技术领域
[0001] 本
发明属于飞行仿真技术领域，具体涉及一种用于
飞行模拟器的显示系统及控制方法。
背景技术
[0002] 飞机上的显示控制系统作为飞机航电系统的重要分系统，主要为飞行员直观地提供飞行、导航、火控、
发动机等参数信息，还包括例如气象雷达告警、近地告警等图像信息，同时也可以向飞机相关系统发布指令信息，为人机对话提供了有效的渠道。现代大型客机的显示控制系统都采用了当今先进的开放式结构、IMA和先进
数据总线等技术，系统的集成度越来越高，功能也越来越强大，其对于
软件的设计大多采用基于OpenGL的软件进行开发，可以满足一般级别的飞行模拟器的要求，但是在对D级飞行模拟器的显示控制系统的设计，对于气象雷达，近地告警的要求比较高，如果仅用OpenGL的软件进行开发则无法满足设计要求，而直接采用OpenGL语言进行开发，其开发周期长，难度大，流程繁琐，并且价格成本高，使用维护复杂，且不便于升级改造。因此，急需一种新设计方式来满足D级飞行模拟器的显示控制系统的设计要求。
发明内容
[0003] 本发明提供了一种用于飞行模拟器的显示系统及控制方法，解决了现有显控系统开发周期长，难度大，流程繁琐，并且价格成本高，使用维护复杂，且不便于升级改造，无法满足D级飞行模拟器的显示控制系统的设计要求的问题。
[0004] 本发明可通过以下技术方案实现：
[0005] 一种用于飞行模拟器的显示系统，包括控制
信号采集和状态显示模
块、与所述
控制信号采集和状态显示模块相连的航
电解算主机、与所述航电解算主机相连的多个图形解算主机及与所述图形解算主机相连的多个显示终端；
[0006] 所述控制信号采集和状态显示模块用于采集多个多功能显示控制单元和综合备份
飞行仪表的控制信号，并将所述控制信号的状态进行显示，
[0007] 所述航电解算主机用于控制信号的逻辑解算和接收外部系统的输入数据，并将接收的输入数据和解算后的数据传送给多个图形解算主机，
[0008] 所述图形解算主机用于接收航电解算主机传送的数据，将所接收的数据转换成相应的字符、符号、数据对象进行实时绘制，并将实时绘制的图形传送到相应的显示终端进行实时显示。
[0009] 进一步，所述控制信号采集和状态显示模块通过串口和航电解算主机相连，所述航电解算主机和各个图形解算主机通过以太网的非阻塞式UDP协议通信，各个图形解算主机通过VGA视频线和各自对应的显示终端相连。
[0010] 进一步，所述控制信号采集和状态显示模块包括两个多功能显示控制单元和一个综合备份飞行仪表，所述显示终端设置有九个，分别为两个飞行显示器、两个导航显示器、两个发动机及告警参数显示器、两个多功能显示控制单元和一个综合备份飞行仪表。
[0011] 一种基于上文所述的用于飞行模拟器的显示系统的控制方法，包括以下步骤：
[0012] 步骤一、分别采集各个多功能显示控制单元和综合备份飞行仪表的各个按键、旋钮、波段
开关的控制信号，并将所述控制信号传送给航电解算主机；
[0013] 步骤二、根据接收到的控制信号，按照所模拟的飞机机型的显示控制系统，所述航电解算主机进行逻辑解算，把解算后所述控制信号的状态发送给各个多功能显示控制单元和综合备份飞行仪表进行状态显示，以便飞行员进行状态确认；
[0014] 步骤三、所述航电解算主机将解算后的数据和从外部系统接收的输入数据分别实时发送给各个图形解算主机，各个所述图形解算主机将所接收的数据转换成相应的字符、符号、数据对象进行实时绘制；
[0015] 步骤四、各个所述图形解算主机将实时绘制的图形传送到相应的显示终端进行实时显示。
[0016] 进一步，所述步骤二中的解算后控制信号的状态包括多功能显示控制单元中设置的航线编辑及选择、
航路点编辑及选择、塔康台伏尔台经纬度，综合备份飞行仪表中设置的气压高度设定、速度高度转换以及其他信号。
[0017] 进一步，所述步骤三中进行实时绘制的方法包括以下步骤：
[0018] 步骤Ⅰ、所述图形解算主机通过非阻塞式UDP通信协议接收数据，判断数据包的合法和有效性，如出现非法数据通过容错优化
算法进行补偿，保持数据的连续性；
[0019] 步骤Ⅱ、对所绘制的对象进行分类，将气象
云图数据、近地告警数据用OpenGL程序
接口进行单独绘制，并验证正确性；
[0020] 步骤Ⅲ、在GL Studio中单独创建窗口，用于显示OpenGL所绘制的图形及符号；
[0021] 步骤Ⅳ、将OpenGL所绘制的图形嵌入到GL Studio中，并加以逻辑控制。
