CN112214836A - 参数化飞行动态回放方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于飞机综合保障领域，为实现智能化多模态的飞行动态回放能力，设计了一种参数化飞行动态回放方法，适应新一代飞机和无人机的智能保障维护需求，同时在功能架构、呈现模态、仿真逼真度等方面对现有的飞行回放方法和工具进行了改进，首次提出了三维飞机模型与运动面动作联动回放，极大地提升飞行回放仿真度，提出了飞机姿态与故障告警信息同步回放，极大地提升数据分析效率，首次提出了面向任务剖面的重要参数同步监视回放，赋予了更加丰富有效的回放仿真信息。可以实现三维飞机模型与运动面动作联动回放、飞机姿态与故障告警信息同步回放和面向任务剖面的重要参数同步监视回放，满足新一代飞行器的智能保障维护需求。

Description

参数化飞行动态回放方法

技术领域

本发明属于飞机综合保障技术领域，具体涉及到一种参数化飞行动态回放方法。

背景技术

现代飞机在飞行过程中各***、各部件的工作状态参数经过记录、打包、传输和储存后形成了飞行数据。飞行数据最初仅仅用于飞机失事后的事故原因调查，经过近半个世纪的发展，飞行数据由最初的几个或十几个发展到几千几万个参数，其用途也逐渐涵盖了飞机研制、试飞、训练、状态监控、故障诊断与预测等方面。现阶段有人机或无人机的飞行数据回放技术和方法比较相似，一般包含参数散点图、参数时序图和参数值列表等静态参数回放功能，回放形式单一且不直观。基于现有飞行数据回放方法存在的局限性，地勤人员对飞机***进行状态确认和故障排查时，不具备对飞行任务中的故障和告警信息进行回溯分析的手段，无法直观地评估故障和告警对飞行任务和姿态造成的影响，针对起落架、舵面和螺旋桨等可能发生卡滞等故障的运动面缺乏有效的可视化仿真技术，缺乏面向任务剖面的重要参数进行同步监视回放的能力，不能适用于新型飞行器的智能保障维护需求。

发明内容

为了实现智能化多模态的飞行动态回放能力，设计了一种参数化飞行动态回放方法，可以实现三维飞机模型与运动面动作联动回放、飞机姿态与故障告警信息同步回放和面向任务剖面的重要参数同步监视回放，满足新一代飞行器的智能保障维护需求。

本发明技术方案：

参数化飞行动态回放方法，包括以下步骤：

步骤1.参数化飞行动态回放方法针对不同飞机构型建立高精度低面数的三维机体模型，依据飞机真实尺寸对副翼、襟翼、尾翼、运动面、起落架和螺旋桨机体结构进行建模，对所有运动面机构建立数据映射接口，同时建立机场、塔台、跑道、天空、云朵和地形视景模型，加载生成用于支持飞行动态回放的三维仿真回放场景；

步骤2.参数化飞行动态回放方法通过读取和解析飞行数据，获得机载参数值和采样时刻的序列，在静态参数回放模块中以参数曲线和参数列表的形式进行静态参数回放；

步骤3.参数化飞行动态回放方法通过特征参数提取模块提取飞机的大气特征表决参数、运动面位移表决参数、机载***状态参数、任务剖面参数，其中大气特征表征参数包括通过飞机大气***测量的经度、纬度、气压高度、真空速、马赫数，运动面位移表决参数包括飞机所有舵面位置表决值、螺旋桨转速、起落架收放状态，机载***状态参数包括飞机机电***、飞控***、任务***故障状态和告警信息，任务剖面参数包括表征飞行任务特征的轮载、地速和表速、导弹发射状态，还包括飞行数据中存储的状态参数，提取所有特征参数后统一所有参数的采样时刻序列，生成用于支持飞行动态回放的时间轴；

步骤4.参数化飞行动态回放方法通过航迹地图回放模块加载本地存储或在线获取的平面地图或卫星地图文件，对步骤3中获取的大气特征表决参数通过经纬度匹配算法在地图文件中标记航行轨迹点，依据历经各航迹点的时间顺序绘制整个飞行过程的航迹线，按照时间轴回放整个飞行过程中的航迹地图；

