本文關(guān)鍵詞：飛行仿真導(dǎo)航系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機(jī)的運算能力快速增強(qiáng)，已經(jīng)可以解決很多大型的虛擬模型的計算問題。而且隨著3D技術(shù)的發(fā)展，使得現(xiàn)實場景的模擬真實度越來越高。像OPENAL,OPENGL等聲音，圖像框架的提出，，也給開發(fā)仿真系統(tǒng)的聲音以及圖形顯示系統(tǒng)提供了很好的工具支持。計算機(jī)仿真技術(shù)，是通過計算機(jī)模型或者運算模型也就是運行在一個或者多個計算機(jī)上的程序來實現(xiàn)對特別系統(tǒng)的模擬仿真。計算機(jī)模擬仿真技術(shù)在現(xiàn)代的數(shù)學(xué)，物理，醫(yī)療以及天文化學(xué)和生物領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。它能快速的評估和預(yù)測出當(dāng)前方案是否可行，從而為決策的做出提供有力的數(shù)據(jù)支持。計算機(jī)仿真技術(shù)有的只需要在計算機(jī)上運行數(shù)分鐘即可知道答案，有的需要在一個局域網(wǎng)內(nèi)的所有的計算機(jī)運行數(shù)天才能知道結(jié)果。根據(jù)不同的規(guī)模有所不同。但是計算機(jī)仿真技術(shù)的效率能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出以前用傳統(tǒng)的紙和筆計算效率，大多數(shù)情況下他們做出的運算甚至是傳統(tǒng)的方法沒法實現(xiàn)的�，F(xiàn)在的仿真技術(shù)通常是通過抓取現(xiàn)實的系統(tǒng)行為然后將其模型化得出的。 該系統(tǒng)是對復(fù)雜的飛機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的有效工具，它不僅可以直觀的顯示各種飛行參數(shù)，而且可以用于數(shù)據(jù)的分析，研究各種數(shù)據(jù)的內(nèi)在聯(lián)系和變化規(guī)律。該系統(tǒng)可以用于飛行訓(xùn)練，飛行安全分析，以及對于非技術(shù)人員進(jìn)行展示，從而應(yīng)用于飛行管理。也可以對飛行方案進(jìn)行驗證，測試等。 該系統(tǒng)主要以網(wǎng)絡(luò)上成熟的飛行模擬框架flightgear為基礎(chǔ)開發(fā)，flightgear是由美國的數(shù)位大學(xué)博士生聯(lián)手開發(fā)的一套開源的模擬飛行框架。經(jīng)過多年的發(fā)展與演變，已經(jīng)成為一個比較成熟，穩(wěn)定的開源系統(tǒng)。在此系統(tǒng)上進(jìn)行二次開發(fā)，可以有效的縮短開發(fā)周期，減小研發(fā)成本。 本飛行模擬仿真系統(tǒng)大致流程如下，飛行員選擇模擬硬件，可以是鍵盤鼠標(biāo)，也可以是手柄，手搖桿。用戶選擇好硬件操作設(shè)備以后，配置模擬飛行環(huán)境，包括天氣，地景，屏幕分屏，通信協(xié)議，分辨率，機(jī)場，起飛時間，飛機(jī)類型，云層，飛行模型等。 飛行員設(shè)定飛行航路，設(shè)定飛機(jī)的油量，起始速度，掛載等相關(guān)數(shù)據(jù)。當(dāng)所有準(zhǔn)備工作做好以后，啟動飛機(jī)。飛機(jī)開始飛行，飛行員主要通過HUD部分了解飛機(jī)當(dāng)前的數(shù)據(jù)和工作情況。同時運行在其他電腦上的程序獲取飛機(jī)當(dāng)前狀態(tài)各種數(shù)據(jù)并且予以顯示。包括飛機(jī)水平狀態(tài)，飛機(jī)飛行方向，儀表盤顯示飛機(jī)當(dāng)前的油量，速度，高度等。在飛機(jī)飛行過程中飛行員按照HUD指示進(jìn)行飛行，當(dāng)飛行出現(xiàn)偏差的時候，系統(tǒng)提示飛行員，飛行員要根據(jù)提示做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，直到飛機(jī)飛到正確的航路上來。飛行結(jié)束后，飛行員會填寫一個表格與實際飛行過程做比對，獲取他的實際飛行狀態(tài)測試數(shù)據(jù)。 整個飛行過程用C/S結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，因為飛行解算方程要求客戶端具有強(qiáng)大的自我計算能力。而B/S結(jié)構(gòu)客戶端也就是瀏覽器，功能太過于單一，不能滿足本系統(tǒng)的開發(fā)需求。 本系統(tǒng)開發(fā)過程中使用的主要是MVC結(jié)構(gòu)：視圖層主要功能完成對客戶畫面的呈現(xiàn)，控制層負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)的邏輯運算和相關(guān)功能的處理。數(shù)據(jù)層完成對需要數(shù)據(jù)的存儲以及轉(zhuǎn)發(fā)等功能。通過C/S結(jié)構(gòu)可以很好的在局域網(wǎng)內(nèi)完成系統(tǒng)的部署。解算主體模塊負(fù)責(zé)計算，顯示，以及數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)以UDP報文的形式傳播，廣播出去。各個分模塊的計算接收到數(shù)據(jù)以后，各自完成自己那部分?jǐn)?shù)據(jù)的分析，并分別以儀表盤，數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)圖的形式完成對各種數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)。通過這些圖表以及各種數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)完成對飛機(jī)飛行的導(dǎo)航。 本論文的第四章主要對整個系統(tǒng)的各個算法進(jìn)行闡述，包括地理坐標(biāo)系到平面坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換算法，以及飛機(jī)路徑導(dǎo)航算法。其中路徑導(dǎo)航算法在國內(nèi)是率先提出的，它主要工作就是負(fù)責(zé)對飛機(jī)的飛行進(jìn)行導(dǎo)航，并根據(jù)飛機(jī)當(dāng)前的位置計算飛機(jī)與各個航路點的距離，方位并給出正確的提示、引導(dǎo)，使飛機(jī)在正確的航路上飛行。一旦飛機(jī)偏離航向，它能提示飛行員并引導(dǎo)飛機(jī)飛回到正確的航道上來。
