河南科技
Henan Science and Technology 工业技术
总767期第三十三期
2021年11月
彭昌毅1李洋2
（1.芜湖航翼集成设备有限公司，安徽芜湖241000；2.中国人民解放军第94575部队，江苏连云港222000）
摘要：某型航空兵分队战术飞行模拟器自列装部队以来，旨在培养飞行员模拟战术对抗训练和模拟空战博弈，以及用于恢复性飞行训练。受列装时期技术限制，该型飞行模拟器视景系统采用的是矩形显示器拼接投影成像技术，存在屏幕拼接处缝隙过大、视场呈块状显示、视景画面分辨率低且画面无法平滑运动以及视场角小等诸多问题。结合使用单位的需求，采用最新的直径3m球幕实现视景投射与成像，有效解决了上述问题，并装配于使用单位，取得了良好的模拟飞行训练效果。 关键词：飞行模拟器；视景成像；直径3m球幕；模拟飞行训练
中图分类号：TG333文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）33-0059-04 Transformation of a Certain Type of Aviation Unit Tactical Flight Simulator
Into a Visual Ball Screen
PENG Changyi1LI Yang2
(1.WuHu Hangyi Integrated Equipment Co.,Ltd.,Wuhu Anhui241000;
2.The94575th Unit of Chinese Peoples’s Liberation Army,Lianyungang Jiangsu222000)
Abstract:A certain type of aviation unit tactical flight simulator has been designed to train pilots for simulated tacti⁃cal confrontation training and simulated air combat games,as well as for recovery flight training.Due to technical lim⁃itations during the installation period,this type of flight simulator vision system uses rectangular display splicing pro⁃jection imaging technology.There are too large gaps in the screen splicing,the field of view is displayed in a block, the resolution of the visual picture is low,and the picture cannot be smooth.Many problems such as movement and small field of view.Combining the needs of the user unit,the latest3m diameter dome screen is used to achieve vis
u⁃al projection and imaging,which effectively solves the above problems,and is assembled in the user unit to achieve a good simulation flight training effect.
Keywords:flight simulator;visual;lmaging;3meters in diameter of ball screen;simulated flight training
实装飞机的飞行训练受到天气环境、飞行员体能素质、后勤保障能力以及机务应急响应等多维度条件的约束，同时飞行安全更是实装飞行训练最重要的考虑要素。综合国内外实装飞机飞行训练结果［1，2］，基于飞行模拟器的模拟训练可以有效解决上述多因素造成的困扰。
飞行模拟器是一种为飞行员提供模拟飞行训练的装备，可以模拟航空飞行器在空中执行飞行任务时的飞行状态、飞行环境和飞行条件，并能够为飞行员提供逼真的操纵负荷、视觉、听觉以及运动感觉的模拟训练装备［1，3］。飞行模拟器还可以看作一种人在回路的实时仿真系统［4］，是虚拟现实的典型应用［5］。要想实现逼真的模拟飞行效果，视景的营造是最为关键的一步［6，7］。
某型航空兵分队战术飞行模拟器以某型实装飞机为原型，由教员控制系统、计算机控制系统、视景控制系统、
5通道视景投影系统和模拟座舱的形式组成。作为装备配发各作训单位，旨在培养飞行员模拟战术对抗训练和模拟空战博弈，以及用于恢复性飞行训练。其结构组成如图1所示。
1改造前视景成像技术状态分析
1.1改造前视景成像方式
某型航空兵分队战术飞行模拟器自列装部队以来，采用的是矩形显示器拼接投影成像技术。经脱密处理，其实物图示如图2。
收稿日期：2021-08-31
作者简介：彭昌毅（1992—），男，硕士，助理工程师，研究方向：飞行模拟器、模拟仿真、视景建模与成像。
可以看出在屏幕拼接处存在拼接缝隙，而且视景投影视场呈块状显示。在实际使用过程中，据飞行员反映，该型飞行模拟器还存在视景画面分辨率低且画面无法平滑运动以及视场角小等问题。
1.2
新大纲模拟飞行最新要求解读
近年来，空军作战训练处发布了全新的飞行模拟器作战训练大纲，其中对于利用飞行模拟器完成的训
练科目做了更全面的要求。本文参考某战区公开招标发布的飞行模拟训练系统招标文件［8］，列举出的主要训练科目见表1。
经过调研验证以及与飞行员交流，在不重新开发新的飞行模拟器装备的前提下，为了更好地满足新飞大纲的模拟训练要求，最为行之有效的办法就是改进原有装备的视景系统。具体办法为：当视场角的水平角度达到240°（其中，左右各120°），垂直视场角达到135°（其中，上视场角90°，下视场角45°）时，可以覆盖新飞大纲80%以上的训练要求。
2视景成像球幕化设计改造与实现2.1
直径3m 球幕的设计与实现
大数据恢复针对某部需求，为响应新飞大纲训练要求，提高模拟
图1某型航空兵分队战术飞行模拟器结构组成
