一种用于测试近地告警系统的飞行视景仿真系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于飞行视景仿真领域，涉及一种用于测试近地告警系统的飞行视景仿真系统。
【背景技术】
[0002]近地告警系统(GPWS)是防止可控飞行撞地(CFIT)事故，保证飞行安全的重要航空电子设备。GPWS的稳定性、准确性和有效性对飞机的安全至关重要。目前，GPWS的仿真测试主要是通过数值式飞行参数进行测试，并不能反映真实的飞行状态。这种测试方法只能检查GPWS对数据的处理是否正确以及接口的测试，而对逻辑判断、告警时机等方面的合理性则需要在试飞中完成。GPWS试飞需要飞机偏离正常的飞行轨迹，操纵飞机与地形接近至告警边界，从而验证GPWS的告警功能。这种测试方法一方面无法测试告警极限条件，另一方面一旦GPWS漏警或虚警、飞行员过于专注试验可能导致撞击事件的发生。试飞验证在真实性方面占有绝对优势，但其高成本、高危险性决定不可能在近地告警系统测试与验证过程中大量使用。另外，目前对近地告警系统仿真软件和近地告警产品通常采用分立的测试系统，这种单独测试的方法经济成本高而且操作流程复杂。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了解决上述问题，提出了一种用于测试近地告警系统的飞行视景仿真系统，它克服了现有技术的不足，为近地告警系统提供了逼真的测试环境。通过建立精确的飞行仿真模型，模拟飞机实际飞行过程和飞行性能，提供近地告警系统所需的激励数据，不仅能够对近地告警系统仿真软件中的告警算法进行测试，而且可以实现对真实设备的全面测试，并通过视景仿真方式显示出三维飞行视景和告警区域，因此该系统具有逼真度高、可扩展行强、沉浸式显示效果、成本低等优点。
[0004]—种用于测试近地告警系统的飞行视景仿真系统，包含飞行仿真系统、视景仿真系统、记录与回放系统、近地告警测试系统以及综合管理系统，将上述几个系统采用分布式结构通过光纤网络相连接组成一个系统整体；
作为优选，飞行仿真系统包括飞行操纵模块、自动拉起模块、自动飞行模块、飞机本体模型模块、主飞控模块、发动机及燃油仿真模块、环境模型模块、传感器仿真模块；
飞行操纵模块包括飞行方式控制面板、操纵杆和油门杆子，通过飞行方式控制面板、操纵杆和油门杆控制飞机的起飞和正常飞行，飞行操纵模块的控制指令输入到自动飞行模块和主飞控模块，用于控制舵面的转动或者起落架的收放或者襟翼状态；
自动拉起模块根据近地告警测试系统输出的拉起信号量，按照预定的过载量和逃逸轨迹模型产生相应的控制指令和油门指令，输入到自动飞行模块，用于控制飞机的拉起；
自动飞行模块包括自动驾驶仪和自动油门子模块，自动驾驶仪子模块通过接收自动拉起模块或飞行方式控制面板或者操纵杆输入的飞行控制指令，经过计算后输出相应的舵面控制指令到主飞控模块；自动油门子模块根据自动拉起模块或者飞行方式控制面板或油门杆输入的油门控制指令，经过计算后输出相应的自动油门控制指令到发动机及燃油系统仿真模块；
主飞控模块控制根据自动飞行模块或飞行操控模块输出的控制指令，经过计算输出当前舵面角度到飞机本体模型仿真模块；
发动机及燃油系统仿真模块根据自动飞行模块输出的自动油门控制指令，计算当前发动机推力和飞机质心改变，将发动机推力和质心数据输出到飞机本体模型仿真模块；
环境模型模块根据综合管理系统配置的大气参数以及传感器仿真模块输出的飞机当前位置信息，根据内置的环境模型计算飞机当前位置的大气数据发送给飞机本体模型仿真丰吴块；
飞机本体模型模块根据环境模型模块输出的大气数据、发动机及燃油系统仿真模块输出的发动机推力和质心数据、主飞控模块输出的舵面角度和飞机上一时刻的飞行状态数据，通过解算六自由度运动方程，得到飞机当前时刻飞行状态数据，并将飞行状态数据输入到传感器仿真模块；
传感器仿真模块根据飞机本体模型输出的飞行状态数据进行传感器数据的仿真，并将传感器数据输出到视景仿真系统、记录与回放系统和近地告警测试系统；
作为优选，视景仿真系统包括数据图形处理成像模块、数据系统模块、投影显示系统模块；
