具有协同作战能力的驾驶模拟训练系统的制作方法

本发明涉及驾驶模拟训练领域，具体而言涉及一种具有协同作战能力的驾驶模拟训练系统。

背景技术：

目前存着着这样一种情况，需要车辆组成编队协同作战或者行驶，例如机械化部队、具有展示性质的车队表演等，这对车辆操作的要求比之单独驾驶时更高，例如，对机械化部队来说，是否能够快速判断地形、精准的操作车辆、以及实现和同伴的精诚合作是决定战场生存的关键。

然而，可用于训练的车辆和场地都很有限，某些特殊地形或者环境条件下的训练根本无法展开，未经大量训练的学员在操作车辆时也容易引发较大的问题甚至伤亡，安全隐患差，如果投入大量车辆用于训练，成本和维修费相当高，同时还会产生较大的噪音污染和废气污染。概括来讲，现有的车辆驾驶训练存在高成本、高危险、场地不足等限制。

同时，由于现行的实车训练方法存在着前述的种种限制，也造成了实际任务指挥协同训练的难以实现，学员还处于协同训练和实际操作训练分离的状态，协同能力差，无法快速掌握协同作战的技战术知识。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种具有协同作战能力的驾驶模拟训练系统，能够从视觉、体感、通讯上模拟真实的指挥中心和多个车辆的协同作战，帮助学员快速掌握协同作战的技战术知识。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

为达成上述目的，本发明提出一种具有协同作战能力的驾驶模拟训练系统，包括指挥中心模拟子系统、指挥通信子系统、n个驾驶模拟训练子系统；

所述驾驶模拟训练子系统包括驾驶运动模拟装置、第一显示装置、数据采集装置、用于将驾驶模拟训练子系统接入网络的第一网络连接装置，每个驾驶模拟训练子系统均具有其独立的装甲车编号和模型；

所述指挥中心模拟子系统包括主服务器、第二显示装置、指挥中心载具、用于将指挥中心模拟子系统接入网络的第二网络连接装置；

所述第一网络连接装置和第二网络连接装置用于建立指挥中心模拟子系统与n个驾驶模拟训练子系统之间的数据通讯链路；

所述主服务器安装有虚拟视景软件，虚拟视景软件包括虚拟视景生成模块、模型精简模块、虚拟视景存储模块、虚拟视景处理模块、虚拟视景设定模块；

所述虚拟视景生成模块用以生成虚拟视景场景，生成的虚拟视景场景经模型精简模块精简后存储进虚拟视景存储模块，每种虚拟视景场景均具有其独立的场景编号、地形参数、环境参数；

所述虚拟视景设定模块用以让用户从虚拟视景存储模块中通过场景编号选取任意一种或者多种虚拟视景场景，将之组合生成一种训练场景；

所述虚拟视景设定模块还用于预设n个驾驶模拟训练子系统的初始位置，将之连同组合生成的训练场景一起发送至虚拟视景处理模块；

所述虚拟视景处理模块将n个驾驶模拟训练子系统的模型按预设的初始位置合成至选定的虚拟视景场景中，生成总训练场景，通过第二显示装置以显示；

所述虚拟视景处理模块以每个驾驶模拟训练子系统为基准，生成与每个驾驶模拟训练子系统对应的子训练场景，并将之发送给对应的驾驶模拟训练子系统，再通过第一显示装置以显示；

所有所述数据采集装置用于实时采集所属驾驶运动模拟装置的操作参数和运动参数，统一发送至虚拟视景处理模块，虚拟视景处理模块统一分析处理后，进行以下两个方面的操作：

1)在总训练场景的当前虚拟视景场景基础上，分析判断其即将产生的变化，生成新的总虚拟视景场景，通过第二显示装置以显示，

2)在1)的基础上以每个驾驶模拟训练子系统为基准，分析判断每个子训练场景即将产生的变化，生成新的子虚拟视景场景，并将之发送给对应的驾驶模拟训练子系统，再通过第一显示装置以显示；

