本發(fā)明屬于飛行指揮模擬系統(tǒng)，具體涉及一種飛行指揮智能模擬系統(tǒng)。
背景技術：
1、飛行指揮訓練模擬器是為培養(yǎng)飛行指揮員而研制的高逼真度的訓練系統(tǒng)，它涉及到系統(tǒng)集成、語音識別、計算機兵力生成、虛擬現(xiàn)實、網(wǎng)絡通訊等多種技術領域，并以現(xiàn)代控制理論與相似原理為方法，結合航空理論知識和實際飛行數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。
2、先有的飛行指揮模擬器存在以下問題：
3、1、現(xiàn)有的飛行指揮模擬器大多數(shù)采用手動輸出指令的方式，且采用語音輸入的飛行指揮模擬器識別精度差，需要錄入的詞庫多，相應時間慢。
4、2、現(xiàn)有的模擬飛行系統(tǒng)中數(shù)據(jù)才采集會用到很復雜的公式來計算，而且一些參數(shù)需要從飛行數(shù)據(jù)中得到，容易錯過及時修正的機會。
5、3、現(xiàn)有的模擬飛行系統(tǒng)中音響效果差，且指揮員不能聽到音響聲音，不能從環(huán)境中判斷出更多信息。
技術實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足之處，通過設計的飛行指揮模擬系統(tǒng)解決了上述提及的技術問題。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：
3、一種飛行指揮智能模擬系統(tǒng)，包括指揮臺、主控計算機、飛行計劃計算機和塔臺視景計算機，飛行計劃計算機、主控計算機和塔臺視景計算機均與網(wǎng)絡交換機信號連接，所述飛行計劃計算機主要由飛行計劃管理系統(tǒng)和特情指揮系統(tǒng)組成，所述指揮臺分別與飛行計劃管理系統(tǒng)和特情指揮系統(tǒng)之間電連接，所述主控計算機主要由語音識別系統(tǒng)、語音合成系統(tǒng)、訓練評估系統(tǒng)、智能飛行系統(tǒng)、接口系統(tǒng)和空域雷達系統(tǒng)組成，所述指揮臺與語音識別系統(tǒng)之間通過語音傳輸，所述語音識別系統(tǒng)和智能飛行系統(tǒng)之間通過信號連接，所述智能飛行系統(tǒng)分別與空域雷達系統(tǒng)和語音合成系統(tǒng)之間通過信號連接，所述空域雷達系統(tǒng)將接收到信息傳輸至指揮臺，所述訓練評估系統(tǒng)處理后信息傳輸給指揮臺，所述主控計算機與塔臺視景計算機通過接口系統(tǒng)連接，所述飛行計劃管理系統(tǒng)和特情指揮系統(tǒng)發(fā)送指定至智能飛行系統(tǒng)，所述塔臺視景計算機主要由音響模擬系統(tǒng)和視景成像系統(tǒng)組成，所述空域雷達系統(tǒng)將處理后信息分別傳輸至音響模擬系統(tǒng)和視景成像系統(tǒng)。
4、所述指揮臺包括模擬塔臺、指揮話筒、控制開關和指示燈，通過指揮話筒與語音識別系統(tǒng)連接，控制開關用于控制指揮飛行計劃管理系統(tǒng)和特情指揮系統(tǒng)，指示燈用于顯示飛行狀態(tài)。
5、所述語音識別系統(tǒng)系統(tǒng)采用了微軟語音識別中的命令識別模式，開發(fā)者自己編寫內(nèi)部字典，以xml文件作為一種數(shù)據(jù)存儲的方式，按照預設的格式定義sdk需要確定的標簽和用以匹配的詞匯。
6、所述智能飛行系統(tǒng)為飛行器質(zhì)心運動的模擬、姿態(tài)角變化的模擬、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和構建隨機誤差函數(shù)，飛行器質(zhì)心運動包括速度矢量的大小和方向，通過飛行器的速度矢量方向來確定飛行器的俯仰角和偏航角，從而模擬姿態(tài)角變化，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中包括了飛機的動力學特性、航線以及空域的空間特征坐標參數(shù)；
7、飛行速度的方向由下面方法實現(xiàn)，飛行器由所在a點飛到b點，v1是飛行器的初始速度方向，v2是飛行器一個計算間隔后的速度矢量方向，v3是飛行器速度矢量最終方向，v3計算公式如下：
8、vx3＝|v1|·(xb-xa)/|ba|；
9、vy3＝|v1|·(yb-ya)/|ba|；
10、vz3＝|v1|·(zb-za)/|ba|；
11、式中vx3、vy3和vz3是v3的三個分量；v3與v1之間的夾角θ13由下式計算：
12、θ13＝arccos(v1·v3/(|v1|·|v3|))·57.3；
13、駕駛員會根據(jù)飛行器當前速度矢量方向和目標速度矢量方向的夾角θ13來調(diào)整飛行器趨向目標矢量的快慢，角度越大飛行器的偏轉(zhuǎn)越快，實際模擬時根據(jù)機型的動力學特性和當前夾角的大小來確定飛行器在一個計算間隔速度矢量的偏轉(zhuǎn)大小，具體的計算方法是，先根據(jù)θ13的大小確定一個計算時間間隔對應的δv，然后計算v2的方向，就是矢量v1+δv的方向，v2模的大小與v1相等；
