飞行模拟器及其使用方法与流程

本公开的领域总体上涉及飞行模拟，并且更具体地，涉及利用scramnet协议和以太网协议两者的飞行模拟器及其使用方法。

背景技术：

很多已知的飞行模拟器包括飞行器座舱的大型静态安装设施，含有飞行控制、显示器、仪器和其他引航接口，以及窗外(otw)显示器。在有些情况下，飞行器座舱包括整合至飞行模拟中的高保真模拟硬件或实际飞行硬件。例如，这种硬件可以包括战术显示器、多功能显示器(mfd)、仪器、警报和警告指示器、平视显示器(hud)、飞行控制、通信系统、及其他航空电子系统。同样地，一些飞行模拟器包括高保真otw显示系统，包括例如曲面投影系统、多面板显示系统、或圆顶投影系统。高保真飞行模拟器允许训练、测试、和销售复杂的飞行器而不会花费实际飞行器中的实际飞行时间，但是这种飞行模拟器通常专用于特定飞行器。

静态和移动的飞行模拟器通常都包括执行飞行模拟软件的至少一个处理系统，例如，计算机，飞行模拟软件用于控制各种引航接口，例如，包括飞行控制和各种显示器。很多高保真飞行模拟器包括分别专用于控制飞行模拟器的一个或多个子系统的多个处理系统。例如，飞行模拟器可以包括用于控制otw显示器的一个或多个专用处理系统，用于控制驾驶舱显示器(诸如，mfd或战术显示器)的另一处理系统，以及用于控制飞行控制(诸如，操纵杆和油门)的另一处理系统。这种处理系统中的每一个执行飞行模拟软件或模拟过程的一部分以用于其专用目的或功能。飞行模拟软件的核心在于，在所有其他模拟过程之间协调是在单个处理系统上执行模拟过程还在多个处理系统中分配模拟过程的主进程。例如，主进程可以包括处理各种输入(诸如，飞行控制输入和风力)的数学模型以计算各种输出或者表示模拟飞行中的飞行器的动力学的飞行器参数，诸如，飞行器姿态，即，俯仰、横滚、及偏航。飞行器参数然后在各种模拟过程之间传送以使得每个模拟过程都能进行其专用目的或功能。例如，otw过程接收飞行器的模拟位置和姿态并且用其确定要呈现什么样的otw场景。

通常需要在待实时(例如，同步和低延迟)执行的高保真飞行模拟器中的各种模拟过程之间进行通信，以维持这种系统需要的逼真的外观和感觉。很多飞行模拟器利用复杂的通信协议，诸如，反射共享存储器(例如，scramnet)以满足实时约束。复杂的通信协议通常需要将成本、复杂度、和体积引入飞行模拟器的专用硬件和软件。因此，在本文中，期望实现移动的、多个飞行器都可配置的、可实时操作的并且可负担得起飞行模拟器。

技术实现要素：

根据本公开的一个方面，提供一种用于飞行模拟器的处理系统。处理系统包括scramnet接口、非暂时性存储器、及处理器。scramnet接口被配置为建立scramnet总线，在scramnet总线发送和接收scramnet消息。非暂时性存储器被配置为存储用于主进程和scramnet到以太网的应用编程接口(api)的计算机可执行指令。处理器通信耦接至scramnet接口和非暂时性存储器，并且被配置为执行主进程和scramnet到以太网的api以：使用scramnet到以太网的api将飞行控制消息转换为scramnet总线上的第一scramnet消息；使用主进程处理第一scramnet消息以生成在scramnet总线上的第二scramnet消息；并且使用scramnet到以太网的api将第二scramnet消息转换为显示消息。

根据本公开的另一方面，提供一种飞行模拟器。飞行模拟器包括以太网网络、飞行控制系统、主处理系统、和显示系统。飞行控制系统耦接至以太网网络并且被配置为接收飞行控制输入并通过以太网网络发送飞行控制消息。主处理系统耦接至以太网网络并且包括scramnet总线。主处理系统被配置为将飞行控制消息转换为scramnet总线上的第一scramnet消息，执行被配置为在scramnet总线上传送并处理第一scramnet消息以生成scramnet总线的第二scramnet消息的主进程，并将第二scramnet消息转换为显示消息。显示系统耦接至以太网网络并且被配置为接收显示消息。