[0022] 进一步，所述步骤Ⅱ中的将气象云图数据、近地告警数据用OpenGL程序接口进行单独绘制的方法包括以下步骤：
[0023] 步骤ⅰ、根据接收到的气象云图数据转换成相应的坐标信息和
颜色信息，绘制不同区域气象云图的颜色、形状，并能够进行实时扫描的显示。
[0024] 步骤ⅱ、根据接收到的近地告警数据转换成相应的坐标信息和颜色信息，绘制不同区域地形高度的颜色、形状，并能够提供相应的告警信息。
[0025] 本发明有益的技术效果如下：
[0026] 本发明的显示系统通过1：1全尺寸模拟座舱显示和控制系统的
硬件并采用图形软件在高级语言环境下进行显示界面的开发，构建了逼真的飞行环境和低成本、高技术的仿真训练平台，能够满足现代大型客机D级飞行模拟器设计需求。本发明的控制方法采用模块化设计，使得整个设计结构更加清晰，也提高了部件可重复使用率，减少了研发人员的工作量，同时采用OpenGL与GL Studio语言相结合的开发方式，满足D级飞行模拟器设计需求，并且能够有效降低程序系统占用率，提高通信效率，实现单机多任务运行，方便以后的系统实现和后期维护，使系统具有较强的灵活性和可扩展性，经济、军事效益显著，推广应用前景广阔。
附图说明
[0027] 图1为本发明的总体结构图；
[0029] 其中，1-控制信号采集和状态显示模块，2-航电解算主机，3-图形解算主机，4-显示终端，图1中的粗双箭头代表以太网连接，细单箭头代表VGA视频线连接，粗单箭头代表串口连接。
具体实施方式
[0030] 下面结合附图及较佳
实施例详细说明本发明的具体实施方式。
[0031] 如图1所示，本发明的总体结构示意图。本发明提供了一种用于飞行模拟器的显示系统，包括控制信号采集和状态显示模块1、航电解算主机2、多个图形解算主机3和显示终端4，该控制信号采集和状态显示模块1通过串口与航电解算主机2相连，该航电解算主机2和各个图形解算主机3通过以太网的非阻塞式UDP协议通信，各个图形解算主机3通过VGA视频线和各自对应的显示终端4相连。
[0032] 该控制信号采集和状态显示模块1用于采集多个多功能显示控制单元和综合备份飞行仪表的控制信号，并将控制信号的状态进行显示，以便飞行员对其状态进行确认；该航电解算主机2用于控制信号的逻辑解算和接收外部系统的输入数据，并将接收的输入数据和解算后的数据传送给多个图形解算主机3，而图形解算主机3用于接收航电解算主机2传送的数据，将所接收的数据转换成相应的字符、符号、数据对象进行实时绘制，并将实时绘制的图形传送到相应的显示终端4进行实时显示。
[0033] 按照D级飞机飞行模拟器系统的设计，该航电解算主机2设计为一台，该图形解算主机3设计为三台，该显示终端4设置有九个，分别为两个飞行显示器、两个导航显示器、两个发动机及告警参数显示器、两个多功能显示控制单元和一个综合备份飞行仪表。各个显示终端采用与实装飞机相一致的仿真件，要求外观、触感、显示清晰度与实装件一致，并且装在座舱的相应
位置上，从而增加飞行模拟器的逼真性，提升飞行员的体验感。
[0034] 本发明还提供了一种基于上文所述的用于飞行模拟器的显示系统的控制方法，包括以下步骤：
[0035] 步骤一、分别采集各个多功能显示控制单元和综合备份飞行仪表的各个按键、旋钮、波段开关的控制信号，并将控制信号传送给航电解算主机2；
[0036] 步骤二、根据接收到的控制信号，按照所模拟的飞机机型的显示控制系统，航电解算主机2进行逻辑解算，把解算后的控制信号的状态发送给各个多功能显示控制单元和综合备份飞行仪表进行状态显示，以便飞行员进行状态确认；
[0037] 步骤三、航电解算主机2将解算后的数据和从外部系统接收的输入数据分别实时发送给各个图形解算主机3，各个图形解算主机3将所接收的数据转换成相应的字符、符号、数据对象进行实时绘制；
[0038] 步骤四、各个图形解算主机3将实时绘制的图形传送到相应的显示终端4进行实时显示。
[0039] 本发明中的航电解算主机2和三个图形解算主机3采用C/S分布式结构布局，以航电解算主机2的仿真程序为
服务器端，图形解算主机3的图形解算程序为客户端，这样可以对每一个显控模块进行单独开发并且互不干扰，最大限度的实现模块间的低耦合性和高内聚性，实现系统的模块化开发。
[0040] 其中，步骤二中的解算后控制信号的状态包括多功能显示控制单元中设置的航线编辑及选择、航路点编辑及选择、塔康台伏尔台经纬度，综合备份飞行仪表中设置的气压高度设定、速度高度转换以及其他信号。