14、vx2＝(vx1+δvx)·|v1|/|v1+δv|；
15、vy2＝(vy1+δvy)·|v1|/|v1+δv|；
16、vz2＝(vz1+δvz)·|v1|/|v1+δv|；
17、經(jīng)過累加計算，使速度矢量v1與v3不斷接近，使飛行器飛向b點。
18、所述音響模擬系統(tǒng)具有全向三維定位特性、三維實時跟蹤特性和多普勒效應特性，三維定位特性是指在三維虛擬空間中把實際聲音信號定位到特定虛擬聲源的能力，三維實時跟蹤特性是指三維虛擬空間中實時跟蹤虛擬聲源位置變化或影像變化的能力，當用戶與聲源之間產(chǎn)生相對運動時，聲源發(fā)出的聲音會發(fā)生頻率改變，從而產(chǎn)生多普勒效應。
19、所述飛行計劃管理系統(tǒng)包括規(guī)則與數(shù)據(jù)的組織描述模塊、推理過程與元規(guī)則和推理過程設計。
20、所述訓練評估系統(tǒng)包括飛行員模擬訓練單元數(shù)據(jù)中心、座艙監(jiān)控、三維態(tài)勢、虛擬座艙和飛參判讀系統(tǒng)，通過讀取各架次飛參數(shù)據(jù)，依據(jù)各課目評定標準，分析給出各架次、各階段飛行報告，報告以不同顏色顯示飛行質(zhì)量，對任意架次、任一時間段飛參數(shù)據(jù)進行二維曲線、三維態(tài)勢復現(xiàn)，為飛行教員講評提供依據(jù)。
21、所述視景成像系統(tǒng)將學員飛行模擬器中數(shù)據(jù)輸入作為外部輸入數(shù)據(jù)，然后以此數(shù)據(jù)生成相應輸出的虛擬仿真系統(tǒng)，主要由外部輸入接受模塊、場景圖組織模塊、相機控制模塊、氣象環(huán)境仿真模塊和繪制引擎組成，所述外部輸入接受模塊將氣象環(huán)境信息參數(shù)發(fā)送給氣象環(huán)境仿真模塊，所述氣象環(huán)境仿真模塊將處理后的繪制氣象環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸至繪制引擎，外部輸入接受模塊將飛機位置傳輸至場景圖組織模塊，場景圖組織模塊將當前空間位置地景數(shù)據(jù)傳輸至繪制引擎，外部輸入接受模塊將飛機位置和朝向輸送至相機控制模塊，相機控制模塊處理后將空間坐標、相機朝向和相機正方向傳輸至繪制引擎，繪制引擎將經(jīng)裁剪、組織優(yōu)化過的繪制數(shù)據(jù)傳輸至屏顯進行輸出。
22、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：
23、1、本發(fā)明中的語音識別系統(tǒng)通過拆分識別指令進行命令，保證了語音識別精度的同時，識別詞匯輸入也大大降低，其識別范圍為中文單字、詞組、短語和數(shù)字，詞庫容量為2000條，識別精度為詞組短語大于98％，輸入速度為30～80字/min，抗噪能力為背景噪聲小于75db可正常工作，識別適應能力為大于200人，多詞組分辨間隔為大于1s。
24、2、本發(fā)明中智能飛行系統(tǒng)直接采用真實數(shù)據(jù)，建立了飛行員知識庫系統(tǒng)，多機型的動力學參數(shù)庫，飛行任務與航線特征數(shù)據(jù)庫，并對飛機的運動學方程作了簡化。
25、3、本發(fā)明指揮訓練系統(tǒng)中的音響模擬系統(tǒng)可以與視覺同時并行，使指揮員能從具有視覺又有聽覺的環(huán)境中獲得更多的信息，從而更增強了沉浸感和交互性。
26、4、本發(fā)明中飛行計劃管理系統(tǒng)可以合理安排飛行日的飛行計劃，既有利安排加快訓練進度，提高訓練質(zhì)量，縮短在場時間，也有利于保證飛行安全。
1.一種飛行指揮智能模擬系統(tǒng)，包括指揮臺(1)、主控計算機、飛行計劃計算機和塔臺視景計算機，其特征在于：飛行計劃計算機、主控計算機和塔臺視景計算機均與網(wǎng)絡交換機(5)信號連接，所述飛行計劃計算機主要由飛行計劃管理系統(tǒng)(21)和特情指揮系統(tǒng)(22)組成，所述指揮臺(1)分別與飛行計劃管理系統(tǒng)(21)和特情指揮系統(tǒng)(22)之間電連接，所述主控計算機主要由語音識別系統(tǒng)(31)、語音合成系統(tǒng)(32)、訓練評估系統(tǒng)(33)、智能飛行系統(tǒng)(34)、接口系統(tǒng)(35)和空域雷達系統(tǒng)(36)組成，所述指揮臺(1)與語音識別系統(tǒng)(31)之間通過語音傳輸，所述語音識別系統(tǒng)(31)和智能飛行系統(tǒng)(34)之間通過信號連接，所述智能飛行系統(tǒng)(34)分別與空域雷達系統(tǒng)(36)和語音合成系統(tǒng)(32)之間通過信號連接，所述空域雷達系統(tǒng)(36)將接收到信息傳輸至指揮臺(1)，所述訓練評估系統(tǒng)(33