CN112289126B - 一种引入角加速度阈下控制的躯体重力错觉模拟方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种引入角加速度阈下控制的躯体重力错觉模拟方法，包括如下步骤：飞行错觉模拟软件根据运动参数生成离心机运行曲线并显示在上位机界面上；对运行曲线进行确认，并开始训练；离心机按照启动曲线进入基础过载Gz0，离心机俯仰方向角位移为θ，过程中通过阈下控制限制飞行员三向角加速度低于αmax；维持基础过载状态，持续时间tlev1；离心机主轴转速ω增加，位置框产生动作过载，俯仰方向角位移为θ，过程中通过阈下控制限制飞行员三向角加速度低于αmax；维持动作过载状态，持续时间tact，离心机主轴减速，位置框恢复，恢复基础过载；维持基础过载状态，持续时间tlev2；离心机按照停机曲线进入停机状态，并将训练数据存入数据库。

Description

一种引入角加速度阈下控制的躯体重力错觉模拟方法
技术领域
本发明涉及飞行训练领域，具体是一种引入角加速度阈下控制的躯体重力错觉模拟方法。
背景技术
飞行错觉是飞行员在飞行过程中，对飞机的姿态、位置和运动状态产生的错误知觉形式，具有发生率较高、致命性事故比例高、人员及经济损失重大等特点。尽管新机种、新设备上应用了不少新技术，有了不少新发展，但飞行错觉的种类基本没有改变，飞行错觉发生率占事故原因的比例还略有上升。降低飞行错觉引起的飞行事故，应当通过错觉模拟训练提高飞行员对飞行错觉的认知，从而降低I型(不可认知型)空间定向障碍的发生率。
飞行错觉根据感知器官可以分为：前庭本体性飞行错觉、前庭视觉性飞行错觉、视觉性飞行错觉和中枢性飞行错觉。其中，前庭本体性飞行错觉与飞行员前庭器官受到的各种加速度刺激有关，包括线加速度和角加速度。前庭本体性错觉可以进一步细分为躯体旋转错觉、科里奥利错觉、躯体重力错觉、超G错觉等。躯体重力错觉是前庭本体性飞行错觉的一种，是由于人体无法区分由重力和运动产生的线加速度引起的过载造成的，根据运动产生的线加速度方向可以分为：胸背向过载引起的俯仰错觉、侧向过载引起的倾斜错觉、头足向过载引起的升降错觉以及复合形态的躯体重力错觉。
现有的躯体重力错觉模拟方法主要基于转台***，通过转椅偏轴心、正切朝向旋转模拟倾斜形态的躯体重力性错觉，偏轴心、头向或背向旋转轴旋转模拟俯仰形态的躯体重力性错觉。该方法的不足在于：模拟过程中通过转台旋转仅对人体胸背向或左右向过载进行调节，因此未能涵盖上升、下降形态的躯体重力错觉模拟方法；未考虑转台旋转过程中转速变化对人体产生的角加速度刺激，使人产生明显的偏航旋转感受。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种引入角加速度阈下控制的躯体重力错觉模拟方法，包括如下步骤：
步骤一，通过飞行错觉模拟软件对动作形式及运动参数进行设置,飞行错觉模拟软件根据运动参数生成离心机运行曲线并显示在上位机界面上；
步骤二，对运行曲线进行确认，并开始训练；
步骤三，离心机启动，按照启动曲线进入基础过载Gz0，离心机俯仰方向角位移为θ，过程中通过阈下控制限制飞行员三向角加速度低于αmax；维持基础过载状态，持续时间tlev1；
步骤四，离心机主轴转速ω增加，位置框产生相应的动作过载，俯仰方向角位移为θ，过程中通过阈下控制限制飞行员三向角加速度低于αmax；
步骤五，维持动作过载状态，持续时间tact，语音指令飞行员保持平飞，采集操纵杆信号以判断其是否产生了错觉；
步骤六，离心机主轴减速，位置框恢复，恢复基础过载；
步骤七，维持基础过载状态，持续时间tlev2；
步骤八，离心机按照停机曲线进入停机状态，并将训练数据存入数据库。
进一步的，所述的运动形式包括平飞加/减速、左/右侧向过载、平飞—盘旋—平飞。
进一步的，所述的运动参数包括基础过载、动作过载、平飞持续时间、动作持续时间、角加速度阈值。
进一步的，所述的离心机俯仰方向角位移为