【關(guān)鍵詞】：飛行模擬 仿真系統(tǒng) 導(dǎo)航算法 HUD flightgear
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：V249;TP391.9
【目錄】：

• 序4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 引言13-17
• 1.1 研究背景13-15
• 1.2 課題研究內(nèi)容15
• 1.3 作者在項目中的主要任務(wù)15
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)15-17
• 第2章 關(guān)鍵技術(shù)介紹17-23
• 2.1 FLIGHTGEAR 介紹17-19
• 2.1.1 Flightgear 概述17
• 2.1.2 飛行動態(tài)模型(FDM)17
• 2.1.3 FlightGear 的相關(guān)庫17-18
• 2.1.4 飛機(jī)18
• 2.1.5 飛行場景18-19
• 2.1.6 網(wǎng)絡(luò)以及多屏顯示19
• 2.2 HUD 介紹及其功能需求19-23
• 2.2.1 可視化系統(tǒng)19
• 2.2.2 HUD 介紹19-21
• 2.2.3 HUD 的設(shè)計以及功能需求21-23
• 第3章 飛行仿真導(dǎo)航系統(tǒng)的功能和實現(xiàn)23-52
• 3.1 飛行仿真導(dǎo)航系統(tǒng)的功能需求23-28
• 3.1.1 飛行仿真導(dǎo)航系統(tǒng)主要功能23
• 3.1.2 飛行仿真導(dǎo)航系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)23-24
• 3.1.3 飛行仿真導(dǎo)航系統(tǒng)功能模塊24-28
• 3.2 飛行仿真導(dǎo)航系統(tǒng)軟件界面的分配28-29
• 3.3 啟動面板29-31
• 3.4 HUD 模塊界面設(shè)計原理31-39
• 3.4.1 副翼的實現(xiàn)以及設(shè)計31
• 3.4.2 空速的設(shè)計以及實現(xiàn)31-32
• 3.4.3 高度的設(shè)計和實現(xiàn)32-33
• 3.4.4 仰角33
• 3.4.5 升降速33
• 3.4.6 前方導(dǎo)航33-34
• 3.4.7 位置34
• 3.4.8 舵34-35
• 3.4.9 顯示飛機(jī)推力35
• 3.4.10 顯示偏航角35-36
• 3.4.11 應(yīng)飛航向36
• 3.4.12 航炮十字線36-37
• 3.4.13 飛機(jī)應(yīng)飛航向37-38
• 3.4.14 飛機(jī)機(jī)身顯示38
• 3.4.15 飛機(jī)水平顯示38-39
• 3.4.16 顯示飛機(jī)離下一個航路點的距離39
• 3.5 分屏設(shè)計39-40
• 3.6 平顯格式設(shè)置40-41
• 3.7 飛行數(shù)據(jù)監(jiān)控臺顯示41
• 3.8 多功能顯示板41-49
• 3.8.1 路徑導(dǎo)航顯示板41-47
• 3.8.2 飛機(jī)掛載情況顯示47-48
• 3.8.3 飛機(jī)水平情況顯示48-49
• 3.9 數(shù)據(jù)通信模塊設(shè)計與處理49-52
• 3.9.1 數(shù)據(jù)通信模塊數(shù)據(jù)類的封裝49-50
• 3.9.2 數(shù)據(jù)通信模塊設(shè)計原理50-52
• 第4章 算法部分52-62
• 4.1 地球坐標(biāo)與地理坐標(biāo)52-56
• 4.1.1 理論知識和背景介紹52-53
• 4.1.2 直角平面坐標(biāo)系53
• 4.1.3 地理信息系統(tǒng)53-54
• 4.1.4 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的基本思想54-55
• 4.1.5 地理坐標(biāo)與經(jīng)緯度坐標(biāo)以及屏幕坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換55-56
• 4.2 航路點的切換和選擇算法56-62
• 4.2.1 兩個點的地球距離計算56-57
• 4.2.2 角度計算方法57
• 4.2.3 角度轉(zhuǎn)換函數(shù)57-58
• 4.2.4 航路點選擇算法58-62
• 第5章 總結(jié)與展望62-64
• 5.1 總結(jié)62-63
• 5.2 展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-66
• 致謝66

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：飛行仿真導(dǎo)航系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：331324