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飛行實時仿真系統及技術

【作　者】：王行仁主編

【叢編項】：無

【裝幀項】：簡裝本 26cm / 202

【出版項】：北京航空航天大學出版社 / 2000-04-01

【ISBN號】：9787810127783 / 7810127780

【原書定價】：￥13.00　有7家書店打折銷售　

【主題詞】：工業技術－航空航天－航空

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【圖書簡介】
　　內容簡介飛行模擬器是典型的人在回路實時仿真系統，是虛擬現實技術的應用實例。本書以飛行模擬器為背景，講述建模理論和方法、仿真軟件、仿真計算機和接口、環境仿真（包括視景系統、運動系統、操縱負荷系統、音響系統）等內容，全書共分十二章。本書的編寫注重理論與實踐的結合，具有較強的工程背景，具有多學科綜合應用的特點。本書適合從事飛行實時仿真系統設計、研制、開發與應用的工程技術人員以及高等院校有關專業師生閱讀。本書可以作為有關專業研究生的教材和參考書。片斷：putc（）是一個類似函數的宏，它向用戶規定的流里寫一個字符。putc（）需要兩個參數：第一個參數告訴putc（）輸出什么字符，第二個參數告訴putc（）往何處寫這個字符。使用函數putc（）時用下列語法：intputc（intc，FILEstream）；在參數表里的第一個參數是輸出字符的整數值，第二個參數是一個指向寫字符的地址的指針。stream只是一個與特殊文件或設備相連的指針。函數putc（）返回一個整型值，如果putc（）寫字符成功的話，則返回該字符的值；如果putc（）進行的工作失敗，則返回EOF。下面的例子展示如何使用putc（）：intc；for（c＝65；c＜＝90；c十＋）putc（c，stdout）；用兩個自變量C和stdout對putc（）進行調用。參數C是一個用做for（）語句里的循環計數變量。在for（）語句的每一次循環中，putc（）輸出（寫）C的字符值，這里C是循環計數器，putc（）往stdout指向的設備里寫字符，stdout是一個指向標準輸出設備的指針，這個標準輸出設備通常是顯示屏幕。有時單寫一個字符還不夠，需要一次寫一個完整的串。在這種情況下，可以使用函數puts（）。下面的例子顯示了puts（）如何往屏幕上輸出一個字符串：charmy－string［］＝＂Thisisatest！＂；puts（mystring）；可以看到puts（）函數需要一個指向字符串的參數。這時，puts（）才會輸出那個由my－string指向的字符串。在這個例子的第1行里，my－string說明為一個字符數組，它是一個串，并且賦了初值。puts（）函數將字符串發送至stdout上，并且在串尾添加一個換行符。1.5.2.2printf（）函數當只需要輸出基于字符的信息時，字符和串輸出函數做了一件好事。然而有時可能需要輸出各種類型的數據，而不只是字符數據，要做到這一點可以用printf（）函數。printf（）只是printf（）函數族中的一個，printf（）族中所有的函數都輸出有格式的數據，但是在參數和輸出對象方面各有差異。有了printf（），就可以產生有格式的輸出，該函數允許控制數據的外觀或者說格式。printf（）函數的語法為：intprintf（constcharformat［，argnment，...