基于FlightGear的近地警告系统飞行仿真测试环境搭建

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摘 要：介绍了基于flightgear的近地警告系统飞行仿真测试环境搭建方法。该测试环境主要由主控系统、飞行仿真系统、视景系统以及机载设备激励系统组成。其中主控系统用于人机接口控制，视景系统用于营造真实的飞行视景环境，飞行仿真系统用于产生近地警告仿真数据源，机载设备激励系统用于仿真数据源与近地警告系统间的数据类型匹配。

关键词：可控飞行撞地 近地警告系统 飞行仿真 视景系统

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（c）-0064-02

在飞行中并非由机本身故障或发动机失效等原因造成的飞机撞地或坠海事故，称为可控飞行撞地（CFIT）事故。1975年以前，世界范围内的商用喷气机群平均每年发生8次可控飞行撞地事故。为此有关部门研制了近地警告系统（GPWS），为飞行员提供飞机以不安全形态危险接近地面的警告信号，提高机组的处境意识。近地警告系统的广泛安装，大大减少了可控飞行撞地事故[1]。

仿真（Simulation）技术或模拟技术这一高科技手段已被广泛应用在国民经济各个领域。在航空领域，这种仿真技术被称为飞行仿真技术[2]。在国外近地警告漫长的发展过程中，飞行仿真技术扮演了很重要的角色。据了解，Honeywell公司拥有非常完善逼真的飞行仿真环境，一方面通过“自动式”模式对产品进行标准化、格式化的测试来保证产品的可靠性；另外一方面通过“交互式”模式对产品进行不同机型或者不同航电系统配置的测试和诊断，来起到促进产品发展和预防产品缺陷的作用。

我国近地警告系统在国内科研人员的不懈努力下已经取得卓越成就，装载了国内多种型号飞机。但相应的飞行仿真测试设备却寥寥无机，因此在近地警告设计验证、使用维护过程中缺乏有力的支撑环境。基于以上现状，该文介绍了基于Flightgear的近地警告飞行仿真测试环境的搭建方法。

1 系统总体设计

近地警告系统飞行仿真测试环境主要由主控系统、视景系统、飞行仿真系统以及机载设备激励系统。其中主控系统用于人机接口控制，视景系统用于营造真实的飞行视景环境，飞行仿真系统用于产生近地警告仿真数据源，机载设备激励系统用于仿真数据源与近地警告系统间的数据类型匹配。各子系统间的交互关系见图1所示。

1.1 主控系统

主控系统提供了对设备进行各种设置的人机接口，可以通过它进行定制化的系统控制设计。主控系统硬件为普通台式机，用于安装主控系统软件。主控系统软件力求简洁直观，各种菜单按键的布局清晰合理，可在短时间内掌握使用，发挥最大的效用。

主控系统软件包括以下功能模块：

功能键：在整个页面的下方，用来提供一组快捷功能，包括冻结、时间加速、快速状态抽样、复位、关闭设备等。

飞机状态：控制菜单包括飞机状态设置、外部环境设置、停机坪设置、进近设置、系统设置、设备初始设置等功能选项。

运行界面：整个屏幕的其他部分为控制台页面的运行界面，控制运行界面显示内容。

视景系统：控制视景系统气象、能见度等。

1.2 飞行仿真系统

飞行仿真系统硬件为普通台式机，用于运行飞行仿真软件FlightGear。FlightGear使用C++语言及三维图形引擎openGL开发，主要由动力学系统、视景系统、音效系统、驾驶舱系统、仪表系统、自动驾驶系统、助航系统等组成，系统启动后，生成一个包括飞行器、跑道、地形、天空、仪表、天气特效等元素的仿真图形环境，准确逼真地模拟真实飞行时的飞行状态，如飞行轨迹、飞机姿态、起落架和飞行控制面的位置、驾驶舱仪表指示、舱音等[3]。

FlightGear作为一个通用的飞行模拟系统，结构组织甚为复杂，各个系统不是独立的，而是有联系的，各系统模块之间的关系大致如图2所示。

FlightGear为用户预留了多种接口方式，例如串行通信、UDP网络通信、TCP/IP网络通信等；由于交联设备均以UDP网络通信为主，选择以UDP网络实现FlightGear与交联设备的通信。FlightGear飞行模拟器的网络通信模块比较成熟，只需要设置网络通信属性即可，不需要其他的软件开发。

1.3 视景系统

视景系统通过投影系统在环形屏幕上展现产生座舱外的景象，包括机场、跑道、建筑物、田野、河流、道路、地形地貌、飞行器等；视景系统还模拟能见度、云、雾、雨、雪、雷电等气象条件以及白天、黑夜、黄昏景象。视景系统硬件主要包含：图形生成系统、投影显示系统、音响及配套系统[4]。视景系统效果。

1.4 机载设备激励系统

机载设备激励系统实现飞行仿真系统和近地告警计算机的数据交联。飞行仿真系统为近地告警系统提供所需的飞行数据，并通过机载设备激励系统转换成相应格式；同时飞行仿真系统也通过机载设备激励系统收取近地告警计算机的告警数据，并通过指示/记录系统和音响告警系统发出告警信息、告警音等。机载设备激励系统硬件选用工控机及近地警告系统接口数据类型相应的数据板卡实现。

2 结语

该论文设计近地警告系统飞行仿真测试环境，以FlightGear为飞行仿真数据基础，配备了主控系统、视景系统以及提供被测设备接口数据类型的机载设备激励系统，从而完成了从飞行仿真到近地警告系统交互的全过程设计，可为近地警告系统设计验证、使用维护过程提供强有力的支撑。

参考文献

[1] 吴琛.增强型近地警告系统研究[J].科技创新导报，2011（32）.

[2] 刘兴堂，万少松，张双选.论军用模拟训练器/系统的发展趋势[J].系统仿真学报，2009，2（4）：19-21.

[3] 王立波，张复春.基于FlightGear飞行仿真软件数据的采集与处理[J].电子设计工程，2011（24）.

[4] 黄华，徐幼平，邓志斌.基于FlightGear模拟器的实时可视化仿真系统[J].系统仿真学报，2007，19（19）：72-74.