Figure GDA0002851869450000021
其中的θ为多轴离心机俯仰方向角位移，Gz为人体头足向过载。
进一步的，所述的俯仰方向角位移为：
Figure GDA0002851869450000022
其中的Gz0为基础过载值，施加在人体头足方向；Gx为人体胸背向过载。
本发明的有益效果是：通过离心机多轴协调控制，实现对人体三向过载Gx、Gy、Gz的动态调节，从而可以对各种形态的躯体重力错觉进行模拟，不局限于本专利中给出的上仰、下俯、左倾、右倾、上升、下降等错觉形式；通过引入三向角加速度阈下控制，降低运动平台旋转对人体产生的角加速度刺激，避免角运动刺激干扰线运动感知，改善躯体重力错觉的模拟效果；根据不同形态躯体重力错觉的产生机理，设计对应的判据，提高错觉评判的客观性。
附图说明
图1为一种引入角加速度阈下控制的躯体重力错觉模拟方法的流程图；
图2为飞行员向心位过载示意图；
图3为飞行员正切向前位过载示意图；
图4为飞行员正切向前位过载示意图；
图5为平飞加速运行曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种引入角加速度阈下控制的躯体重力错觉模拟方法，包括如下步骤：
步骤一，通过飞行错觉模拟软件对动作形式及运动参数进行设置,飞行错觉模拟软件根据运动参数生成离心机运行曲线并显示在上位机界面上；
步骤二，对运行曲线进行确认，并开始训练；
步骤三，离心机启动，按照启动曲线进入基础过载Gz0，离心机俯仰方向角位移为θ，过程中通过阈下控制限制飞行员三向角加速度低于αmax；维持基础过载状态，持续时间tlev1；
步骤四，离心机主轴转速ω增加，位置框产生相应的动作过载，俯仰方向角位移为θ，过程中通过阈下控制限制飞行员三向角加速度低于αmax；
步骤五，维持动作过载状态，持续时间tact，语音指令飞行员保持平飞，采集操纵杆信号以判断其是否产生了错觉；
步骤六，离心机主轴减速，位置框恢复，恢复基础过载；
步骤七，维持基础过载状态，持续时间tlev2；
步骤八，离心机按照停机曲线进入停机状态，并将训练数据存入数据库。
运动形式包括平飞加/减速、左/右侧向过载、平飞—盘旋—平飞。
所述的运动参数包括基础过载、动作过载、平飞持续时间、动作持续时间、角加速度阈值。
所述的离心机俯仰方向角位移为
Figure GDA0002851869450000031
其中的θ为多轴离心机俯仰方向角位移，Gz为人体头足向过载。
进一步的，所述的俯仰方向角位移为：
Figure GDA0002851869450000032
其中的Gz0为基础过载值，施加在人体头足方向；Gx为人体胸背向过载。
具体的，当教员选定以“平飞加速”形式模拟躯体重力错觉时，飞行员的坐位和运动轨迹如图1所示，飞行员处于向心位，面向旋转中心。图中给出了飞行员前庭耳石所受过载的示意图，Gz为头足向过载，Gx为胸背向过载，θ为多轴离心机俯仰方向的角位移。离心机运行曲线如图5所示。以“平飞加速”形式模拟躯体重力错觉的具体实施方法如下：
飞行员进入离心机座舱，工作人员从外部关闭舱门；
教员通过飞行错觉模拟软件设置动作形式为平飞加速，基础过载Gz0，上仰错觉角度θf(胸背向加速过载Gx_act＝Gz0·tan(θf))，起始平飞时间tlev1＝30s，加速持续时间tact＝40s，维持平飞时间tlev2＝30s，角加速度感知阈值αmax；
飞行错觉模拟软件根据运动参数生成离心机运行曲线并显示在上位机界面上；教员对运行曲线进行确认，并按下开始训练按钮；离心机偏航方向逆时针旋转90度，使飞行员处于向心位；在座舱内显示无明显姿态信息的视景信息，仪表盘失能；离心机缓慢启动，按照启动曲线进入基础过载，离心机俯仰方向角位移为
Figure GDA0002851869450000041
过程中通过阈下控制限制飞行员三向角加速度低于αmax；维持基础过载状态30s；离心机主轴转速ω增加，俯仰方向缓慢随动，俯仰方向角位移为
Figure GDA0002851869450000042