根据本公开的又一方面，提供进行飞行模拟的方法。方法包括通过以太网网络从飞行控制系统接收飞行控制消息。飞行控制消息包括飞行控制输入。方法包括将飞行控制消息转换为第一scramnet消息并在scramnet总线上发送第一scramnet消息。方法包括执行主进程，主进程被配置为获得对scramnet总线的接入并处理第一scramnet消息中的飞行控制输入以生成第二scramnet消息。方法包括在scramnet总线上发送第二scramnet消息。方法包括将第二scramnet消息转换为显示消息。方法包括通过以太网网络将显示消息发送至显示系统。

已讨论的特征、功能和优点可在各种实施例中独立地实现或者可在其它实施例中组合，参考以下描述和附图可看到其它实施例的进一步的细节。

附图说明

图1是示例性处理系统的框图；

图2是示例性飞行模拟器的框图；

图3是在图2中示出的利用scramnet协议和以太网协议两者的飞行模拟器的另一框图；以及

图4是进行飞行模拟的示例性方法的流程图。

具体实施方式

图1是示例性处理系统100的框图。处理系统100包括处理器102、scramnet接口104、以太网接口106、及非暂时性存储器108，它们均通过通信总线110通信，诸如，外围部件互联(pci)、pciexpress、pciextended、或任何其他适合于计算系统的通信总线。处理系统100是可以针对飞行模拟器执行一个或多个模拟过程的示例性系统。在某些实施方式中，处理系统100执行操作系统，在操作系统内执行其他模拟过程。

scramnet接口104是用于示例性实时通信协议的专用硬件接口，其利用反射共享存储器来在处理系统和模拟过程之间实现同步低延迟通信。scramnet接口104建立scramnet总线(未示出)，处理器102利用scramnet总线通信以发送与接收消息(即，数据)。发送数据通常是指将消息放在scramnet总线上，并且接收数据通常是指从scramnet总线拉取消息。scramnet接口104进一步被配置为与用它们自己的scramnet接口104启用的远程处理系统进行通信，即，位于scramnet总线上的处理系统。位于scramnet总线上的各种处理系统(诸如，处理系统100)通过令牌环网络通信耦接，令牌环网络可以包括铜连接、光纤连接、或者用于建立网络的任何其他合适的通信介质。

图2是示例性飞行模拟器200的框图。飞行模拟器200包括主处理系统202，在某些实施方式中，主处理系统实现为处理系统100(在图1中示出)。飞行模拟器200包括驾驶舱204和otw显示系统206、208、和210，即，中心otw(otw-c)206、左otw(otw-l)208、和右otw(otw-r)210。驾驶舱204包括各种引航接口，包括飞行控制系统212、mfd214、战术显示器216、hud218、以及整合至飞行模拟器200中的各种其他航空电子装置220，它们均通信耦接至实时总线222，诸如，以太网。主处理系统202、otw显示系统206、208、210、飞行控制系统212、mfd214、战术显示器216、hud218、和航空电子装置220中的每一个均表示在一个或多个处理系统上执行的模拟过程，并且进一步表示在其上执行专用目的或功能的物理处理系统或物理人机接口。例如，otw-c206表示在处理系统执行的中心otw过程以及呈现otw场景的显示器本身。同样地，例如，飞行控制系统212表示在处理系统执行的飞行控制过程以及与飞行员相接的物理飞行控制接口(例如，操纵杆、油门、脚踏方向舵、周期距控制、总距控制、或其他飞行控制装置)。例如，飞行员利用操纵杆控制固定翼飞行器中的俯仰和横滚。同样地，飞行员可以利用脚踏方向舵控制偏航。在旋翼飞行器中，操纵杆或周期距控制通常用于控制俯仰和偏航，而总距控制用于控制海拔高度。但不论是哪种情况，油门控制提供给飞行器的发动机的动力，其影响空速。在某些实施方式中，一个或多个驾驶舱显示装置(诸如，mfd214、战术显示器216、或hud218)可以包括能操作以接收显示消息并呈现合适的图形、场景、文本、或其他对象的一个或多个平板计算装置、平板显示器、或其他合适的显示系统。