所述指挥通信子系统包括指挥中心通信客户端、n个车辆通信客户端和通信控制服务器端；

所述通信控制服务器端具有用于将通信控制服务器端接入网络的第三网络连接装置；

所述指挥中心通信客户端安装在指挥中心模拟子系统内，与第二网络连接装置连接，第二网络连接装置用于建立指挥中心通信客户端与通信控制服务器端的数据通信链路；

所述n个车辆通信客户端分布在n个驾驶模拟训练子系统内，与各自所属的第一网络连接装置连接，第一网络连接装置用于建立车辆通信客户端与通信控制服务器端的数据通信链路。

进一步的，所述驾驶运动模拟装置包括载具、运动模拟平台以及位置控制回路；

所述运动模拟平台包括相互平行的上平台和下平台，下平台固定在地面上，上平台和下平台之间连接设置有一伺服驱动机构；

所述载具内安装有若干个座椅、用于模拟真实装甲车操作的操纵器、显示单元，载具固定安装在运动模拟平台的上平台之上；

所述数据采集装置采集的当前操纵器的操作参数、以及当前虚拟视景场景同时发送给位置控制回路，位置控制回路将之分析处理后，生成当前虚拟视景场景和操纵器操作参数条件下运动模拟平台的运动状态指令，并且将运动状态指令解析成伺服驱动机构的运动指令；

所述伺服驱动机构与位置控制回路连接，响应于位置控制回路的运动指令，驱动上平台进行动作，使固定在上平台上的载具的运动状态与运动状态指令指定的运动状态相同。

进一步的，所述数据采集装置包括安装在座椅上用于实时探测座椅所承受压力的压力传感器、用于采集当前操纵器操作参数的操纵器采集单元、用于采集当前虚拟视景场景的场景采集单元。

进一步的，所述通信控制服务器端设置有权限模块。

进一步的，所述虚拟视景处理模块将各数据采集装置反馈的对应的驾驶模拟训练子系统的操作参数和行进参数合成至总训练场景内。

进一步的，所述指挥中心模拟子系统中设置有一总操纵装置，其与第二网络连接装置连接；

所述驾驶模拟训练子系统中的操纵器与各自所属的第一网络连接装置连接；

所述总操纵装置通过网络以下达控制指令至各驾驶模拟训练子系统的操纵器；

所述操纵器具有权限模块，总操纵装置具有最高权限。

进一步的，所述载具里还具有一仪表单元，仪表单元用以实时显示当前操纵器操作参数以及载具的模拟运动参数。

由以上本发明的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于，能够从视觉、体感、通讯上模拟真实的指挥中心和多个装甲车的协同作战，帮助学员快速掌握协同作战的技战术知识。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明的具有协同作战能力的驾驶模拟训练系统的结构示意图。

图2是本发明的具有协同作战能力的驾驶模拟训练系统的具体模块结构示意图。

图3是本发明的指挥通信子系统的结构示意图。

图4是本发明的驾驶运动模拟装置的结构示意图。

图5是本发明的运动模拟平台的结构示意图。

图6是本发明的位置控制回路的结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

本发明提及一种具有协同作战能力的驾驶模拟训练系统，目的是建立一个指挥中心模拟子系统和若干个驾驶模拟训练子系统，模拟多台车辆和指挥中心的交互以及协同作战能力。

结合图1、图2，驾驶模拟训练系统包括指挥中心模拟子系统2、n个驾驶模拟训练子系统1以及用于实现两者之间数据通信交互的指挥通信子系统3。

驾驶模拟训练子系统1包括驾驶运动模拟装置100、第一显示装置200、数据采集装置300、用于将驾驶模拟训练子系统1接入网络的第一网络连接装置，每个驾驶模拟训练子系统1具有其独立的装甲车编号和模型。

驾驶运动模拟装置100用于模拟实现车辆的运动状态变化，使用户从体感上感受真实车辆的操作，驾驶运动模拟装置100包括载具101、运动模拟平台102和位置控制回路103。

结合图4、图5，载具101是参照真实的车辆结构，同比例缩小或者仅选取驾驶位形成。当然，载具101也可以和真实车辆同一结构，以达到最大的真实度，但此种方案成本较高。

