自动化新技术在民航领域的应用

报告、目击飞机的平视显示器记录（军用飞机）、事故现场调查、气象报告等。有时候由于飞行事故的原因使飞行数据记录器损坏或部分损坏，不能够得到完整的飞行数据。这时候就需要将以上信息源作为主要的信息来源重建飞行轨迹。

由于传感器失效、噪声、磁带上的杂质等情况，可能导致飞行数据记录器数据的错误，这时候需要进行检测和修补。通常使用数字滤波的方法过滤掉数据中的噪声。

飞行数据记录器中对不同的飞行数据采用不同的记录频率，为了在图形仿真中做到连续和平滑，还要进行插值。

2.2 飞行图形仿真中计算机动画生成技术 飞行模拟机中的视景系统是飞行图形仿真的一种应用。

在模拟飞机起飞和着陆过程中，飞行图形仿真系统要提供机场、跑道、机场周围建筑物、地面交通车辆、夜间城市灯光等景象；在模拟飞机航线飞行时，飞行图形仿真系统将提供山川、田野、地形地貌、白云等景象：在模拟作战过程中，将提供空中目标机、地面活动目标以及武器投放、射击效果等景象。飞行图形仿真系统能提供白昼、夜间和黎明/黄昏三种工作模式，并能够从太阳光方位形成的物体阴影和光照关系反映出白昼的不同时刻，飞行图形仿真系统还能模拟云、雾、雨、冰、闪电等气象特性。为提供真实感，系统应能体现出景物的纹理、浓淡、阴影、光照、能见度等视觉特性。飞行图形仿真系统由仿真数据库、飞行数据计算机、控制管理计算机、几何处理器、图象显示处理器组成。典型的系统结构框图如图1所示。

仿真数据库存储仿真模型数据。仿真数据库一般保存较大的地理区域数据，但飞机实际飞行时能够观察到的地域范围有限，能够看到的地形地貌取决于飞机当时所处的地理位置、高度、姿态和观察者所采用的视角。飞行数据计算机将解码后的飞行数据进行各种处理，包括：计算飞行轨迹、插值平滑处理等。控制/管理计算机从飞行数据计算机得到的飞机当前地理位置和飞行姿态数据，对仿真数据库进行检索，得到当前能观察到的景象的部分三维景象数据、飞机模型数据、仪表状态数据等仿真数据，生成3D数据和指令，并传送给几何处理器。几何处理器完成坐标系统变换、透视投影变换、剪裁、遮挡、消除隐藏面等处理，将三维数据转换为屏幕上显示的二维坐标数据，送给图象显示处理器。几何处理器可采用多个处理器流水线并行处理技术来完成，以减少时间延迟，保证实时性要求。显示处理器将几何处理器传送来的二维数据进行扫描变换，并进行纹理、浓淡、能见度、阴影、透明、反抗混叠等各种逼真度效果修正，最后将得到的图象数据传送给帧缓存，经过D/A变换，产生R. G. B信号输出。

飞行图形仿真系统应考虑以下技术因素：①视场（F OV一fieldo fvi ew）。通过驾驶舱观察窗外景象时，视场随不同的飞行任务和不同机种而异。如对于飞行模拟机视景系统而言，民用飞机模拟机一般要求视场为水平1200，垂直400；空战飞行模拟机一般要求水平视场为1800，垂直视场为1900，即图象覆盖半个球面；军用直升机飞行模拟机一般要求水平2000，垂直向下500，向上200的视场。②细节等级（LOD一levelof detail）管理。若对一幅景象画面进行同样细致的描绘，则当景物目标离观察点的距离较远时，在观察窗口内出现的视场范围大，对景物目标的细节描绘将使描绘景物目标的大量多边形聚集于屏幕上很小的一块区域上，引起图象的混叠，而且没有实际的逼真效果，同时导致系统的实时性下降。相反，当景物目标离观察点较近时，相同的细致描绘又会使人感到图象描绘得不够细致，逼真度降低。LOD管理是一种较好的解决问题的技术途径，它能对景物目标进行不同细节等级的描绘，当观察点离景物目标较远时，对景物的描绘粗略一些；当观察点离景物目标较近时，则选用描绘细致的景物目标模型。③分辨率。图象分辨率是人的眼睛所能看到的最小物体所张的角度，人眼的视觉分辨能力大约为1弧分。一般的显示装置（如CRT），其显示分辨率通常以每象素和每行多少弧分来表示。高分辨率CRT的屏幕为1024x1024象素，随着视场的扩展，其显示分辨率将降低。④感兴趣区。人眼瞬时观察的范围是有限的，人眼对其视线周围区域的敏感度较高，能分辨出较多的景象细节，而对其他远离视线的周边区域敏感度较低。先进的视景系统在视线周围的小视场范围内（即感兴趣区）提供高分辨率的图象，而在其他非重要区域内采用低分辨率的图象。感兴趣区技术是解决大视场范围、高分辨率与实时性之间矛盾的重要技术途径。感兴趣区技术涉及头部及眼球运动的测量跟踪技术、高/低分辨率图象合成技术等。⑤更新率 （update rate）。计算机成象系统将依据飞机位置和飞机姿态生成实时的飞机、场景图象。在飞行过程中飞机位置和飞行姿态是连续变化的，所以生成图象也应随之连续变化。为了使显示的图象连续不闪烁，图象生成应具有一定的更新率。过低的更新率会使得显示图象闪烁，过高的更新率会增加计算负担。飞行图形仿真系统常采用30-60印s（frame per second）的更新率，实际应用中25印s左右的更新率就可以接受了。⑥逼真度效果。为了提高飞行图形仿真系统中的图象逼真度，常需要对景物目标进行逼真度效果修正。逼真度效果通常有纹理、浓淡、阴影、透明、能见度等。

自然景象和景物具有丰富的纹理，在生成的图象中适当地叠加纹理将提高图象的真实感。例如地景上的纹理可以更好地表现地景的细节。纹理技术能较大幅度提高图象逼真度。各种逼真度效果的修正将加重几何处理器和显示处理器的处理负担，从而降低系统的实时性。逼真度效果详见图2。

3 结论

通过在飞行训练、教学和科学研究中应用飞行图形仿真系统，利用机载飞行数据记录器，收集日常飞行中的数据和信息，对飞行操纵以及飞机、发动机工作状况进行监控分析，不仅实现了定量评价民航飞机驾驶员的飞行技术水平和飞行训练质量的目的，也有效提高了民航飞机驾驶员的飞行技术水平和飞行训练质量，大大减少了民航飞行事故的发生率。

参考文献：

[1]张文梅，符永法.自动化新技术的进展与现状[J].广东农工商职业技术学院学报，2003（03）.

[2]张燕燕，黄其涛，韩俊伟，张镭，姜洪洲.飞行模拟器视景系统的设计与实现[J].系统仿真学报，2009（12）.

[3]谢广辉，魏少宁.飞行模拟器视景系统发展现状和趋势[J].航天医学与医学工程，2003（03）.

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