图3是利用scramnet协议和以太网协议两者的飞行模拟器200的另一框图。图3包括通过实时总线222耦接至飞行控制系统212的主处理系统202(所有的在图2中示出)。图3还包括显示系统300，诸如，otw系统206、208、210、mfd214、战术显示器216(所有的在图2中示出)或者任何其他合适的显示系统。主处理系统202、飞行控制系统212、和显示系统300使用实现为以太网网络的实时总线222通信。在这样的实施方式中，实时总线222可以进一步包括一个或多个以太网交换机、集线器、或其他路由装置以允许经由以太网网络在各种处理系统之间进行实时通信。

飞行控制系统212接收来自飞行员或者飞行模拟器200的用户的飞行控制输入并通过实时总线222发送飞行控制消息(例如，以太网消息)。例如，飞行控制输入可以包括俯仰、横滚、和偏航命令。在发送飞行控制消息时，飞行控制系统212将飞行控制输入打包到一个或多个太网数据包中并将它们发送给主处理系统202。

主处理系统202包括存储器，诸如，以被配置为存储计算机可执行指令的非暂时性存储器108(图1中示出的)为例，计算机可执行指令包括例如主进程302和scramnet到以太网的应用编程接口(api)304。主进程302和scramnet到以太网的应用编程接口(api)304是在主处理系统202的一个或多个处理器上执行的模拟过程。

主进程302在所有其他模拟过程之间进行协调，包括在主处理系统202上执行的那些模拟过程以及在一个或多个远程处理系统上执行的模拟过程，诸如，飞行控制系统212的专用处理系统或显示系统300的另一专用处理系统。例如，主进程302包括处理各种输入的数学模型，诸如，以飞行控制输入和风力为例以计算各种输出或者表示模拟飞行中的飞行器的动力学的飞行器参数，诸如，飞行器姿态，即，俯仰、横滚、及偏航。

主处理系统202包括建立scramnet总线306的scramnet接口，诸如，scramnet接口104(在图1中示出的)。在可替换的实施方式中，主处理系统202可以省去scramnet接口104，并且可以进一步在主进程302内实现scramnet总线306或实施在主处理系统202上执行的任何其他合适的处理。主进程302通常被配置为使用scramnet总线306在各种模拟过程之间通信。飞行模拟器200利用实时总线222(即，以太网网络)在主处理系统202、飞行控制系统212、和显示系统300之间通信。因此，主处理系统202执行scramnet到以太网的api304以处理从实时总线222(即，以太网网络)到scramnet总线306的转换。scramnet到以太网的api304使主进程302能够操作而无需修改利用scramnet总线306的实时通信协议。相反地，主进程302继续获得对scramnet总线306的接入并通过scramnet总线306发送与接收消息(即，数据)。同样地，在主处理系统202或利用scramnet协议的其他远程处理系统(诸如，飞行控制系统212和显示系统300)上执行的任何其他模拟过程还可以利用scramnet到以太网的api304来处理从实时总线222(即，以太网网络)到scramnet总线306或者本地位于该处理系统的任何其他scramnet总线的转换。例如，远程处理系统可以与处理系统100(在图1中示出的)相似地实现，包括建立本地scramnet总线的scramnet接口104和与实时总线222相接的以太网接口106(例如，以太网网络)。

主处理系统202通过实时总线222(即，以太网总线)从飞行控制系统212接收飞行控制消息。当接收到时，scramnet到以太网的api304将飞行控制消息转换为放置在scramnet总线306上(即，通过scramnet总线发送)的scramnet消息，例如，第一scramnet消息。这种转换通常包括将飞行控制消息(即，以太网消息)解封装成其飞行控制输入分量，并且然后将飞行控制输入分量重新打包到scramnet消息中。scramnet到以太网的api304获得对scramnet总线306的接入并且随后将scramnet消息放置到scramnet总线306上。主进程302获得对scramnet总线306的接入并且提取(即，接收)包含飞行控制输入的scramnet消息。主进程302然后解封装scramnet消息以便可以例如在飞行器的数学模型内使用。

