一种用于飞行模拟训练视景仿真实时通信的方法与流程

本发明涉及一种基于udp通信协议的实时网络数据传输技术。

背景技术：

实时系统是能够在确定的时间内执行计算或处理功能并对外部的异步事件做出响应的计算机系统。飞行模拟实时仿真系统是由飞控设备、交换机、显示设备组成。图1所示为飞行模拟udp网络连接仿真系统示意图。

在飞行模拟过程中，飞控设备输出飞机的状态信息以及场景的管理信息，通过指令信息实时交互的技术，与视景系统进行数据交互，实现飞行过程的实时仿真模拟。由于仿真过程中大量不同指令需要进行实时传输，接口的规范和统一，以及指令解析和高效处理，都会影响信息交互的实时性，因此该方法就是实现视景仿真飞控系统与视景系统实时通信。

现有的技术，世界著名飞机制造与设计公司，波音公司制定了一个标准的接口规范，用于统一驱动指令；统一驱动指令包括：驱动指令的数据传输格式、一些常见的传输内容(添加地形、添加实体，更新位置、修改大气环境、设置设点，添加传感器等)。

缺点：通用型指令格式，不能直接针对专业模拟飞行器使用，同时指令功能冗余，在传输和使用上效率较低，处理时间较长。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是提供一种用于飞行模拟训练视景仿真实时通信的方法，能够利用现有简单的udp网络连接方式对及时传输及保证时间的连续性要求的满足。

为解决上述技术问题，本发明的用于飞行模拟训练视景仿真实时通信的方法，包括下列步骤，

-飞控系统以一定频率向视景系统发送图像控制指令，

-视景系统接收到图像控制指令后更新场景信息；

其特征在于：

-所述图像控制指令包括飞控帧号，在每次飞控系统向视景系统发送图像控制指令时，飞控帧号加一。

为了区别和控制通过udp传输的指令信息，图像控制指令带有帧号信息。在飞控系统向视景系统发送指令时，飞控帧号加一。采用本方法的帧号技术可以在指令传输过程中，在某一帧数据丢失的情况下，接收方可以通过比较本次帧号和上次帧号信息，能够及时发现帧数据的丢失情况，并采取插值处理方法，保证数据传输的连续性，提高了数据传输的容错能力。

飞控系统向视景系统发送图像控制指令之前，视景系统每帧首先发送开始指令到飞控系统，飞控系统收到开始指令后立刻向视景系统发送图像控制指令，并进入下一个计算周期，视景系统向飞控系统发送的开始指令包括视景帧号，在每次视景系统向飞控系统发送开始指令时视景帧号加一。

当发现飞控帧号与视景帧号不对应时需要进行插值处理，通过计算该帧数据与相邻帧数据的加权平均值来计算输出帧的数据值。

图像控制指令包括位置参数，对位置参数插值，设第n帧的位置参数为pn，对第m帧的插值p'm，通过下式的计算获得：

p'm＝a0+a1pm-1+a2pm-2+a3pm-3+a4pm-4

在上式中a0，a1，a2，a3，a4为常数，其值是由第m帧的位置参数算得。

模型控制指令包含模型位置参数信息，在模拟仿真过程中是以离散数据模拟飞机实际运行过程中的连续数据，由于在飞控和视景通信过程中存在飞控帧号和视景帧号不对应的现象，可能导致视景端显示画面出现“抖动”，因此当发现飞控帧号与视景帧号不对应时，进行插值处理可以改善。经过对比研究发现，经过插值后的参数连续性比插值前效果更好。

视景系统更新场景完毕后发送开始指令和图像反馈指令。

所述图像控制指令和/或图像反馈指令包含每帧必须发送的指令和非必须每帧发送的指令两种指令类型。

采用本方法的指令分类处理技术，可以保证帧数据的关键指令信息每次都可以得到处理更新。不需要每次发的指令不用占用数据传输空间，提高了有效指令的传输效率。

图像控制指令包括图像驱动指令、视锥控制指令、模型控制指令、环境参数控制指令、和/或地表高度请求指令，所述图像驱动指令为必须每帧发送，视锥控制指令、模型控制指令、环境参数控制指令、和地表高度请求指令为非必须每帧发送。

图像反馈指令包括视景反馈高度指令，所述视景反馈高度指令为非必须每帧发送。

所述开始指令、图像控制指令和/或图像反馈指令包含指令类型信息、长度信息和指令详细内容。

飞控系统与视景系统每次进行指令传输都是以队列的形式将不同指令打包，然后通过udp传输协议发送到对方。

本方法通过在图像驱动指令里分别记录指令的发送、接收、处理时间，对指令在通信过程中的延迟进行有效控制，从而保证时间的连续性要求的满足。采用本方法的同步通信方法数据的传输频率以视景同步显示频率为准，可以有效保证视景数据的同步显示，同时提高了数据的传输效率，避免数据的无效传输，导致飞控端和视景端数据不同步的问题产生。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的飞行模拟训练视景仿的系统架构图。

图2是视景仿真系统在异步模式下工作的时序图。

图3是视景仿真系统在同步模式下工作的时序图。

图4是视景仿真系统实时通信的同步通信方法指令传输模型。

具体实施方式

视景仿真实时通信可以采用异步通信方法和同步通信方法。

在异步通信过程中，飞控系统以一定频率向视景系统发送图像驱动指令信息。视景系统也会以一定频率向飞控系统发送图像反馈指令信息。与此同时，视景系统发送反馈指令的频率与显示设备的处理能力有关，在视景处理每一帧图像时，视景系统先检查得到图像驱动指令，然后根据图像驱动指令更新视景当中的场景数据，最后视景图像生成器完成绘制显示工作。

