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(shù)：
1、飛行指揮訓(xùn)練模擬器是為培養(yǎng)飛行指揮員而研制的高逼真度的訓(xùn)練系統(tǒng)，它涉及到系統(tǒng)集成、語音識(shí)別、計(jì)算機(jī)兵力生成、虛擬現(xiàn)實(shí)、網(wǎng)絡(luò)通訊等多種技術(shù)領(lǐng)域，并以現(xiàn)代控制理論與相似原理為方法，結(jié)合航空理論知識(shí)和實(shí)際飛行數(shù)據(jù)來實(shí)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(dòng)輸出指令的方式，且采用語音輸入的飛行指揮模擬器識(shí)別精度差，需要錄入的詞庫多，相應(yīng)時(shí)間慢。
4、2、現(xiàn)有的模擬飛行系統(tǒng)中數(shù)據(jù)才采集會(huì)用到很復(fù)雜的公式來計(jì)算，而且一些參數(shù)需要從飛行數(shù)據(jù)中得到，容易錯(cuò)過及時(shí)修正的機(jī)會(huì)。
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(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，通過設(shè)計(jì)的飛行指揮模擬系統(tǒng)解決了上述提及的技術(shù)問題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
3、一種飛行指揮智能模擬系統(tǒng)，包括指揮臺(tái)、主控計(jì)算機(jī)、飛行計(jì)劃計(jì)算機(jī)和塔臺(tái)視景計(jì)算機(jī)，飛行計(jì)劃計(jì)算機(jī)、主控計(jì)算機(jī)和塔臺(tái)視景計(jì)算機(jī)均與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)信號(hào)連接，所述飛行計(jì)劃計(jì)算機(jī)主要由飛行計(jì)劃管理系統(tǒng)和特情指揮系統(tǒng)組成，所述指揮臺(tái)分別與飛行計(jì)劃管理系統(tǒng)和特情指揮系統(tǒng)之間電連接，所述主控計(jì)算機(jī)主要由語音識(shí)別系統(tǒng)、語音合成系統(tǒng)、訓(xùn)練評(píng)估系統(tǒng)、智能飛行系統(tǒng)、接口系統(tǒng)和空域雷達(dá)系統(tǒng)組成，所述指揮臺(tái)與語音識(shí)別系統(tǒng)之間通過語音傳輸，所述語音識(shí)別系統(tǒng)和智能飛行系統(tǒng)之間通過信號(hào)連接，所述智能飛行系統(tǒng)分別與空域雷達(dá)系統(tǒng)和語音合成系統(tǒng)之間通過信號(hào)連接，所述空域雷達(dá)系統(tǒng)將接收到信息傳輸至指揮臺(tái)，所述訓(xùn)練評(píng)估系統(tǒng)處理后信息傳輸給指揮臺(tái)，所述主控計(jì)算機(jī)與塔臺(tái)視景計(jì)算機(jī)通過接口系統(tǒng)連接，所述飛行計(jì)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(tái)視景計(jì)算機(jī)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(dá)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(tái)包括模擬塔臺(tái)、指揮話筒、控制開關(guān)和指示燈，通過指揮話筒與語音識(shí)別系統(tǒng)連接，控制開關(guān)用于控制指揮飛行計(jì)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(shí)別系統(tǒng)系統(tǒng)采用了微軟語音識(shí)別中的命令識(shí)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(chǔ)的方式，按照預(yù)設(shè)的格式定義sdk需要確定的標(biāo)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(yùn)動(dòng)的模擬、姿態(tài)角變化的模擬、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和構(gòu)建隨機(jī)誤差函數(shù)，飛行器質(zhì)心運(yùn)動(dòng)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(jī)的動(dòng)力學(xué)特性、航線以及空域的空間特征坐標(biāo)參數(shù)；
7、飛行速度的方向由下面方法實(shí)現(xiàn)，飛行器由所在a點(diǎn)飛到b點(diǎn)，v1是飛行器的初始速度方向，v2是飛行器一個(gè)計(jì)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(jì)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(gè)分量；v3與v1之間的夾角θ13由下式計(jì)算：
12、θ13＝arccos(v1·v3/(|v1|·|v3|))·57.3；