如上所述，主进程302利用从飞行控制系统212接收的飞行控制输入执行数学模型。因此，主进程302生成包括例如模拟飞行中的飞行器的位置和姿态的飞行器参数。将这种飞行器参数打包到另一scramnet消息中，例如，放置在scramnet总线306上(即通过scramnet总线发送)的第二scramnet消息。因此，scramnet到以太网的api304获得对scramnet总线306的接入并提取(即，接收)第二scramnet消息。scramnet到以太网的api304将第二scramnet消息解封装成例如飞行器参数分量，并且将数据重新打包到例如显示消息(例如，以太网消息)中，显示消息通过实时总线222(即以太网网络)被发送到显示系统300上。

显示系统300包括物理显示器，在物理显示器上向飞行员或用户显示图形、场景、文本、或其他对象。在某些实施方式中，显示系统300还包括专用于执行显示处理的处理系统，该显示处理控制物理显示器本身。在某些实施方式中，这种处理系统被配置为对通过实时总线222(即，以太网网络)从主处理系统202发送的显示消息进行直接操作。在这样的实施方式中，显示系统300接收以太网消息并根据包含在其中的飞行器参数呈现合适的图形。例如，在显示系统300包括mfd的情况下，诸如，mfd214(在图2中示出的)，mfd可被配置为显示模拟飞行中的飞行器的位置和/或姿态的直观表示。可替换地，在某些实施方式中，显示系统300可以包括建立位于专用于显示系统300的处理系统本地的另一scramnet总线的scramnet接口，诸如，scramnet接口104(在图1中示出的)。例如，显示系统300可以包括otw-c206的专用处理系统，其类似地接收通过实时总线222(即，以太网网络)从主处理系统202发送的显示消息。在这样的实施方式中，显示系统300将以太网消息转换为包含飞行器参数的另一scramnet消息，另一scramnet消息随后被放置到本地scramnet总线上，其中，显示处理可以获得对本地scramnet总线的接入并相应对otw-c206进行控制，例如，呈现otw场景。

图4是使用飞行模拟器200进行飞行模拟的示例性方法400的流程图(在图2和图3中示出的)。方法400包括在主处理系统202通过以太网网络(诸如，实时总线222)从飞行控制系统212接收410飞行控制消息。如上所述，飞行控制消息包括从飞行员或者用户接收的飞行控制输入。方法400包括使用scramnet到以太网的api304将飞行控制消息转换420为第一scramnet消息并将第一scramnet消息发送到scramnet总线306上。在主处理系统202上执行430主进程302，主进程302获得对scramnet总线306的接入并处理第一scramnet消息中的飞行控制输入以生成包括例如飞行器参数的第二scramnet消息。第二scramnet消息然后通过主进程302被发送440到scramnet总线306上。scramnet到以太网的api304然后将第二scramnet消息转换450为显示消息，例如，以太网消息。通过实时总线(即，以太网网络)将显示消息发送460到显示系统300。

飞行模拟器的上述实施方式和本文中描述的方法提供利用scramnet通信协议和以太网通信协议两者在模拟过程之间实现实时通信的飞行模拟器。更具体地，本文中描述的实施方式包括在scramnet消息与以太网消息之间转换的scramnet到以太网的api以实现模拟过程，模拟过程被配置为利用scramnet协议继续操作而不进行修改。此外，scramnet到以太网的api使这种飞行模拟器能够将以太网网络用作实时总线，从而减小通常需要专用硬件和软件的专业通信协议的复杂度、成本、和体积。

本文中描述的方法、系统、和设备的示例性技术效果包括以下中至少一个：(a)减小实时通信的复杂度；(b)通过消除专用硬件和软件减小飞行模拟器的处理系统的成本；(c)通过消除或减少专用硬件改善飞行模拟器的移动性和可配置性；以及(d)通过简化实时通信协议改善飞行模拟器的可配置性。

一些实施方式涉及一个或多个电子处理或计算装置的使用。如本文中使用的，术语“处理器”和“计算机”及相关术语，例如，“处理装置”、“计算装置”、和“控制器”不仅限于在本领域中称为计算机的那些集成电路，而是广泛地指处理器、处理装置、控制器、通用型中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(plc)、精减指令集计算机(risc)处理器、现场可编程门阵列(fpga)、数字信号处理(dsp)装置、专用集成电路(asic)、以及其他可编程电路或能够执行本文中描述的功能的处理装置，并且这些术语在本文中可互换地使用。以上实例仅为示例性的，并且因此并非旨在以任何方式限制术语处理器、处理装置及相关术语的定义或含义。