步骤5.参数化飞行动态回放方法通过加载步骤1中生成的三维仿真回放场景、步骤3中生成的大气特征表决参数和运动面位移表决参数，通过飞机俯仰角、滚转角和航向角模拟飞行姿态、通过经度、纬度和气压高度模拟飞机在三维仿真回放场景中的位置、通过跑道、天空、地形和云朵场景元素切换模拟飞机的速度、通过运动面位移表决参数渲染舵面偏转、起落架收放、螺旋桨旋转动作，按照时间轴回放整个飞行过程中的飞机姿态、位置、速度和动作；

步骤6.参数化飞行动态回放方法通过加载步骤3中生成的机载***状态参数，注入故障判读逻辑、连续量参数超限判读逻辑以及故障关联分析逻辑生成飞机故障和告警信息，按照发生时间和消失时间匹配飞行回放时间轴，在对应飞行回放画面帧中显示对应时刻的故障和告警信息，实现飞机姿态与故障告警信息同步回放；

步骤7.参数化飞行动态回放方法通过加载步骤3中生成的任务剖面参数，通过发动机转速、轮载状态、轮速、武器发射状态将飞行过程划分为开车、滑行、起飞、巡航、投弹、降落六个阶段，在不同任务阶段中选配和加载需要重点关注的***参数，以参数监视表格的形式同步显示在飞行动态回放画面中并刷新参数值信息，实现面向任务剖面的参数同步监视回放。

进一步的，所述三维机体模型和视景模型包括3DMAX模型。

进一步的，所述静态参数回放模块中的参数曲线包含采样时刻为横轴参数值为纵轴的参数时序图、以参数组合为横轴和纵轴的参数散点图形式。

进一步的，所述运动面位移表决参数依据不同的飞机构型或任务类型选取不同的参数组合。

进一步的，所述航迹地图回放模块使用的地图文件包括离线的开源地图包文件、自行构建的特定区域大小的虚拟地形场景或通过大气特征表决参数中的经纬度在线获取网络地图数据。

进一步的，所述步骤3中还包括维护工作需要查看的参数，包括燃油***、液压***、环控***、飞控***和任务***的工作参数。

进一步的，所述故障关联分析逻辑结合现有的PHM故障预测与健康管理技术实现虚警滤除和故障预测工作。

进一步的，所述任务剖面参数可以依据不同的飞机构型添加飞机性能设计指标门限。

本发明技术效果：

本发明参数化飞行动态回放方法，首先是适应新一代飞机的智能保障维护需求，同时在功能架构、呈现模态、仿真逼真度等方面对现有的飞行回放方法和工具进行了改进，首次提出了三维飞机模型与运动面动作联动回放，极大地提升飞行回放仿真度，首次提出了飞机姿态与故障告警信息同步回放，极大地提升数据分析效率，首次提出了面向任务剖面的重要参数同步监视回放，赋予了更加丰富有效的回放仿真信息。

附图说明

图1三维机体模型和视景模型组成图；

图2飞行动态回放方法流程图；

图3无人机***机体模型组成图；

图4某型无人机***特征参数提取图；

图5新一代飞行器机体模型组成图；

图6新一代飞行器特征参数提取图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，其中未详尽部分为常规技术。

如图1所示，本发明参数化飞行动态回放方法针对不同飞机构型建立高精度低面数的三维飞机机体模型，包含运动面模型和静态机体模型两部分，其中运动面模型包括副翼、襟翼、襟副翼、方向舵、螺旋桨、起落架、武器等，静态机体模型包括机身、座舱和其他机体机构，具体模型以飞机实际构型为准。参数化飞行动态回放方法对所有运动面机构建立数据映射接口，将运动面和表征运动面位移表决参数关联起来，用来实现三维飞机模型和飞行参数的交互。同时建立机场、塔台、跑道、天空、云朵和地形等视景模型，和飞机机体模型一起加载生成用于支持飞行动态回放的三维仿真回放场景。