载具101安装在运动模拟平台102上，运动模拟平台102能够实现六自由度的运动过程，由此携带位于其上的载具101实现六自由度的运动。

用户所在的载具101内设置有一操纵器1011，和载具101类似，操纵器1011可以选择和真实车辆一样的配置、或者采用带有体感反馈回路的模拟操纵器来尽可能达到最大的操作真实感。

载具101里还具有一仪表单元，仪表单元用以实时显示当前操纵器1011操作参数以及载具101的模拟运动参数。

运动模拟平台102包括相互平行的上平台1021和下平台1022，下平台1022固定在地面上，或者先在地面上固定设置一基座，下平台1022安装在该基座上，便于拆卸移运和日常保养。

上平台1021和下平台1022之间连接设置有一伺服驱动机构1023，通过该伺服驱动机构1023使上平台实现六自由度的运动过程。

载具101安装在上平台1021之上，跟随上平台1021运动。

载具101内设置有若干个座椅、用于模拟真实车辆操作的操纵器1011、用于显示虚拟视景场景的第一显示装置200，载具101和操纵器1011的结构在前已经描述过，此处不再赘述，本处仅说明第一显示装置200的相关设置。应当理解，为了达到最真实的效果，第一显示装置200通常采用与真实车辆视觉相近或者相同的显示器，而由于近年来虚拟现实技术的进步，此处，我们还可以采用基于虚拟现实技术的显示设备，例如头戴式虚拟现实显示设备等，达到更好的显示效果。

通过以上各种结构件，使用户从视觉和体感上两方面同时感觉正操作真实的车辆行驶在真实的场景中。

伺服驱动机构1023具有多样性，我们可以采用现有技术所提及的六自由度运动平台，也可以根据车辆的行进特性调整参数，构造最合适的运动模拟平台。

结合图4、图5，下面为一伺服驱动机构1023的示例之一，伺服驱动机构1023包括该示例但不仅限于此。

伺服驱动机构1023包括第一电动缸、第二电动缸、第三电动缸、第四电动缸、第五电动缸、第六电动缸，前述所有电动缸的一端通过虎克铰安装在上平台上，另一端通过虎克铰安装在下平台1022上。

第一电动缸与下平台1022的铰接点被定义成a点，第二电动缸与下平台1022的铰接点被定义成a’点，a点和a’点无限接近。

第三电动缸与下平台1022的铰接点被定义成b点，第四电动缸与下平台1022的铰接点被定义成b’点，b点和b’点无限接近。

第五电动缸与下平台1022的铰接点被定义成c点，第六电动缸与下平台1022的铰接点被定义成c’点，c点和c’点无限接近。

上平台1021与下平台1022一一垂直对应的位置也布设有相互临近的a点和a’点、b点和b’点、c点和c’点，其中，a点与a点对应，b点和b点对应，c点和c点对应，a’点与a’点对应，b’点与b’点对应，c’点与c’点对应。

第一电动缸与上平台1021的铰接点为b点，第二电动缸与上平台1021的铰接点为c点。

第三电动缸与上平台1021的铰接点为a点，第四电动缸与上平台1021的铰接点为c’点。

第五电动缸与上平台1021的铰接点为a’点，第六电动缸与上平台1021的铰接点为b’点。

a点、b点、c点形成一三角形，该三角形的外切圆将下平台包含在内。

位置控制回路103同伺服驱动机构1023，可以采用现有技术中的位置控制回路，也可以调整其中的参数以使其更适合车辆的运动姿态，以下是其中一种位置控制回路103的示例：

结合图3，位置控制回路103包括主控机1031、d/a转换单元1032、控制器1033、传感器组1034、a/d转换单元1035。

主控机1031、d/a转换单元1032、控制器1033、伺服驱动机构1023依次连接，传感器组1034、a/d转换单元1035、主控机1031依次连接。

主控机1031生成运动状态指令，将之解析成伺服驱动机构1023的运动指令，运动指令经d/a转换单元1032转换后发送至控制器1033，控制器1033根据接收到的运动指令驱动伺服驱动机构1023动作，使载具101的运动状态与运动状态指令指定的运动状态相同。