］）；可以看到printf（）的參數表由兩部分組成，第一部分為格式串，它控制輸出數據的格式，第二部分由printf（）要輸出的數據組成。格式串控制著printf（）函數如何有格式地顯示參數的內容，該串包含著文字和轉換規定符，這些規定符決定輸出數據的類型和格式。參數必須有足夠的變量來匹配每一個轉換規定符，如果變量不夠，則會產生意想不到的結果。下面這個例子顯示了一個帶有格式串的printf（）函數，該格式串含有規范的正文和轉換符：printf（＂Theansweris：％d＂，sum）；3.6建模與仿真的VVA3.6.1VVA概念建模與仿真的有效性關鍵在于建模與仿真的正確性和置信度。只有保證了建模與仿真的正確性和置信度，其仿真結果才有實際意義。建模與仿真采用校核、驗證與確認（VerificationValidationandAccreditation，簡稱VVA）技術是有效的途徑。校核（Verification）是確定模型和仿真準確地再現開發者的概念描述和技術要求的過程。驗證（Validation）是確定模型和仿真從意想使用的角度準確地再現真實世界的程度的過程。確認（Accreditation）是權威機構對某種專門目的模型和仿真能否接受的確定。VVA是建模與仿真開發、應用和提高的重要部分。VVA技術中，“校核”和“驗證”將改善、提高建模與仿真的正確性，而通過“確認”將確定建模與仿真的置信度水平。一個大的仿真系統的精度包括靜態（穩態）和動態兩方面。整個仿真系統的精度由各個分系統的精度綜合構成。換言之，整個飛行仿真系統要求的精度將分配到對各個系統的精度要求中。因此，模型的校核、驗證和確認應貫穿在建模與仿真系統的開發、應用和完善的全過程。建模與仿真的VVA涉及多項技術和測試方法。其關鍵技術在于VVA工作模式的規范化和VVA的自動化、可視化。VVA工作模式是多層次的，即模型校核和仿真結果的驗證，后者包括仿真結果的數據采集、數據跟蹤、仿真結果與驗證數據的比較和顯示。3.6.2VVA過程建模與仿真的VVA工作模式和過程如圖3.11所示。VVA過程首先是對建模對象的分析，根據仿真的目的提出建模的要求，抽象出概念模型。概念模型包括有關的假設、算法、建模與仿真的結構以及預期應用的描述。概念模型也必須提出合適地為建模與仿真輸入數據的可行性。概念模型驗證的過程要表明概念模型對仿真對象的描述是否正確，仿真結構是否能滿足預期應用的要求。在建模與仿真過程中要設計校核與驗證計劃。建模與仿真的“技術說明”包括對軟、硬件的要求和標準，包括分布交互仿真的網絡和協議標準等。依據這些進一步進行設計校核，驗證結構設計與概念模型之間的聯系，要保證初步設計的要求。在“軟件開發/修改”中不斷得到完整的仿真軟件。在此過程中應該應用軟件有關結構、文檔、測試和質量保證方面的標準，增強建模與仿真文檔和配置的管理。另外，通過一系列的仿真試驗，校核和驗證仿真軟件是否精確地反映了建模與仿真計劃，并將仿真結果與理論結果或其它試驗結果進行比較，從而驗證數學仿真模型和軟件的有效性。然后，進行軟件、硬件及其網絡的連接調試，還包括人的參與。在系統運行過程中，驗證整個仿真系統復現實體性能的逼真程度。分析仿真系統的正確性和精度，并且分析各部件精度對整個仿真系統精度的影響。在建模與仿真過程中，除了以上強調的要把校核和驗證集成到建模與仿真開發生命全周期，另外還要強調文檔也要貫穿整個開發過程，使之得到有效的校核和驗證。文檔中包括建模與仿真的指標、性能、數據要求等說明。沒有這些文檔，建模與仿真不易正確進行。因此，所有的VVA過程要全面正式地存入文檔。