13、駕駛員會(huì)根據(jù)飛行器當(dāng)前速度矢量方向和目標(biāo)速度矢量方向的夾角θ13來調(diào)整飛行器趨向目標(biāo)矢量的快慢，角度越大飛行器的偏轉(zhuǎn)越快，實(shí)際模擬時(shí)根據(jù)機(jī)型的動(dòng)力學(xué)特性和當(dāng)前夾角的大小來確定飛行器在一個(gè)計(jì)算間隔速度矢量的偏轉(zhuǎn)大小，具體的計(jì)算方法是，先根據(jù)θ13的大小確定一個(gè)計(jì)算時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的δv，然后計(jì)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(jì)算，使速度矢量v1與v3不斷接近，使飛行器飛向b點(diǎn)。
18、所述音響模擬系統(tǒng)具有全向三維定位特性、三維實(shí)時(shí)跟蹤特性和多普勒效應(yīng)特性，三維定位特性是指在三維虛擬空間中把實(shí)際聲音信號(hào)定位到特定虛擬聲源的能力，三維實(shí)時(shí)跟蹤特性是指三維虛擬空間中實(shí)時(shí)跟蹤虛擬聲源位置變化或影像變化的能力，當(dāng)用戶與聲源之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，聲源發(fā)出的聲音會(huì)發(fā)生頻率改變，從而產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。
19、所述飛行計(jì)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(shè)計(jì)。
20、所述訓(xùn)練評(píng)估系統(tǒng)包括飛行員模擬訓(xùn)練單元數(shù)據(jù)中心、座艙監(jiān)控、三維態(tài)勢(shì)、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(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，分析給出各架次、各階段飛行報(bào)告，報(bào)告以不同顏色顯示飛行質(zhì)量，對(duì)任意架次、任一時(shí)間段飛參數(shù)據(jù)進(jìn)行二維曲線、三維態(tài)勢(shì)復(fù)現(xiàn)，為飛行教員講評(píng)提供依據(jù)。
21、所述視景成像系統(tǒng)將學(xué)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(yīng)輸出的虛擬仿真系統(tǒng)，主要由外部輸入接受模塊、場(chǎng)景圖組織模塊、相機(jī)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(jī)位置傳輸至場(chǎng)景圖組織模塊，場(chǎng)景圖組織模塊將當(dāng)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(jī)位置和朝向輸送至相機(jī)控制模塊，相機(jī)控制模塊處理后將空間坐標(biāo)、相機(jī)朝向和相機(jī)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(jìn)行輸出。
22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
23、1、本發(fā)明中的語音識(shí)別系統(tǒng)通過拆分識(shí)別指令進(jìn)行命令，保證了語音識(shí)別精度的同時(shí)，識(shí)別詞匯輸入也大大降低，其識(shí)別范圍為中文單字、詞組、短語和數(shù)字，詞庫容量為2000條，識(shí)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(shí)別適應(yīng)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(shí)數(shù)據(jù)，建立了飛行員知識(shí)庫系統(tǒng)，多機(jī)型的動(dòng)力學(xué)參數(shù)庫，飛行任務(wù)與航線特征數(shù)據(jù)庫，并對(duì)飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程作了簡(jiǎn)化。
25、3、本發(fā)明指揮訓(xùn)練系統(tǒng)中的音響模擬系統(tǒng)可以與視覺同時(shí)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(qiáng)了沉浸感和交互性。
26、4、本發(fā)明中飛行計(jì)劃管理系統(tǒng)可以合理安排飛行日的飛行計(jì)劃，既有利安排加快訓(xùn)練進(jìn)度，提高訓(xùn)練質(zhì)量，縮短在場(chǎng)時(shí)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(tái)(1)、主控計(jì)算機(jī)、飛行計(jì)劃計(jì)算機(jī)和塔臺(tái)視景計(jì)算機(jī)，其特征在于：飛行計(jì)劃計(jì)算機(jī)、主控計(jì)算機(jī)和塔臺(tái)視景計(jì)算機(jī)均與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)(5)信號(hào)連接，所述飛行計(jì)劃計(jì)算機(jī)主要由飛行計(jì)劃管理系統(tǒng)(21)和特情指揮系統(tǒng)(22)組成，所述指揮臺(tái)(1)分別與飛行計(jì)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(jì)算機(jī)主要由語音識(shí)別系統(tǒng)(31)、語音合成系統(tǒng)(32)、訓(xùn)練評(píng)估系統(tǒng)(33)、智能飛行系統(tǒng)(34)、接口系統(tǒng)(35)和空域雷達(dá)系