如图2所示，参数化飞行动态回放方法通过读取和解析飞行数据，获得机载参数值和采样时刻的序列，在静态参数回放模块中以参数曲线和参数列表的形式进行静态参数回放。通过特征参数提取模块提取飞机的大气特征表决参数、运动面位移表决参数、机载***状态参数、任务剖面参数和其他工作参数。其中，大气特征表征参数包括经度、纬度、气压高度、真空速、马赫数等通过飞机大气***测量的参数，运动面位移表决参数包括飞机副翼、襟翼、尾翼等舵面位置表决值、螺旋桨转速、起落架收放状态等参数，机载***状态参数包括飞机机电***、飞控***、任务***故障状态和告警信息等状态参数，任务剖面参数包括飞机轮载、地速和表速、发射状态等表征飞行任务特征的参数。其他***工作参数包括飞行数据中存储的其他维护人员关心的状态参数，提取所有特征参数后统一所有参数的采样时刻序列，生成用于支持飞行动态回放的时间轴。通过航迹地图回放模块加载本地存储或在线获取的平面地图或卫星地图文件，对大气特征表决参数通过经纬度匹配算法在地图文件中标记航行轨迹点，依据历经各航迹点的时间顺序绘制整个飞行过程的航迹线，按照时间轴回放整个飞行过程中的航迹地图；通过加载三维仿真回放场景、大气特征表决参数和运动面位移表决参数，通过飞机俯仰角、滚转角和航向角模拟飞行姿态、通过经度、纬度和气压高度模拟飞机在三维仿真回放场景中的位置、通过跑道、天空、地形和云朵等场景元素切换模拟飞机的速度、通过运动面位移表决参数渲染舵面偏转、起落架收放、螺旋桨旋转等飞机动作，按照时间轴回放整个飞行过程中的飞机姿态、位置、速度和动作；通过加载机载***状态参数，注入故障判读逻辑、连续量参数超限判读逻辑以及故障关联分析等逻辑生成飞机故障和告警信息，按照发生时间和消失时间匹配飞行回放时间轴，在对应飞行回放画面帧中显示对应时刻的故障和告警信息，实现飞机姿态与故障告警信息同步回放；通过加载任务剖面参数，通过发动机转速、轮载状态、轮速等信息将飞行过程划分为开车、滑行、起飞、巡航、投弹、降落等任务阶段，在不同任务阶段中选配和加载需要重点关注的***参数，以参数监视表格的形式同步显示在飞行动态回放画面中并通过时间轴刷新参数值信息，实现面向任务剖面的重要参数同步监视回放。

所述三维机体模型和视景模型包括3DMAX模型、CATIA模型，三维机体模型的运动面和位移表决参数通过数据映射接口进行关联和配置，实现对不同构型飞机的通用性和兼容性。

所述静态参数回放模块中的参数曲线包含采样时刻为横轴参数值为纵轴的参数时序图、以参数组合为横轴和纵轴的参数散点图(如发动机振动图谱)形式，提高对飞机重要***工作状态的深入分析和维护的能力。

所述运动面位移表决参数依据不同的飞机构型或任务类型选取不同的参数组合，也可依据三维机体模型的完整度对运动面和可动机构作适当裁剪，如仅回放飞机舵面偏转和起落架状态，不回放飞机的武器发射动态。可以优化飞行动态回放资源配置度。

所述航迹地图回放模块使用的地图文件包括离线的开源地图包文件、自行构建的特定区域大小的虚拟地形场景或通过大气特征表决参数中的经纬度在线获取网络地图数据，可依据飞行回放载体自身的资源丰盈度使用合适的方式。

另外，还包括维护工作需要查看的参数，包括燃油***、液压***、环控***、飞控***和任务***的工作参数。

所述故障关联分析逻辑可以结合现有的PHM(故障预测与健康管理)技术实现虚警滤除和故障预测工作，提高故障和告警信息的准确度，并生成故障预报信息，和飞机姿态同步回放，提高飞机维护工作的智能化保障能力。

所述任务剖面参数可以依据不同的飞机构型添加飞机性能设计指标门限，实现对不同任务阶段的性能载荷超限评估，依据评估结果生成维护工作提醒，提示维护人员对超限工作的部件进行针对性检查。

