基于FlightGear的近地警告系統飛行仿真測試環境搭建

摘 要：介紹了基于FlightGear的近地警告系統飛行仿真測試環境搭建方法。該測試環境主要由主控系統、飛行仿真系統、視景系統以及機載設備激勵系統組成。其中主控系統用于人機接口控制，視景系統用于營造真實的飛行視景環境，飛行仿真系統用于產生近地警告仿真數據源，機載設備激勵系統用于仿真數據源與近地警告系統間的數據類型匹配。

關鍵詞：可控飛行撞地 近地警告系統 飛行仿真 視景系統

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（c）-0064-02

在飛行中并非由于飛機本身故障或發動機失效等原因造成的飛機撞地或墜海事故，稱為可控飛行撞地（CFIT）事故。1975年以前，世界范圍內的商用噴氣機群平均每年發生8次可控飛行撞地事故。為此有關部門研制了近地警告系統（GPWS），為飛行員提供飛機以不安全形態危險接近地面的警告信號，提高機組的處境意識。近地警告系統的廣泛安裝，大大減少了可控飛行撞地事故[1]。

仿真（Simulation）技術或模擬技術這一高科技手段已被廣泛應用在國民經濟各個領域。在航空領域，這種仿真技術被稱為飛行仿真技術[2]。在國外近地警告漫長的發展過程中，飛行仿真技術扮演了很重要的角色。據了解，Honeywell公司擁有非常完善逼真的飛行仿真環境，一方面通過“自動式”模式對產品進行標準化、格式化的測試來保證產品的可靠性；另外一方面通過“交互式”模式對產品進行不同機型或者不同航電系統配置的測試和診斷，來起到促進產品發展和預防產品缺陷的作用。

我國近地警告系統在國內科研人員的不懈努力下已經取得卓越成就，裝載了國內多種型號飛機。但相應的飛行仿真測試設備卻寥寥無機，因此在近地警告設計驗證、使用維護過程中缺乏有力的支撐環境。基于以上現狀，該文介紹了基于Flightgear的近地警告飛行仿真測試環境的搭建方法。

1 系統總體設計

近地警告系統飛行仿真測試環境主要由主控系統、視景系統、飛行仿真系統以及機載設備激勵系統。其中主控系統用于人機接口控制，視景系統用于營造真實的飛行視景環境，飛行仿真系統用于產生近地警告仿真數據源，機載設備激勵系統用于仿真數據源與近地警告系統間的數據類型匹配。各子系統間的交互關系見圖1所示。

1.1 主控系統

主控系統提供了對設備進行各種設置的人機接口，可以通過它進行定制化的系統控制設計。主控系統硬件為普通臺式機，用于安裝主控系統軟件。主控系統軟件力求簡潔直觀，各種菜單按鍵的布局清晰合理，可在短時間內掌握使用，發揮最大的效用。

主控系統軟件包括以下功能模塊：

功能鍵：在整個頁面的下方，用來提供一組快捷功能，包括凍結、時間加速、快速狀態抽樣、復位、關閉設備等。

飛機狀態：控制菜單包括飛機狀態設置、外部環境設置、停機坪設置、進近設置、系統設置、設備初始設置等功能選項。

運行界面：整個屏幕的其他部分為控制臺頁面的運行界面，控制運行界面顯示內容。

視景系統：控制視景系統氣象、能見度等。

1.2 飛行仿真系統

飛行仿真系統硬件為普通臺式機，用于運行飛行仿真軟件FlightGear。FlightGear使用C++語言及三維圖形引擎openGL開發，主要由動力學系統、視景系統、音效系統、駕駛艙系統、儀表系統、自動駕駛系統、助航系統等組成，系統啟動后，生成一個包括飛行器、跑道、地形、天空、儀表、天氣特效等元素的仿真圖形環境，準確逼真地模擬真實飛行時的飛行狀態，如飛行軌跡、飛機姿態、起落架和飛行控制面的位置、駕駛艙儀表指示、艙音等[3]。

FlightGear作為一個通用的飛行模擬系統，結構組織甚為復雜，各個系統不是獨立的，而是有聯系的，各系統模塊之間的關系大致如圖2所示。

FlightGear為用戶預留了多種接口方式，例如串行通信、UDP網絡通信、TCP/IP網絡通信等；由于交聯設備均以UDP網絡通信為主，選擇以UDP網絡實現FlightGear與交聯設備的通信。FlightGear飛行模擬器的網絡通信模塊比較成熟，只需要設置網絡通信屬性即可，不需要其他的軟件開發。

1.3 視景系統

視景系統通過投影系統在環形屏幕上展現產生座艙外的景象，包括機場、跑道、建筑物、田野、河流、道路、地形地貌、飛行器等；視景系統還模擬能見度、云、霧、雨、雪、雷電等氣象條件以及白天、黑夜、黃昏景象。視景系統硬件主要包含：圖形生成系統、投影顯示系統、音響及配套系統[4]。視景系統效果。

1.4 機載設備激勵系統

機載設備激勵系統實現飛行仿真系統和近地告警計算機的數據交聯。飛行仿真系統為近地告警系統提供所需的飛行數據，并通過機載設備激勵系統轉換成相應格式；同時飛行仿真系統也通過機載設備激勵系統收取近地告警計算機的告警數據，并通過指示/記錄系統和音響告警系統發出告警信息、告警音等。機載設備激勵系統硬件選用工控機及近地警告系統接口數據類型相應的數據板卡實現。

2 結語

該論文設計近地警告系統飛行仿真測試環境，以FlightGear為飛行仿真數據基礎，配備了主控系統、視景系統以及提供被測設備接口數據類型的機載設備激勵系統，從而完成了從飛行仿真到近地警告系統交互的全過程設計，可為近地警告系統設計驗證、使用維護過程提供強有力的支撐。

參考文獻

[1]吳琛.增強型近地警告系統研究[J].科技創新導報，2011（32）.

[2]劉興堂，萬少松，張雙選.論軍用模擬訓練器/系統的發展趨勢[J].系統仿真學報，2009，2（4）：19-21.

[3]王立波，張復春.基于FlightGear飛行仿真軟件數據的采集與處理[J].電子設計工程，2011（24）.

[4]黃華，徐幼平，鄧志斌.基于FlightGear模擬器的實時可視化仿真系統[J].系統仿真學報，2007，19（19）：72-74.