由于在异步通信过程中，飞控系统发送图像驱动指令可能在视景系统某一帧中任何时间点，而视景系统只在每一帧开始的时候检查接收到的图像驱动指令，这样必然导致一个较大的时间延迟，如图2所示为，视景仿真系统在异步模式下工作的时序图。视景系统开始处理帧号n图像驱动指令的时间点为tn，总时间为tn，在此期间飞控系统向视景系统发送新的图像驱动指令，由于视景系统只在每帧开始的时候检查更新，该图像驱动指令从接收到开始处理的时间延迟为ln，改图像驱动指令从接收到完成处理的总时间延迟为ln+tn+1，经分析，ln与通信有关，大小不确定，因此会导致通信系统的实时性差。本方法通过在图像驱动指令里分别记录指令的发送、接收、处理时间，对指令在通信过程中的延迟进行有效控制，从而实现视景仿真实时通信的异步通信方法。

针对视景负载低的情况，比如只有一个显示器需要显示的情况下，视景显示频率高于飞控刷新频率，采用本方法的异步通信方法可以简化通信两端的处理过程，提高通信效率。

在同步通信过程中，视景系统每帧首先发送开始指令到飞控设备，这种技术与“心跳包”技术相似可以用来计算每次飞控设备与视景图像生成器之间的通信时间。飞控设备收到开始指令后立刻发送图像控制指令，然后飞控设备进入下一个计算周期，与此同时视景系统接收到图像控制指令后更新场景信息，如图3所示为，视景仿真系统在同步模式下工作的时序图。在同步模式下视景在绘制每一帧的开始阶段能够立刻得到图像控制指令，有效减小在异步模式下延迟时间ln对视景系统的影响，从而实现视景仿真实时通信的同步通信方法。

针对视景负载高的情况，比如有多个显示器需要同步显示的情况下，需要优先考虑视景的同步问题，视景显示频率低于飞控刷新频率，采用本方法的同步通信方法数据的传输频率以视景同步显示频率为准，可以有效保证视景数据的同步显示，同时提高了数据的传输效率，避免数据的无效传输，导致飞控端和视景端数据不同步的问题产生。

为了区别和控制通过udp传输的指令信息，图像控制指令和图像反馈指令都有帧号信息。在视景系统向飞控系统发送指令时，视景帧号加一，在飞控系统向视景系统发送指令时，飞控帧号加一。采用本方法的帧号技术可以在指令传输过程中，在某一帧数据丢失的情况下，接收方可以通过比较本次帧号和上次帧号信息，能够及时发现帧数据的丢失情况，并采取插值处理方法，保证数据传输的连续性，提高了数据传输的容错能力。

udp信息传输频率设置：根据具体需求，通常将刷新频率设置为30,50或60hz。

通信时序逻辑

1、指令类型

视景仿真实时通信过程中，指令类型分为飞控系统发给视景系统的图像驱动指令和视景系统发给飞控系统的图像反馈指令两类，在每一类中又包含是否每帧都必须发送的两种指令类型。

采用本方法的指令分类处理技术，可以保证帧数据的关键指令信息每次都可以得到处理更新。不需要每次发的指令不用占用数据传输空间，提高了有效指令的传输效率。

2、指令传输模型介绍

如图4所示为视景仿真系统实时通信的同步通信方法指令传输模型。本技术基于udp传输协议，可以不与对方建立连接直接把数据发送，这种指令传输模型适用于一次只传送少量数据、对可靠性要求不高的应用环境，可以很好的满足对响应速度要求高的飞行模拟实时仿真系统。

本部分举例介绍本方法中同步通信的指令传输模型，针对具体发明技术进行说明。

本方法的通信都是基于udp传输协议，并且针对udp协议的特点进行说明。说明目的是为引出下文针对udp可靠性不高，本方法是如何通过技术创新，提高数据传输的可靠性。

在指令传输过程中，为了唯一区分指令类型和快速实现指令的解析处理，指令的前两部分分别包含指令类型和长度信息，指令的后续部分分别包含相应指令的详细内容，同时为了保证每帧指令信息的完整，飞控系统与视景系统每次进行指令传输都是以队列的形式将不同指令打包，然后通过udp传输协议发送到对方。本方法提高了通信效率，将实时仿真数据以指令的形式，高速高效地传输到对方系统中，实现飞行模拟训练视景仿真实时通信。

每条指令分别包含指令类型和长度的好处是，在使用udp协议，进行通信过程中，即便末尾部分数据丢失，也不会影响前面数据的指令传输和解析。本方法这一技术可以有效提高指令传输的容错性。本方法还将指令数据按照优先级进行排序，这样可以使优先级高的指令先解析处理，接收方会先执行优先级高的指令任务，同时以队列的形式进行打包，每次将数据包一次性发给对方，提高了指令数据的传输效率，避免多次发送占用数据通道，提高了数据传输的可靠性。

图像控制指令包括位置参数，对位置参数插值，设第n帧的位置参数为pn，对第m帧的插值p'm，通过下式的计算获得：

p'm＝a0+a1pm-1+a2pm-2+a3pm-3+a4pm-4

在上式中a0，a1，a2，a3，a4为常数，其值是由第m帧的位置参数算得。

模型控制指令包含模型位置参数信息，在模拟仿真过程中是以离散数据模拟飞机实际运行过程中的连续数据，由于在飞控和视景通信过程中存在飞控帧号和视景帧号不对应的现象，可能导致视景端显示画面出现“抖动”，因此当发现飞控帧号与视景帧号不对应时，进行插值处理可以改善。经过对比研究发现，经过插值后的参数连续性比插值前效果更好。