为了更好地描述参数化飞行动态回放方法的实施方式，以下通过两个实施例来详细说明具体实施步骤。

实施例1——某型无人机参数化飞行动态回放方法

某型无人机采用正常式气动布局，大展弦比中单翼、V型尾翼，机翼带襟翼、襟副翼和副翼，垂尾设有方向/升降舵，发动机配装1套桨螺-1A螺旋桨。

如图3所示，建立飞机的左副翼、右副翼、左襟副翼、右襟副翼、左襟翼、右襟翼、左内方向舵、左外方向舵、右内方向舵、右外方向舵、螺旋桨、前起落架、主起落架、武器1-6的运动面模型和静态机体模型，建立数据映射接口将所有运动面与位移表决参数相关联，通过运动面位移表决参数驱动运动面模型作动作和姿态回放。

如图4所示，通过特征参数提取模块提取无人机***的俯仰角、滚转角、航向角表征飞行姿态，提取经度、纬度、气压高度表征飞机位置，提取地速、真空速参数通过反位移计算进行场景元素切换表征飞机速度，通过舵面位置、起落架收放状态、螺旋桨转速、武器1-6发射状态表征运动面动态，提取机载***状态参数中的故障量和连续量进行判读，并辅以故障量关联分析和基于规则的虚警滤除生成机载故障和告警信息，通过提取前轮载、主轮载、发动机转速、导弹发射状态进行判读生成任务剖面信息，对不同的任务剖面选取不同的关注参数。将上述信息加载到飞行动态回放模块中分别实现某型无人机***的三维飞机模型与运动面动作联动回放、飞机姿态与故障告警信息同步回放和面向任务剖面的重要参数同步监视回放。通过航迹地图回放模块加载本地存储的平面地图和卫星地图文件，对大气特征表决参数通过经纬度匹配算法在地图文件中标记航行轨迹点，依据历经各航迹点的时间顺序绘制整个飞行过程的航迹线，按照时间轴回放整个飞行过程中的航迹地图，可以切换显示平面地图航迹或卫星地图航迹。

实施例2——某飞行器参数化飞行动态回放方法

如图5所示，建立飞机的左副翼、右副翼、左翼、右翼、左襟翼、右襟翼、左垂尾、右垂尾、前起落架、主起落架、武器1-10的运动面模型和静态机体模型，建立数据映射接口将所有运动面与位移表决参数相关联，通过运动面位移表决参数驱动运动面模型作动作和姿态回放。

如图6所示，通过特征参数提取模块提取飞机的俯仰角、滚转角、航向角表征飞行姿态，提取经度、纬度、气压高度表征飞机位置，提取地速、真空速参数通过反位移计算进行场景元素切换表征飞机速度，通过舵面位置、起落架收放状态、武器1-10发射状态表征运动面动态，提取机载PHM(健康预测与健康管理)***下传的故障预测与诊断结果生成机载故障和告警信息，通过提取前轮载、主轮载、发动机转速、发射状态进行判读生成任务剖面信息，对不同的任务剖面选取不同的关注参数。将上述信息加载到飞行动态回放模块中分别实现飞机三维飞机模型与运动面动作联动回放、飞机姿态与故障告警信息同步回放和面向任务剖面的重要参数同步监视回放。通过航迹地图回放模块加载本地存储的平面地图和卫星地图文件，对大气特征表决参数通过经纬度匹配算法在地图文件中标记航行轨迹点，依据历经各航迹点的时间顺序绘制整个飞行过程的航迹线，按照时间轴回放整个飞行过程中的航迹地图，可以切换显示平面地图航迹或卫星地图航迹。

Claims (8)

1.参数化飞行动态回放方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.参数化飞行动态回放方法针对不同飞机构型建立高精度低面数的三维机体模型，依据飞机真实尺寸对副翼、襟翼、尾翼、运动面、起落架和螺旋桨机体结构进行建模，对所有运动面机构建立数据映射接口，同时建立机场、塔台、跑道、天空、云朵和地形视景模型，加载生成用于支持飞行动态回放的三维仿真回放场景；

