擬操作訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，增加操作對(duì)象無(wú)人機(jī)的反饋，主要是以圖形的形式展示無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)姿態(tài)，并以數(shù)據(jù)的形式展示無(wú)人機(jī)的各種參數(shù);而且無(wú)人機(jī)仿真模型在設(shè)計(jì)時(shí)引入了風(fēng)場(chǎng)和大氣環(huán)境的模擬，為無(wú)人機(jī)仿真模擬提供了模擬飛行環(huán)境，從而使得無(wú)人機(jī)的操作訓(xùn)練更加接近無(wú)人機(jī)的實(shí)際飛行，通過(guò)上述方法還可有效降低實(shí)際裝備在訓(xùn)練過(guò)程中的受損概率，可實(shí)現(xiàn)在保證訓(xùn)練效果的前提下，進(jìn)一步提高飛行訓(xùn)練的安全性。為了進(jìn)一步增加該模擬器的仿真度，并用于培養(yǎng)操作人員在無(wú)人機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)的應(yīng)對(duì)能力和故障排查能力，在無(wú)人機(jī)的仿真模型中設(shè)置有故障模擬模塊，可以實(shí)現(xiàn)故障的注入、設(shè)置和模擬，可以模擬多種無(wú)人機(jī)故障，諸如:磁航向傳感器故障、垂直陀螺故障、高度傳感器故障、空速傳感器故障、油量傳感器故障、缸溫傳感器故障、機(jī)載發(fā)射機(jī)故障、機(jī)載伺服天線故障、機(jī)載接收機(jī)故障、地面發(fā)射機(jī)故障、地面伺服天線故障、地面接收機(jī)故障、導(dǎo)航設(shè)備故障、光電平臺(tái)故障等。在本實(shí)施例中，無(wú)人機(jī)仿真模型設(shè)置在仿真無(wú)人機(jī)機(jī)柜中。
[0017]其中，任務(wù)設(shè)備為實(shí)裝無(wú)人機(jī)的任務(wù)設(shè)備，其目的在于通過(guò)實(shí)裝任務(wù)設(shè)備的訓(xùn)練，可以使得操作人員更好地掌握任務(wù)設(shè)備的特性。本實(shí)施例中的任務(wù)設(shè)備為常見(jiàn)的光電成像任務(wù)設(shè)備，具體包括:光電平臺(tái)、紅外成像設(shè)備和激光測(cè)距設(shè)備。任務(wù)設(shè)備除了光電成像任務(wù)設(shè)備外，還可以替換為合成孔徑雷達(dá)等其他任務(wù)設(shè)備。
[0018]如圖2所示，飛行操作分系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)飛行及導(dǎo)航操作，任務(wù)規(guī)劃操作和無(wú)線電數(shù)據(jù)鏈路操作;本實(shí)施例中，具體由飛行及導(dǎo)航操作機(jī)柜、任務(wù)規(guī)劃操作機(jī)柜、無(wú)線電數(shù)據(jù)鏈路操作機(jī)柜三個(gè)機(jī)柜組成，三個(gè)機(jī)柜依次可完成無(wú)人機(jī)飛行及導(dǎo)航操作，任務(wù)規(guī)劃操作和無(wú)線電數(shù)據(jù)鏈路操作。
[0019]任務(wù)設(shè)備操作分系統(tǒng)通過(guò)仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)中的無(wú)人機(jī)仿真模型與任務(wù)設(shè)備電連接，用于模擬無(wú)人機(jī)任務(wù)設(shè)備的地面操縱臺(tái)；
[0020]教學(xué)評(píng)估分系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)員飛行操控和故障排查情況進(jìn)行考核;教學(xué)評(píng)估分系統(tǒng)可對(duì)學(xué)員進(jìn)行操作效果評(píng)估、故障排查效果評(píng)估，并對(duì)學(xué)員進(jìn)行綜合成績(jī)考核等。
[0021]示教演示分系統(tǒng)用于展示系統(tǒng)工作原理和示范教學(xué)，示教演示分系統(tǒng)以動(dòng)畫(huà)演示的形式展示系統(tǒng)工作原理和示范教學(xué)，由系統(tǒng)介紹模塊、工作原理模塊、操作示例模塊和使用維護(hù)模塊四部分組成。
[0022]前述的任務(wù)設(shè)備操作分系統(tǒng)、教學(xué)評(píng)估分系統(tǒng)、不教演不分系統(tǒng)各設(shè)置一個(gè)機(jī)柜，分別為任務(wù)設(shè)備操作機(jī)柜、教學(xué)評(píng)估機(jī)柜和示教演示機(jī)柜。
[0023]如圖3所示，本實(shí)施例中的七個(gè)機(jī)柜上部均設(shè)置一個(gè)顯示器，中部設(shè)置一個(gè)操縱臺(tái)板，下部設(shè)置一臺(tái)工控機(jī)，其中操縱臺(tái)板上設(shè)置輸入按鍵、鼠標(biāo)和鍵盤(pán)，便于操作人員操作使用。輸入按鍵的設(shè)置布局模仿真實(shí)地面站操控臺(tái)輸入按鍵的布局。