【本書目錄】
     目錄
   第一章緒論
    1.1定義
    1.2仿真分類
    1.3實時仿真系統的基本組成及原理
    1.4實時仿真系統的特點
    1.5實時仿真系統的國內外發展概況
   第二章飛行實時仿真系統
    2.1飛行實時仿真系統的組成及原理
    2.2飛行實時仿真系統的功能
    2.3飛行實時仿真系統的基本性能
   第三章飛行仿真建模與數據庫
    3.1概述
    3.2數學模型
    3.2.1基本概念
    3.2.2飛行仿真模型的組成
    3.2.3模塊化、層次化建模方法
    3.3坐標軸系和符號
    3.3.1坐標軸系
    3.3.2角度
    3.3.3主要參數對照關系
    3.4數據預處理及函數生成
    3.4.1通用數據預處理方法
    3.4.2通用函數生成處理
    3.5飛行仿真數據庫
    3.5.1數據庫總體結構及管理
    3.5.2數據項命名規則
    3.5.3數據文件類型
    3.6建模與仿真的VVA
    3.6.1VVA概念
    3.6.2VVA過程
   第四章飛行動力學仿真
    4.1概述
    4.2飛行動力學方程
    4.2.1運動方程
    4.2.2飛機姿態的確定
    4.2.3方向余弦矩陣
    4.2.4四元數法
    4.3飛行系統仿真模型
    4.3.1飛行系統仿真模型的組成及功能
    4.3.2各模塊的功能及特點
    4.3.3飛行仿真軟件的模塊化結構
    4.4氣動數據的表達形式
    4.5數值積分算法
   第五章飛機系統仿真
    5.1飛行儀表仿真
    5.1.1概述
    5.1.2飛行仿真儀表分類
    5.1.3仿真儀表結構及驅動方式
    5.1.4計算機實時圖形仿真儀表
    5.1.5儀表性能仿真
    5.1.6航空仿真儀表發展趨勢
    5.2無線電通訊與無線電導航系統仿真
    5.2.1無線電通訊系統仿真
    5.2.2無線電導航系統仿真
    5.2.3導航參數定義
    5.2.4常用機載導航設備
    5.2.5導航參數的計算
    5.2.6無線電導航系統仿真方法及應用實例
    5.2.7地面導航臺數據庫
    5.3慣性導航系統仿真
    5.3.1概述
    5.3.2飛機慣導系統常用坐標系
    5.3.3慣性導航系統基本組成及簡要原理
    5.3.4飛機慣性導航系統仿真方法及應用實例
    5.4飛行管理系統仿真
    5.4.1飛行管理系統的組成及功能
    5.4.2飛行管理計算機系統（FMCS）簡介及仿真
    5.4.3控制顯示組件（CDU）仿真
    5.4.4FMCS數據庫
    5.5自動飛行系統仿真
    5.5.1自動飛行系統的組成及原理簡介
    5.5.2自動飛行系統的仿真方法及特點
    5.5.3自動飛行系統的飛行方式及仿真軟件模塊功能
    5.5.4俯仰、橫滾通道控制原理、控制律及其仿真
    5.5.5導航導引原理及其仿真
    5.6發動機系統仿真
    5.6.1發動機系統的組成及工作原理簡介
    5.6.2發動機系統的仿真方法
    5.6.3發動機系統的仿真應用實例
   第六章運動系統
    6.1運動系統的功能及分類
    6.2六自由度平臺運動系統的組成及主要性能指標
    6.2.1概述
    6.2.2六自由度運動系統的組成
    6.2.3六自由度運動系統的仿真動感及性能指標
    6.3六自由度運動系統驅動信號的形成
    6.3.1質心變換
    6.3.2坐標變換，驅動信號洗出與補償
    6.3.3作動筒伸長變換
    6.3.4運動平臺驅動信號流程圖及系統原理圖
    6.3.5運動系統特殊效應信號類型及仿真
   第七章操縱負荷系統
    7.1概述
    7.2操縱負荷系統數學模型及仿真方法
    7.2.1數學模型
    7.2.2駕駛桿力和腳蹬力的仿真方法
    7.3全數字式（力伺服控制）操縱負荷系統
    7.3.1全數字式操縱負荷系統的組成
    7.3.2全數字式操縱負荷系統的原理及特點
    7.4研制應用實例1：運七—100飛機飛行模擬器操縱負荷系統
    7.5研制應用實例2：全數字式并行電動操縱負荷系統
   第八章視景系統
    8.1概述
    8.2選用和設計視景系統時應考慮的因素
    8.3計算機成像視景系統的基本原理與算法
    8.3.1坐標變換與透視投影
    8.3.2目標數字化
    8.3.3剪裁
    8.3.4隱藏面的消除
    8.3.5掃描梯形的劃分
    8.3.6紋理
    8.4計算機成像系統的基本配置與技術
    8.4.1數據庫
    8.4.2控制計算機（管理計算機）
    8.4.3流水并行處理技術
    8.4.4圖像處理器
    8.4.5圖像顯示處理器
    8.5光學顯示系統
    8.6典型系統舉例
    8.6.1Evans&Sutherland公司的ESIG4500視景系統
    8.6.2SGI公司的Onyx2工作站加上RE2或IR（InfiniteReality）圖形子系統
   第九章音響系統
    9.1概述
    9.2飛行模擬器音響系統建模、應用實例及軟件
    9.3音響發生器原理
    9.3.1模擬式音響發生器
    9.3.2數字式音響發生器
   第十章計算機系統
    10.1飛行模擬器對計算機系統配置要求
    10.2外圍通道與接口
    10.2.1模擬量輸入通道（AI）
    10.2.2模擬量輸出通道（AO）
    10.2.3離散量輸入通道（DI）
    10.2.4離散量輸出通道（DO ）
    10.2.5數字量輸入輸出通道（DD）
    10.2.6計算機接口與信息傳送
    10.3實時管理軟件
    10.3.1實時管理軟件的功能
    10.3.2實時仿真程序與系統的硬件結構和用戶需求有關
    10.3.3任務調度模塊的分類與調度優先級
    10.3.4飛行模擬器實時管理程序舉例
    10.4計算機網絡
    10.4.1網絡在飛行模擬器中的應用
    10.4.2ISO開放系統互連模型
    10.4.3局域網（LAN）的體系結構
    10.4.4分布交互仿真中網絡協議與特點
   第十一章教員控制臺
    11.1概述
    11.2教員控制臺的組成與原理
    11.2.1教員控制臺系統的組成
    11.2.2觸摸式控制顯示系統原理
    11.3教員控制臺系統頁面設置
   第十二章飛行模擬器的性能檢測與評估
    12.1飛行模擬器性能規范
    12.2飛行模擬器的性能檢測與評估
    12.3飛行模擬器自測試軟件
    參考文獻

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