步骤2.参数化飞行动态回放方法通过读取和解析飞行数据，获得机载参数值和采样时刻的序列，在静态参数回放模块中以参数曲线和参数列表的形式进行静态参数回放；

步骤3.参数化飞行动态回放方法通过特征参数提取模块提取飞机的大气特征表决参数、运动面位移表决参数、机载***状态参数、任务剖面参数，其中大气特征表征参数包括通过飞机大气***测量的经度、纬度、气压高度、真空速、马赫数，运动面位移表决参数包括飞机所有舵面位置表决值、螺旋桨转速、起落架收放状态，机载***状态参数包括飞机机电***、飞控***、任务***故障状态和告警信息，任务剖面参数包括表征飞行任务特征的轮载、地速和表速、导弹发射状态，还包括飞行数据中存储的状态参数，提取所有特征参数后统一所有参数的采样时刻序列，生成用于支持飞行动态回放的时间轴；

步骤4.参数化飞行动态回放方法通过航迹地图回放模块加载本地存储或在线获取的平面地图或卫星地图文件，对步骤3中获取的大气特征表决参数通过经纬度匹配算法在地图文件中标记航行轨迹点，依据历经各航迹点的时间顺序绘制整个飞行过程的航迹线，按照时间轴回放整个飞行过程中的航迹地图；

步骤5.参数化飞行动态回放方法通过加载步骤1中生成的三维仿真回放场景、步骤3中生成的大气特征表决参数和运动面位移表决参数，通过飞机俯仰角、滚转角和航向角模拟飞行姿态、通过经度、纬度和气压高度模拟飞机在三维仿真回放场景中的位置、通过跑道、天空、地形和云朵场景元素切换模拟飞机的速度、通过运动面位移表决参数渲染舵面偏转、起落架收放、螺旋桨旋转动作，按照时间轴回放整个飞行过程中的飞机姿态、位置、速度和动作；

步骤6.参数化飞行动态回放方法通过加载步骤3中生成的机载***状态参数，注入故障判读逻辑、连续量参数超限判读逻辑以及故障关联分析逻辑生成飞机故障和告警信息，按照发生时间和消失时间匹配飞行回放时间轴，在对应飞行回放画面帧中显示对应时刻的故障和告警信息，实现飞机姿态与故障告警信息同步回放；

步骤7.参数化飞行动态回放方法通过加载步骤3中生成的任务剖面参数，通过发动机转速、轮载状态、轮速、武器发射状态将飞行过程划分为开车、滑行、起飞、巡航、投弹、降落六个阶段，在不同任务阶段中选配和加载需要重点关注的***参数，以参数监视表格的形式同步显示在飞行动态回放画面中并刷新参数值信息，实现面向任务剖面的参数同步监视回放。

2.根据权利要求1所述的参数化飞行动态回放方法，其特征在于，所述三维机体模型和视景模型包括3DMAX模型。

3.根据权利要求1所述的参数化飞行动态回放方法，其特征在于，所述静态参数回放模块中的参数曲线包含采样时刻为横轴参数值为纵轴的参数时序图、以参数组合为横轴和纵轴的参数散点图形式。

4.根据权利要求1所述的参数化飞行动态回放方法，其特征在于，所述运动面位移表决参数依据不同的飞机构型或任务类型选取不同的参数组合。

5.根据权利要求1所述的参数化飞行动态回放方法，其特征在于，所述航迹地图回放模块使用的地图文件包括离线的开源地图包文件、自行构建的特定区域大小的虚拟地形场景或通过大气特征表决参数中的经纬度在线获取网络地图数据。

6.根据权利要求1所述的参数化飞行动态回放方法，其特征在于，所述步骤3中还包括维护工作需要查看的参数，包括燃油***、液压***、环控***、飞控***和任务***的工作参数。

7.根据权利要求1所述的参数化飞行动态回放方法，其特征在于，所述故障关联分析逻辑结合现有的故障预测与健康管理技术实现虚警滤除和故障预测工作。

8.根据权利要求1所述的参数化飞行动态回放方法，其特征在于，所述任务剖面参数依据不同的飞机构型添加飞机性能设计指标门限。

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