[0024]局域網(wǎng)由操控采集局域網(wǎng)、測(cè)控局域網(wǎng)和參數(shù)采集局域網(wǎng)組成；其中操控采集局域網(wǎng)用于將飛行操作分系統(tǒng)和任務(wù)設(shè)備操作分系統(tǒng)的信息傳輸至教學(xué)評(píng)估分系統(tǒng)和示教演示分系統(tǒng)；測(cè)控局域網(wǎng)用于實(shí)現(xiàn)飛行操作分系統(tǒng)、任務(wù)設(shè)備操作分系統(tǒng)與仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)之間的雙向通信;參數(shù)采集局域網(wǎng)用于將仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)的信息傳輸至教學(xué)評(píng)估分系統(tǒng)和示教演示分系統(tǒng)。
[0025]為了進(jìn)一步提高本實(shí)用新型所述模擬器的適用范圍，仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)中的無(wú)人機(jī)仿真模型采用變穩(wěn)定度設(shè)計(jì)，是一種變穩(wěn)定的無(wú)人機(jī)仿真模型。通過(guò)變穩(wěn)定度設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種不同型號(hào)無(wú)人機(jī)的模擬，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一套模擬器實(shí)現(xiàn)對(duì)多種不同型號(hào)、不同特性無(wú)人機(jī)的模擬。
[0026]本實(shí)用新型采用模塊式設(shè)計(jì)，前述的每一個(gè)機(jī)柜為一個(gè)獨(dú)立的模塊，各模塊通過(guò)局域網(wǎng)可進(jìn)行有機(jī)的組合。在院校教學(xué)的裝備和飛行操作教學(xué)過(guò)程中，由于場(chǎng)地限制較少，教學(xué)內(nèi)容較多，可采用如本實(shí)施例中所提及的全模塊組成方案;在部隊(duì)或飛行一線的教學(xué)中，可僅使用仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)，并通過(guò)仿真無(wú)人機(jī)機(jī)柜上的接口，與無(wú)人機(jī)的實(shí)裝地面站進(jìn)行通訊，從而依靠無(wú)人機(jī)系統(tǒng)中除了實(shí)裝無(wú)人機(jī)平臺(tái)部分的其它部分，來(lái)展開(kāi)和實(shí)施各種飛行訓(xùn)練。
[0027]為了更好地描述本實(shí)用新型提及模擬器的組成和連接關(guān)系，下面介紹一下本實(shí)施例中各種信息在各組成部分間的傳輸關(guān)系。
[0028]仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)將模擬的飛行狀態(tài)參數(shù)以遙測(cè)通信協(xié)議的格式通過(guò)測(cè)控局域網(wǎng)發(fā)送到飛行及導(dǎo)航操作機(jī)柜、任務(wù)規(guī)劃操作機(jī)柜、無(wú)線電數(shù)據(jù)鏈路操作機(jī)柜和任務(wù)設(shè)備操作機(jī)柜中，即反饋飛行狀態(tài)、飛行航跡、鏈路狀態(tài)和任務(wù)設(shè)備狀態(tài)，供無(wú)人機(jī)操作人員監(jiān)視和控制無(wú)人機(jī)。
[0029]測(cè)控局域網(wǎng)模擬天-地-鏈回路，將飛行及導(dǎo)航操作、任務(wù)規(guī)劃操作、無(wú)線電數(shù)據(jù)鏈路操作、任務(wù)設(shè)備操作和仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，上行操控指令通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)中，無(wú)人機(jī)仿真模型和/或任務(wù)設(shè)備根據(jù)上行指令執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。
[0030]參數(shù)采集局域網(wǎng)將教學(xué)評(píng)估分系統(tǒng)、示教演示分系統(tǒng)和仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)采集無(wú)人機(jī)仿真模型的飛行參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)，評(píng)估在當(dāng)前學(xué)員發(fā)送的控制指令狀態(tài)下無(wú)人機(jī)所處的飛行狀態(tài)、機(jī)載設(shè)備狀態(tài)等，分析學(xué)員控制操控?zé)o人機(jī)的正確性，并對(duì)其效果進(jìn)行評(píng)估。
[0031]示教演示分系統(tǒng)將采集到的無(wú)人機(jī)狀態(tài)反應(yīng)到動(dòng)畫(huà)信息流圖中，為學(xué)員演示當(dāng)前無(wú)人機(jī)的工作狀態(tài)和工作原理。
[0032]操作效果評(píng)估通過(guò)操控采集局域網(wǎng)采集操作人員在飛行操作分系統(tǒng)中對(duì)無(wú)人機(jī)的各項(xiàng)操作，包括發(fā)送的遙控指令、無(wú)人機(jī)仿真模型所模擬的無(wú)人機(jī)狀態(tài)、特情和故障排查等，通過(guò)綜合分析，比對(duì)并結(jié)合正確的操作規(guī)則給出受訓(xùn)人員的操作成績(jī)。