在本文中描述的实施方式中，存储器可以包括但不限于非暂时性计算机可读介质，诸如闪存、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除编程只读存储器(eprom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、和非易失ram(nvram)。如本文中使用的，术语“非暂时性计算机可读介质”意指任何有形的计算机可读介质的表示，包括但不限于非暂时性计算机存储装置，包括但不限于易失性和非易失性介质，以及可移动和不可移动介质，诸如，固件、物理和虚拟存储器、cd-rom、dvd、和任何其他数字信源(诸如，网络或互联网)，以及还有待于开发的数字式装置，唯一例外的是瞬时传播信号。可替换地，软盘、光盘、只读存储器(cd-rom)、磁光盘(mod)、数字通用光盘(dvd)、或用任何方法或技术实现的用于信息的短期和长期存储的任何其他基于计算机的装置，诸如，计算机可读指令、数据结构、程序模块和子模块，或者还可以使用其他数据。因此，可以将本文中描述的方法编码成可执行指令，例如，在非暂时性计算机可读介质中体现的“软件”和“固件”。此外，如本文中使用的，术语“软件”和“固件”是可互换的，并且可以包括存储在存储器中供个人计算机、工作站、客户机和服务器执行的任何计算机程序。这些指令在被处理器执行时，使得处理器执行本文中所描述的至少一部分的方法。

另外，在本文中描述的实施方式中，附加输入通道可以是但不限于与操作员接口(诸如，鼠标和键盘)相关联的计算机外围设备。可替换地，还可以使用其他计算机外围设备，其可以包括例如但不局限于扫描器。此外，在示例性实施方式中，附加输出通道可以包括但不局限于操作员接口监测器。

在本文中所描述的方法和系统并不限于本文所描述的具体实施方式，而是，系统组件和/或方法步骤可被独立使用或与本文所述的其他组件和/或步骤分开使用。

尽管在一些附图中示出本公开的各种实施方式的具体特征，而在另一些附图中未示出，但这只是仅仅出于方便。根据本公开的原理，图的任何特征可以与任何其他图的任何特征接合被引用和/或要求保护。

本文中，以单数形式记载的或者前置有单词“a(一)”或“an(一个)”的元件或步骤应当理解为并不排除多个元件或步骤，除非明确说明排除多个元件或步骤。此外，提及本发明的“一个实施方式”和/或“示例性实施方式”不应解释为不存在也结合有所陈述的特征的其他实施方式。

此外，本公开包括根据以下项的实施方式：

项1.一种用于飞行模拟器的处理系统，包括：

scramnet接口，被配置为建立发送和接收scramnet消息所经由的scramnet总线；

非暂时性存储器，被配置为存储主进程的计算机可执行指令以及scramnet到以太网的应用编程接口(api)；以及

处理器，通信耦接至所述scramnet接口和所述非暂时性存储器，并且被配置为执行主进程和scramnet到以太网的api以：

使用scramnet到以太网的api将飞行控制消息转换为scramnet总线上的第一scramnet消息；

使用主进程处理第一scramnet消息以生成在scramnet总线上的第二scramnet消息；并且

使用scramnet到以太网的api将第二scramnet消息转换为显示消息。

项2.根据项1所述的处理系统进一步包括以太网接口，所述以太网接口被配置为耦接至以太网网络，并且进一步被配置为从飞行控制系统接收飞行控制消息。

项3.根据项2所述的处理系统，其中，处理器在执行主进程时进一步被配置为获得对scramnet总线上的第一scramnet消息的访问并且处理来自第一scramnet消息的飞行控制输入。

项4.根据项3所述的处理系统，其中，处理器在执行主进程时进一步被配置为基于飞行控制输入计算飞行器参数以用于生成在scramnet总线上的第二scramnet消息。