传感器组1034安装在载具101上，实时探测载具101的运动状态及位置姿势，并将探测结果经a/d转换单元1035转换后反馈给主控机1031。主控机1031将接收到的传感器组1034反馈的结果与运动状态指令相比较，生成误差指令，误差指令经d/a转换单元1032转换后发送至控制器1033。

传感器组1034可以采用三轴加速度传感器和三轴陀螺仪。

结合上述示例中的伺服驱动机构1023和位置控制回路103，我们阐述下本申请所提及的驾驶运动模拟装置100的运动过程。

位置控制回路103运用动力学模型进行动力学分析，判断生成一运动状态指令，再反向计算出运动模拟平台各关节连杆相应的位置和速度，这成为运动综合或运动学的逆向问题。需要设定不同的坐标系，确定坐标变换矩阵，推导出运动学方程，建立系统数学模型(欧拉角定理)，这是实现模拟运动平台自动控制的关键问题。此处可采用x，y，z，α，β，γ坐标系，其中，x代表水平移动，y代表垂直移动，z代表上下，α代表俯仰角，β代表倾侧角，γ代表转向角。

位置控制回路103需要实时发送前述六个电动缸的运动指令，同时检测载具101的实际姿态(速度、位置信息等)，构成对运动模拟平台102数字式闭环控制，通过计算确保六只电动缸的协调动作以及控制精度。

此处也可以采用数字缸，如此便可取消了前述的电动缸、传感器组103d、a/d转换1035和d/a转换1032等诸多环节，它是将传感器、数字阀等全部做到油缸内部，形成自动位置反馈和速度反馈。数字缸可以直接接受计算机发出的数字脉冲信号进行可靠的工作。

结合图1、图2，指挥中心模拟子系2包括主服务器600、第二显示装置500、指挥中心载具400、用于将指挥中心模拟子系统接入网络的第二网络连接装置。

通过第一网络连接装置、第二网络连接装置以及网络，建立指挥中心模拟子系统1与指挥中心模拟子系统2之间的数据通信链路，

类似于载具101，指挥中心载具400参照真实的指挥中心结构，同比例缩小或者仅选取其部分结构形成。也可以选择采用真实的指挥中心结构，以达到最大的真实度，同样，此方案成本较高。

主服务器600安装有虚拟视景软件，虚拟视景软件包括虚拟视景生成模块601、模型精简模块602、虚拟视景存储模块603、虚拟视景处理模块605、虚拟视景设定模块604。

虚拟视景生成模块601用以生成虚拟视景场景，生成的虚拟视景场景经模型精简模块602精简后存储进虚拟视景存储模块603，每种虚拟视景场景均具有其独立的编号、地形参数、环境参数，此处可提供一些关键词，例如山地、颠簸等级、风向、风力等级、雨雪等级、道路尺寸等。

虚拟视景设定模块604分为两部分，一部分用以让用户从虚拟视景存储模块603中通过场景编号选取任意一种或者多种虚拟视景场景，将之组合生成一种训练场景，另一部分则用于预设n个驾驶模拟训练子系统1的初始位置。

前述训练场景和驾驶模拟训练子系统1的初始位置设定完毕后，虚拟视景设定模块604将之一起发送至虚拟视景处理模块605。

虚拟视景处理模块605将n个驾驶模拟训练子系统1的模型按预设的初始位置合成至选定的虚拟视景场景中，生成总训练场景，通过第二显示装置500以显示给指挥中心载具400中的用户观看。

可知，此处的总训练场景中，能够看到整个训练场景的画面以及驾驶模拟训练子系统1位于训练场景上的位置。

虚拟视景处理模块605还以每个驾驶模拟训练子系统1为基准，生成与每个驾驶模拟训练子系统1对应的子训练场景，并将之发送给对应的驾驶模拟训练子系统1，再通过第一显示装置200以显示给载具101中的用户观看。