数据图形处理成像模块根据飞行仿真系统输出的飞机传感器参数信息、近地告警测试系统输出的告警模式，或者记录与回放系统输出的数据，结合数据系统模块提供的数据库信息，建立三维环境模型，并将告警模式的三维告警包线合成到三维视景图像中，将图像信息输出到投影显示系统模块，从舱内、舱外等不同视角显示飞机及其周围环境以及三维告警包线的三维视景；
数据系统模块包括以分片的形式管理地形数据库、机场数据库、环境纹理数据库等信息，能够根据飞机的当前位置动态加载数据，接收数据图形处理成像模块的查询请求，输出相应的数据；
投影显示系统模块包括三台工程投影仪、柱幕和图像融合软件，根据数据图形处理成像模块发送的图像信息进行三维视景的显示，其中投影仪采用工程级DLP数字投影仪，采用三通道柱幕作为图像的表现层，利用软件边缘融合的方式实现三通道图像融合；
作为优选，记录与回放系统包括数据记录模块、数据回放模块；
数据记录模块基于SQL数据库将飞行仿真系统发送的传感器数据和近地告警测试系统输出的告警数据进行存储，供数据回放模块读取；
数据回放模块读取数据记录模块中存储的数据，并按时间序列向视景仿真系统发送数据；
作为优选，近地告警测试系统是整个测试系统的被测对象，包括近地告警系统算法仿真软件模块、I/O接口适配器模块、近地告警产品、测试用例库；近地告警测试系统根据综合管理系统选择的近地告警系统算法或近地告警产品和测试用例，并结合飞行仿真系统输出的飞行状态数据，实现对近地告警算法或近地告警产品的测试，并将告警结果发送到飞行仿真系统、视景仿真系统和记录与回放系统。
[0005]近地告警系统算法仿真软件模块根据飞行仿真系统输出的飞行状态数据，结合该软件中的地形数据库信息以及各告警模式算法，解算出当前告警结果，并将结果发送到飞行仿真系统、视景仿真系统和记录与回放系统；
I/o接口适配器模块实现以太网和近地告警产品接口协议的转换，将飞行仿真系统输出的数据从以太网转换为近地告警产品接口适配的ARINC429、离散量、模拟量信号；将近地告警产品输出的ARINC429、离散量、模拟量信号转换为以太网数据，并将结果发送到飞行仿真系统、视景仿真系统和记录与回放系统；
测试用例库包括典型测试用例、故障测试用例；其中，典型测试用例是实现触发所有告警模式的飞行过程(起飞、巡航、着陆、复飞等)，用于对所有的告警模式进行常规测试；故障测试用例包括数据跳变、丢失以及无效状态的数据，用于测试产品对异常数据的处理能力；
作为优选，综合管理系统是整个分布式系统的上位机，综合管理系统实现进行告警飞行仿真测试系统中各个子系统的初始化、参数配置、时间同步、状态监控等综合管理；
作为优选，分布式结构采用数据分发服务(DDS)交换方式进行数据通信；
作为优选，传感器仿真模块包括:大气数据系统仿真模块、惯性基准系统仿真模块、无线电高度表仿真模块、甚高频全向信标仿真模块、测距机仿真模块、仪表着陆仿真模块、卫星定位系统仿真模块、起落架仿真模块、襟翼仿真模块；
作为优选，告警模式包括:模式1为过大下降速率告警、模式2为过大近地速率告警、模式3为起飞或复飞时掉高过多告警、模式4为非安全离地高度告警、模式5为过大下滑道偏差告警、模式6为高度播报过大告警，模式7为前视告警。
[0006]作为优选，告警模式的三维告警包线生成方法为:根据当前告警模式的告警算法，以及所需的飞行参数(飞行速度、下降速率、近地速率、襟翼状态、起落架状态、气压高度、下滑道偏差、无线电高度)，解算出当前告警模式所对应的告警区域，最终形成三维告警包线，其中注意级告警区域用半透明黄色显示，警告级告警区域用半透明红色显示。
[0007]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:该系统能够精确模拟飞机实际飞行过程和飞行性能，提供近地告警系统所需的逼真的激励数据，该系统不仅能够对近地告警系统仿真软件中的告警算法进行测试，而且可以实现对真实设备的全面测试，并通过视景仿真方式显示出三维飞行视景和告警区域，因此该系统具有逼真度高、可扩展行强、沉浸式显示效果、成本低等优点。