[0041] 其中，步骤三中进行实时绘制的方法包括以下步骤：
[0042] 步骤Ⅰ、图形解算主机3通过非阻塞式UDP通信协议接收数据，判断数据包的合法和有效性，如出现非法数据通过容错
优化算法进行补偿，保持数据的连续性；
[0043] 步骤Ⅱ、对所绘制的对象进行分类，将气象云图数据、近地告警数据用OpenGL程序接口进行单独绘制，并验证正确性；
[0044] 步骤Ⅲ、在GL Studio中单独创建窗口，用于显示OpenGL所绘制的图形及符号；
[0045] 步骤Ⅳ、将OpenGL所绘制的图形嵌入到GL Studio中，并加以逻辑控制。
[0046] 目前，应用比较广泛的网络通讯协议有两种，一种是TCP/IP协议，一种是UDP协议。TCP/IP协议是一种可靠的数据传输协议，在协议中增加了纠错和重发机制，即采取握手的方式，这种传输协议安全、可靠，但影响网络的实时性，容易造成数据死
锁。而UDP协议为一种数据报方式，数据报方式又称无连接方式，分为阻塞式和非阻塞式，该协议可以为用户提供一种无连接的方式，能够最大限度的保证数据传输的实时性，但不进行数据正确性检查并且一次传输的字节不大。数据表明，在
大数据传输时，TCP/IP协议被广泛应用，在小数据时，UDP协议能够完美体现其实时性的优势。
[0047] 针对D级模拟器显示控制系统的数据传输分析，确定采用非阻塞式UDP协议的数据传输方式。为了保证数据的正确性，在数据接收端增加了容错优化算法，即首先判断接收的数据合法性，判断相邻两
帧数据的大小，如在合理的范围内，则继续进行解算，如出现丢数据的情况，将数据进行插值的方式进行补偿优化；如出现非法数据，则将该数据舍掉并填补上插值数据。对于数据较长的包，采取分割或者合并的方式，保证每一个数据包的独立性，对于重要模块的数据包采用点对点的传输方式，如果传输的数据包有错误或者超范围，向服务端发送错误数据，提示数据包传输错误，保证重要数据的准确无误。用这样的方式既可以保证系统的实时性，又可以保证数据的准确性。
[0048] 在D级飞行模拟器中，要求实时模拟气象雷达及近地告警功能，通过相关软件解算出当前范围内的气象和地形告警信息，在导航显示器上要现实气象云图画面和地形高度画面。本发明的控制方法设计采用的GL Studio软件进行开发，GL Studio软件是用于产生实时的交互的三维仪表的快速开发工具，但其对底层的开发并不完全支持，而气象云图和地形告警信息需要用到底层的开发模式。OpenGL是定义了一个跨编程语言、跨平台的编程接口规格的专业图形程序接口，也是一个功能强大，调用方便的底层图形库，用OpenGL绘制气象云图和地形告警信息是最直接最便捷实的现方式。因此，从D级飞行模拟器的实际需求出发，采用将气象云图画面和地形高度画面用OpenGL语言开发，并嵌入到GL Studio软件中的方式。在内嵌软件中，需要重新定义一个窗口用于OpenGL语言开发的窗口，实时接收图形解算主机发来的云图信息和地形信息并实时绘制，对不规则的点、线、区域进行
渲染和刷新，加以逻辑控制绘制的时机和大小，就可以很好地满足D级飞行模拟器的设计需求。
[0049] 其中，步骤Ⅱ中的将气象云图数据、近地告警数据用OpenGL程序接口进行单独绘制的方法包括以下步骤：
[0050] 步骤ⅰ、根据接收到的气象云图数据转换成相应的坐标信息和颜色信息，绘制不同区域气象云图的颜色、形状，并能够进行实时扫描的显示。
[0051] 步骤ⅱ、根据接收到的近地告警数据转换成相应的坐标信息和颜色信息，绘制不同区域地形高度的颜色、形状，并能够提供相应的告警信息。
[0052] 本发明的显示系统通过1：1全尺寸模拟座舱显示和控制系统的硬件并采用图形软件在高级语言环境下进行显示界面的开发，构建了逼真的飞行环境和低成本、高技术的仿真训练平台，能够满足现代大型客机D级飞行模拟器设计需求。本发明的控制方法采用模块化设计，使得整个设计结构更加清晰，也提高了部件可重复使用率，减少了研发人员的工作量，同时采用OpenGL与GL Studio语言相结合的开发方式，满足D级飞行模拟器设计需求，并且能够有效降低程序系统占用率，提高通信效率，实现单机多任务运行，方便以后的系统实现和后期维护，使系统具有较强的灵活性和可扩展性，经济、军事效益显著，推广应用前景广阔。
[0053] 虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或
修改，因此，本发明的保护范围由所附
权利要求书限定。