)處理后信息傳輸給指揮臺(1)，所述主控計算機與塔臺視景計算機通過接口系統(tǒng)(35)連接，所述飛行計劃管理系統(tǒng)(21)和特情指揮系統(tǒng)(22)發(fā)送指定至智能飛行系統(tǒng)(34)，所述塔臺視景計算機主要由音響模擬系統(tǒng)(41)和視景成像系統(tǒng)(42)組成，所述空域雷達系統(tǒng)(36)將處理后信息分別傳輸至音響模擬系統(tǒng)(41)和視景成像系統(tǒng)(42)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種飛行指揮智能模擬系統(tǒng)，其特征在于：所述指揮臺(1)包括模擬塔臺、指揮話筒、控制開關和指示燈，通過指揮話筒與語音識別系統(tǒng)(31)連接，控制開關用于控制指揮飛行計劃管理系統(tǒng)(21)和特情指揮系統(tǒng)(22)，指示燈用于顯示飛行狀態(tài)。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種飛行指揮智能模擬系統(tǒng)，其特征在于：所述語音識別系統(tǒng)(31)系統(tǒng)采用了微軟語音識別中的命令識別模式，開發(fā)者自己編寫內(nèi)部字典，以xml文件作為一種數(shù)據(jù)存儲的方式，按照預設的格式定義sdk需要確定的標簽和用以匹配的詞匯。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種飛行指揮智能模擬系統(tǒng)，其特征在于：所述智能飛行系統(tǒng)(34)為飛行器質(zhì)心運動的模擬、姿態(tài)角變化的模擬、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和構建隨機誤差函數(shù)，飛行器質(zhì)心運動包括速度矢量的大小和方向，通過飛行器的速度矢量方向來確定飛行器的俯仰角和偏航角，從而模擬姿態(tài)角變化，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中包括了飛機的動力學特性、航線以及空域的空間特征坐標參數(shù)；
5.根據(jù)權利要求1所述的一種飛行指揮智能模擬系統(tǒng)，其特征在于：所述音響模擬系統(tǒng)(41)具有全向三維定位特性、三維實時跟蹤特性和多普勒效應特性，三維定位特性是指在三維虛擬空間中把實際聲音信號定位到特定虛擬聲源的能力，三維實時跟蹤特性是指三維虛擬空間中實時跟蹤虛擬聲源位置變化或影像變化的能力，當用戶與聲源之間產(chǎn)生相對運動時，聲源發(fā)出的聲音會發(fā)生頻率改變，從而產(chǎn)生多普勒效應。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種飛行指揮智能模擬系統(tǒng)，其特征在于：所述飛行計劃管理系統(tǒng)(21)包括規(guī)則與數(shù)據(jù)的組織描述模塊、推理過程與元規(guī)則和推理過程設計。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種飛行指揮智能模擬系統(tǒng)，其特征在于：所述訓練評估系統(tǒng)(33)包括飛行員模擬訓練單元數(shù)據(jù)中心、座艙監(jiān)控、三維態(tài)勢、虛擬座艙和飛參判讀系統(tǒng)，通過讀取各架次飛參數(shù)據(jù)，依據(jù)各課目評定標準，分析給出各架次、各階段飛行報告，報告以不同顏色顯示飛行質(zhì)量，對任意架次、任一時間段飛參數(shù)據(jù)進行二維曲線、三維態(tài)勢復現(xiàn)，為飛行教員講評提供依據(jù)。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種飛行指揮智能模擬系統(tǒng)，其特征在于：所述視景成像系統(tǒng)(42)將學員飛行模擬器中數(shù)據(jù)輸入作為外部輸入數(shù)據(jù)，然后以此數(shù)據(jù)生成相應輸出的虛擬仿真系統(tǒng)，主要由外部輸入接受模塊、場景圖組織模塊、相機控制模塊、氣象環(huán)境仿真模塊和繪制引擎組成，所述外部輸入接受模塊將氣象環(huán)境信息參數(shù)發(fā)送給氣象環(huán)境仿真模塊，所述氣象環(huán)境仿真模塊將處理后的繪制氣象環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸至繪制引擎，外部輸入接受模塊將飛機位置傳輸至場景圖組織模塊，場景圖組織模塊將當前空間位置地景數(shù)據(jù)傳輸至繪制引擎，外部輸入接受模塊將飛機位置和朝向輸送至相機控制模塊，相機控制模塊處理后將空間坐標、相機朝向和相機正方向傳輸至繪制引擎，繪制引擎將經(jīng)裁剪、組織優(yōu)化過的繪制數(shù)據(jù)傳輸至屏顯進行輸出。