此处的子训练场景中，是对应的每个驾驶模拟训练子系统1中的人能看到的训练场景的局部画面，比之总训练场景，观察范围变小，但细节描绘更为清楚。

指挥中心和驾驶模拟训练子系统的不同画面显示，正是协同作战时指挥中心和车辆之间的区别，本驾驶模拟训练系统通过分别生成总训练场景和子训练场景，较为真实的再现了指挥中心和各车辆的视觉体验。

前述的两种运算可以同时进行，也可以分开进行，例如先进行总训练场景的生成，再进行对应子训练场景的生成。

而当驾驶模拟训练子系统1开始训练时，各项操作参数和运动参数在不断变化，这种参数变化同时影响着总训练场景和子训练场景。

在此我们利用驾驶模拟训练子系统上的数据采集装置300来采集其所属驾驶运动模拟装置100的操作参数和运动参数，将之统一发送至虚拟视景处理模块605。

虚拟视景处理模块605接收同一时刻所有驾驶模拟训练子系统1反馈的参数，运用动力学模型进行动力学分析之后，进行一下两个方面的操作：

1)在总训练场景的当前虚拟视景场景基础上，分析判断其即将产生的变化，生成新的总虚拟视景场景，通过第二显示装置500以显示给指挥中心载具400中的用户观看。

2)在1)的基础上，以每个驾驶模拟训练子系统1为基准，分析判断每个子训练场景即将产生的变化，生成新的子虚拟视景场景，并将之发送给对应的驾驶模拟训练子系统1，通过第一显示装置200以显示给载具101中的用户观看。

例如，左侧的车辆速度加快超越右侧的车辆，在此参数影响下，新生成的总虚拟视景场景中，左侧车辆将会显示在右侧车辆的前方，而右侧车辆所能观察到的子虚拟视景场景中，将会出现左侧车辆的模型画面。

虚拟视景处理模块605还可以将各数据采集装置反馈的对应的驾驶模拟训练子系统1的操作参数和行进参数合成至总训练场景内，以便于指挥中心载具400中的指挥人员掌握实际情况，进行调配。

除了显示画面之外，本申请还通过加设一指挥通信子系统3解决了指挥通信方面的协同问题。

指挥通信子系统3包括指挥中心通信客户端700、n个车辆通信客户端800和通信控制服务器端900。

通信控制服务器端900具有用于将通信控制服务器端900接入网络的第三网络连接装置。

指挥中心通信客户端700安装在指挥中心模拟子系统2内，与第二网络连接装置连接，第二网络连接装置用于建立指挥中心通信客户端700与通信控制服务器端900的数据通信链路。

n个车辆通信客户端800分布在n个驾驶模拟训练子系统1内，与各自所属的第一网络连接装置连接，第一网络连接装置用于建立车辆通信客户端800与通信控制服务器端900的数据通信链路。

通过以上设置，指挥中心通信客户端700与n个车辆通信客户端800均通过网络将数据信息发送至通信控制服务器端900，通信控制服务器端900再根据设定权限将对应的数据信息发送至指定的客户端。通常，n个车辆通信客户端800均可以和指挥中心通信客户端700联系，以便于指挥中心通信客户端700了解情况并下达控制指令。

但为了防止信息杂乱，我们在通信控制服务器端900设置一权限模块，指挥中心通信客户端700具有对该权限模块进行操作的最高权限。

另外，指挥中心模拟子系统3中还设置有一总操纵装置，其与第二网络连接装置连接，以接入网络，与此同时，每个驾驶模拟训练子系统1中的操纵器1011与各自所述的第一网络连接装置连接。

通过前述结构，该总操纵装置能够通过网络以对各个驾驶模拟训练子系统1的操纵器1011下达控制指令，操纵器1011具有权限模块，总操纵装置对其具有最高权限。

当某一驾驶模拟训练子系统1出现问题时，可通过前述方法由指挥中心模拟子系统2接管该驾驶模拟训练子系统1。

从而，本发明能够从视觉、体感、通讯上模拟真实的指挥中心和多个车辆的协同作战，帮助学员快速掌握协同作战的技战术知识。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。