项5.根据项4所述的处理系统，其中，处理器在执行scramnet到以太网的api时进一步被配置为：

获得对scramnet总线上的第二scramnet消息的访问；

从第二scramnet消息解封装飞行器参数；并且

将飞行器参数重新打包到显示消息中。

项6.根据项3-5中任一项所述的处理系统，其中，处理器在执行scramnet到以太网的api时进一步被配置为：

从飞行控制消息中解封装飞行控制输入；

将飞行控制输入重新打包到第一scramnet消息中；并且

将第一scramnet消息发送到scramnet总线上。

项7.根据项2-6中任一项所述的处理系统，进一步包括以太网接口，所述以太网接口被配置为耦接至以太网网络并且进一步被配置为将显示消息发送到显示系统。

项8.根据项2-7中任一项所述的处理系统，进一步包括耦接至所述scramnet接口、所述以太网接口和所述处理器的通信总线。

项9.一种飞行模拟器，包括：

以太网网络；

飞行控制系统，耦接至实施以太网网络并且被配置为接收飞行控制输入并且通过所述以太网网络发送飞行控制消息；

主处理系统，耦接至所述以太网网络并且包括scramnet总线，所述主处理系统被配置为：

将飞行控制消息转换为scramnet总线上的第一scramnet消息；

执行主进程，被配置为在scramnet总线上通信并且处理第一scramnet消息以生成在scramnet总线上的第二scramnet消息；并且

将第二scramnet消息转换为显示消息；以及

显示系统，耦接至所述以太网网络并且被配置为接收显示消息。

项10.根据项9所述的飞行模拟器，其中，所述显示系统包括多功能显示器(mfd)，所述多功能显示器被配置为基于显示消息向用户呈现战术图形。

项11.根据项9-10中任一项所述的飞行模拟器，其中，所述显示系统包括被配置为基于显示消息呈现场景图形的窗外(otw)显示器。

项12.根据项11所述的飞行模拟器，其中，所述显示系统包括在呈现场景之前显示消息被转换并发送所经由的本地scramnet总线。

项13.根据项9-12中任一项所述的飞行模拟器，其中，所述飞行控制系统包括被配置为接收俯仰和横滚飞行控制输入的操纵杆。

项14.根据项9-13中任一项所述的飞行模拟器，其中，所述飞行控制系统包括被配置为接收偏航飞行控制输入的脚踏方向舵。

项15.根据项9-14中任一项所述的飞行模拟器，其中，所述主处理系统包括被配置为执行操作系统的计算系统，在所述操作系统内执行主进程和scramnet到以太网的应用编程接口(api)。

项16.一种进行飞行模拟的方法，所述方法包括：

通过以太网网络从飞行控制系统接收飞行控制消息，所述飞行控制消息包含飞行控制输入；

将所述飞行控制消息转换为第一scramnet消息并且在scramnet总线发送所述第一scramnet消息；

执行主进程，主进程被配置为获得对scramnet总线的接入并处理第一scramnet消息中的飞行控制输入以生成第二scramnet消息；

在scramnet总线上发送第二scramnet消息；

将第二scramnet消息转换为显示消息；以及

通过以太网网络将显示消息发送至显示系统。

项17.根据项16所述的方法，进一步包括：

通过以太网网络在显示系统接收显示消息；以及

基于显示消息呈现窗外(otw)场景图形。

项18.根据项16-17中任一项所述的方法，其中执行主进程进一步包括处理飞行控制输入以计算飞行器参数。

项19.根据项16-18中任一项所述的方法，其中转换飞行控制消息包括：

根据以太网协议从飞行控制消息解封装飞行控制输入；以及

将飞行控制输入重新打包到第一scramnet消息中。

项20.根据项16-19中任一项所述的方法，其中，转换所述第二scramnet消息包括：

获得对scramnet总线的接入；

从第二scramnet消息解封装飞机参数；并且

根据以太网协议将飞行器参数重新打包到显示消息中。

本书面说明书利用示例来公开各种实施方式，其包括使本领域的任何技术人员能够实现这些实施方式的最佳方式，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。专利性范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他实例。如果其他实例具有与本权利要求的文字语言相同的结构元件，或者包括与本权利要求的文字语言无实质区别的等价的结构元件，则此种其他实例都旨在落入本权利要求的范围内。