[0033]故障設(shè)置可對(duì)無(wú)人機(jī)仿真模型進(jìn)行虛擬故障的注入，使其處于某種或某幾種故障狀態(tài)下，考核學(xué)員對(duì)該故障的分析、排查與處理能力。
[0034]本實(shí)用新型提出的技術(shù)方案不僅可以模擬無(wú)人機(jī)飛行全流程的操作，而且還可以進(jìn)行故障排查的訓(xùn)練，另外還可以依托該模擬器進(jìn)行飛控系統(tǒng)、任務(wù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理示范教學(xué)等。使用本模擬器可以將無(wú)人機(jī)飛行訓(xùn)練常態(tài)化、實(shí)驗(yàn)室化，并保障無(wú)人機(jī)操作人員在不動(dòng)用實(shí)裝無(wú)人機(jī)的條件下，進(jìn)行整體訓(xùn)練和實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練實(shí)施教學(xué)和訓(xùn)練，可使相應(yīng)的培訓(xùn)人員較快地熟悉和掌握無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的使用與維護(hù)，提高裝備教學(xué)的質(zhì)量和效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于無(wú)人機(jī)飛行和任務(wù)操作訓(xùn)練的模擬器，其特征在于:由仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)、飛行操作分系統(tǒng)、任務(wù)設(shè)備操作分系統(tǒng)、教學(xué)評(píng)估分系統(tǒng)、示教演示分系統(tǒng)和局域網(wǎng)組成； 所述仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)由無(wú)人機(jī)仿真模型和任務(wù)設(shè)備組成； 所述任務(wù)設(shè)備操作分系統(tǒng)通過(guò)仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)中的無(wú)人機(jī)仿真模型與任務(wù)設(shè)備電連接； 所述局域網(wǎng)由操控采集局域網(wǎng)、測(cè)控局域網(wǎng)和參數(shù)采集局域網(wǎng)組成;其中操控采集局域網(wǎng)用于將飛行操作分系統(tǒng)和任務(wù)設(shè)備操作分系統(tǒng)的信息傳輸至教學(xué)評(píng)估分系統(tǒng)和示教演示分系統(tǒng)；測(cè)控局域網(wǎng)用于實(shí)現(xiàn)飛行操作分系統(tǒng)、任務(wù)設(shè)備操作分系統(tǒng)與仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)之間的雙向通信;參數(shù)采集局域網(wǎng)用于將仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)的信息傳輸至教學(xué)評(píng)估分系統(tǒng)和示教演示分系統(tǒng)。2.如權(quán)利要求1所述的模擬器，其特征在于:所述任務(wù)設(shè)備包括光電平臺(tái)、紅外成像設(shè)備和激光測(cè)距設(shè)備。3.如權(quán)利要求1所述的模擬器，其特征在于:所述飛行操作分系統(tǒng)由飛行及導(dǎo)航操作機(jī)柜、任務(wù)規(guī)劃操作機(jī)柜、無(wú)線電數(shù)據(jù)鏈路操作機(jī)柜三個(gè)機(jī)柜組成。4.如權(quán)利要求1所述的模擬器，其特征在于:所述仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)、任務(wù)設(shè)備操作分系統(tǒng)、教學(xué)評(píng)估分系統(tǒng)、不教演不分系統(tǒng)各設(shè)置一個(gè)機(jī)柜。5.如權(quán)利要求3或4所述的模擬器，其特征在于:所述機(jī)柜的上部設(shè)置一個(gè)顯示器，中部設(shè)置一個(gè)操縱臺(tái)板，下部設(shè)置一臺(tái)工控機(jī)。6.如權(quán)利要求5所述的模擬器，其特征在于:所述操縱臺(tái)板上設(shè)置輸入按鍵、鼠標(biāo)和鍵盤(pán)。7.如權(quán)利要求1所述的模擬器，其特征在于:所述仿真無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)的機(jī)柜上還設(shè)有與實(shí)裝地面站通訊的接口。
【文檔編號(hào)】G09B9/08GK205665920SQ201521043302
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2015年12月15日
【發(fā)明人】陳勇, 鹿珂珂, 于進(jìn)勇, 寇昆湖, 矯永康, 張春平, 蘇艷琴
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍海軍航空工程學(xué)院