統(tǒng)(36)組成，所述指揮臺(tái)(1)與語音識(shí)別系統(tǒng)(31)之間通過語音傳輸，所述語音識(shí)別系統(tǒng)(31)和智能飛行系統(tǒng)(34)之間通過信號(hào)連接，所述智能飛行系統(tǒng)(34)分別與空域雷達(dá)系統(tǒng)(36)和語音合成系統(tǒng)(32)之間通過信號(hào)連接，所述空域雷達(dá)系統(tǒng)(36)將接收到信息傳輸至指揮臺(tái)(1)，所述訓(xùn)練評(píng)估系統(tǒng)(33)處理后信息傳輸給指揮臺(tái)(1)，所述主控計(jì)算機(jī)與塔臺(tái)視景計(jì)算機(jī)通過接口系統(tǒng)(35)連接，所述飛行計(jì)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(tái)視景計(jì)算機(jī)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(dá)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(quán)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(tái)(1)包括模擬塔臺(tái)、指揮話筒、控制開關(guān)和指示燈，通過指揮話筒與語音識(shí)別系統(tǒng)(31)連接，控制開關(guān)用于控制指揮飛行計(jì)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(quán)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(shí)別系統(tǒng)(31)系統(tǒng)采用了微軟語音識(shí)別中的命令識(shí)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(chǔ)的方式，按照預(yù)設(shè)的格式定義sdk需要確定的標(biāo)簽和用以匹配的詞匯。
4.根據(jù)權(quán)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(yùn)動(dòng)的模擬、姿態(tài)角變化的模擬、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和構(gòu)建隨機(jī)誤差函數(shù)，飛行器質(zhì)心運(yùn)動(dòng)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(jī)的動(dòng)力學(xué)特性、航線以及空域的空間特征坐標(biāo)參數(shù)；
5.根據(jù)權(quán)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(shí)時(shí)跟蹤特性和多普勒效應(yīng)特性，三維定位特性是指在三維虛擬空間中把實(shí)際聲音信號(hào)定位到特定虛擬聲源的能力，三維實(shí)時(shí)跟蹤特性是指三維虛擬空間中實(shí)時(shí)跟蹤虛擬聲源位置變化或影像變化的能力，當(dāng)用戶與聲源之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，聲源發(fā)出的聲音會(huì)發(fā)生頻率改變，從而產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)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(jì)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(shè)計(jì)。
7.根據(jù)權(quán)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(xùn)練評(píng)估系統(tǒng)(33)包括飛行員模擬訓(xùn)練單元數(shù)據(jù)中心、座艙監(jiān)控、三維態(tài)勢(shì)、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(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，分析給出各架次、各階段飛行報(bào)告，報(bào)告以不同顏色顯示飛行質(zhì)量，對(duì)任意架次、任一時(shí)間段飛參數(shù)據(jù)進(jìn)行二維曲線、三維態(tài)勢(shì)復(fù)現(xiàn)，為飛行教員講評(píng)提供依據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)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(xué)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(yīng)輸出的虛擬仿真系統(tǒng)，主要由外部輸入接受模塊、場(chǎng)景圖組織模塊、相機(jī)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(jī)位置傳輸至場(chǎng)景圖組織模塊，場(chǎng)景圖組織模塊將當(dāng)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(jī)位置和朝向輸送至相機(jī)控制模塊，相機(jī)控制模塊處理后將空間坐標(biāo)、相機(jī)朝向和相機(jī)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(jìn)行輸出。