使人体胸背向过载逐渐增加到Gx_act，过程中通过阈下控制限制飞行员三向角加速度低于αmax；维持加速过载状态40s，语音指令飞行员保持平飞，采集操纵杆信号，若检测到飞行员进行了使飞机下俯的操作，则判断其产生了上仰形态的躯体重力错觉；离心机主轴减速，俯仰方向恢复，使飞行员胸背向过载减小至0，恢复基础过载；维持基础过载状态30s；离心机缓慢停机，按照停机曲线进入停机状态；工作人员打开舱门，飞行员离开离心机座舱；由教员对飞行员训练情况进行讲解，并将训练数据存入数据库。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种引入角加速度阈下控制的躯体重力错觉模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，通过飞行错觉模拟软件对动作形式及运动参数进行设置,飞行错觉模拟软件根据运动参数生成离心机运行曲线并显示在上位机界面上；
步骤二，对运行曲线进行确认，并开始训练；
步骤三，离心机启动，按照启动曲线进入基础过载
Figure 752392DEST_PATH_IMAGE001
，离心机俯仰方向角位移为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，过程中通过阈下控制限制飞行员三向角加速度低于
Figure 748161DEST_PATH_IMAGE003
；维持基础过载状态，持续时间
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
步骤四，离心机主轴转速
Figure 996740DEST_PATH_IMAGE005
增加，位置框产生相应的动作过载，俯仰方向角位移为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，过程中通过阈下控制限制飞行员三向角加速度低于
Figure 126370DEST_PATH_IMAGE007
；
步骤五，维持动作过载状态，持续时间
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，语音指令飞行员保持平飞，采集操纵杆信号以判断其是否产生了错觉；
步骤六，离心机主轴减速，位置框恢复，恢复基础过载；
步骤七，维持基础过载状态，持续时间
Figure 534217DEST_PATH_IMAGE009
；
步骤八，离心机按照停机曲线进入停机状态，并将训练数据存入数据库。
2.根据权利要求1所述的一种引入角加速度阈下控制的躯体重力错觉模拟方法，其特征在于，所述的动作形式包括平飞加/减速、左/右侧向过载、平飞—盘旋—平飞。
3.根据权利要求1所述的一种引入角加速度阈下控制的躯体重力错觉模拟方法，其特征在于，所述的运动参数包括基础过载、动作过载、平飞持续时间、动作持续时间、角加速度阈值。
4.根据权利要求1所述的一种引入角加速度阈下控制的躯体重力错觉模拟方法，其特征在于，所述的离心机俯仰方向角位移为
Figure DEST_PATH_IMAGE010
其中的
Figure 825521DEST_PATH_IMAGE002
为离心机俯仰方向角位移，
Figure 702342DEST_PATH_IMAGE011
为人体头足向过载。
5.根据权利要求1所述的一种引入角加速度阈下控制的躯体重力错觉模拟方法，其特征在于，所述的俯仰方向角位移为：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
其中的
Figure 370083DEST_PATH_IMAGE014
为基础过载值，施加在人体头足方向；
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为人体胸背向过载。
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