图2
某型航空兵分队战术飞行模拟器实物图示
训练覆盖率，在控制成本的前提下，提出了一种视景成像球幕化设计改造方案。该方案以原型装备实
物为载体，不改变其原有的软件系统设计架构与控制计算系统布局架构，仅针对视景显示系统进行球幕化的设计改造。出租车计价器传感器
直径3m 球幕的三维设计视图如图3所示。其中，该球幕的直径为3000.0mm ；底座直径为2598.1mm ；球幕后支撑点高度为2249.9mm ；球幕前入口高度为2363.5mm ；球幕内径高度为2560.7mm 。
球幕设计首先需要搭建球幕的钢结构骨架，然后在钢结构骨架上布置各部位的铝制板弧瓣并通过铆钉铆接，最后通过粉刷涂料和喷涂漫射涂层，成型最后的3m 球幕视景显示系统。
为了实现球幕视景投射成像的最佳效果，在喷涂漫射涂层时其增益参数的选择尤为重要。球幕化的视景投射与成像方式中，亮度和对比度不能被视为独立的内容。对比度主要由球幕上投影的区域和屏幕的增益决定，而亮度由每个通道的投影面积、镜头类型、屏幕增益、
屏幕反射光被座舱吸收的情况决定。参考模拟器解析度、对比度、亮度等专业标准规范以及约翰逊法［9］，表2显示了不同屏幕增益系数下视景亮度参考值，表3则表示了不同屏幕增益系数下对比度参考值。
从表2、表3可知，需要根据系统需求在球幕的增益选择上进行折中，才可满足显示系统的设计需求［10］。本次球幕化显示系统最终选择球幕漫射涂层增益为0.7。
2.2
rj45防水接头龙门架设计及投影仪布局
球幕化的视景显示系统需要搭配一个入口龙门架，便于放置投影仪。匹配直径3m 的球幕显示系统，设计长度为3600mm 、高度为2400mm 、基座长度为1200mm
的龙门架。龙门架三维视图如图4所示，龙门架上的投影仪摆放位置如图5所示。
2.3
实物效果展式
经前文所述，组合直径3m 的球幕和龙门架结构，并挂载左中右三通道投影仪，开机通电后，其最终实物展式效果如图6所示。
在不改变该型航空兵分队战术飞行模拟器总体设计架构的前提下，通过更换原5通道矩形拼接视景成像方式为5通道直径3m 的球幕视景成像系统，实现了视景球
蒲公英化妆品序号123456789
10111213通用型飞行科目（部分）
起落架航线飞行大航线飞行小航线飞行仪表飞行特技飞行编队飞行左边界飞行夜间飞行复杂气象飞行对地面（水面）目标攻击
空中格斗超视距空战特殊情况处理
表1
最新飞行模拟器训练要求
增益系数0.10.20.30.40.5
亮度/FtL
12345
增益系数0.60.70.80.91.0
亮度/FtL
6789
10表2增益系数和亮度之间的关系
增益系数0.10.20.30.40.5
对比度21
10.87.35.54.47
增益系数0.60.70.80.91.0
对比度3.763.262.882.582.35
表3增益系数和对比度之间的关系
2249.9
2249.9
2598.1
3000.0
1500.01060.7
2363.5
图3直径3m 球幕的三维设计视图（单位：mm ）
R 1500.0
单位：mm
2001200
3600
2400
700
500
图4龙门架的三维设计视图（单位：mm ）
幕化的设计改造。
3
实装效果与试飞评价
定义该3m 球幕的球心为眼点位置，当航空兵分队战术飞行模拟器模拟驾驶舱处于眼点位置正下方时，开启5通道正投实像投影设备，通过实际测量，具体参数记录如表4所示。
该系统交付某单位后，邀请某中队5名飞行员进行试飞验收与评价，针对视景显示系统的评价记录参见表5。
综上所述，本次直径3m 球幕化视景显示系统的设计与实现取得了较好的通过，效果也得到了部分飞行员的
认可。相信在今后的模拟飞行训练中一定会起到有效的辅助训练作用。
擦拭棒
参考文献：数显时间继电器
［1］张镭.飞行模拟器飞行仿真系统建模与软件实现［D ］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012.
［2］李林.飞行模拟器［M ］.北京：北京理工大学出版社，2012.
［3］杨宇.飞行模拟器动感模拟关键技术研究［D ］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010.
［4］卢惠民.飞行仿真数学建模与实践［M ］.北京：航空工业出版社，2007.
［5］李耀辉.模拟飞行器的虚拟实现［D ］.天津：河北工业大学，2003.
［6］李庆勋，王立文.飞行模拟器视景软件开发［J ］.中国民航大学学报，2003（z2）：186-189.
［7］翁冬冬，臧晓军，罗斌，等.基于多个固定摄像机的增强现实飞行模拟器［C ］//图像图形技术与应用学术会议.2009.
［8］飞行模拟训练系统公开招标公告（二次）［EB/OL ］.（2021-12-16）［2021-08-28］.http ：//v/cggg/dfgg/gkzb/202012/t20201-216_15642114.htm.
［9］孟昭勝.模拟器解析度对比度亮度等专业标准规范以及约翰逊法［S/OL ］.（2018-09-27）［2021-08-29］.https ：//max.book118/html/2018/0924/70430011500-01150.shtm.
［10］鲁法珂，李海峰，顾培夫，等.基于硅基液晶显示技术的可见光光学目标模拟器的研制［J ］.光学学报，2006，26（5）：
736-736.
图6
直径3米球幕的实物图示
序号123456789
参数水平视场角左视场角右视场角垂直视场角上视场角下视场角
显示系统分辨率显示系统亮度显示系统对比度
实测数据243°122°121°137°90°47°
≯7arcmin/OLP
≮FtL
≮10∶1是否满足模拟飞行要求
满足满足满足满足满足满足满足满足满足
表4
5通道视景投射于直径3m 球幕重要参数记录
序号
12
3456789101112
类别地景库
图像融合校正系统球幕显示系统
验收科目本场机场场景；机场方向、跑道长、宽等参数与实际数据相符地景库中各种属性设置正确，
无明显的混叠现象
有机场滑行道，有停机坪等主要
建筑设施机场主要建筑位置与真实场景
基本相符
有机场灯光
本场地景数据库范围不小于
作战战备训练区域图像融合功能，实现5通道
图像边缘融合
图像几何校正功能，实现5通道
图像结合校正多通道图像融合区域无明显画面错位与融合痕迹，实现无缝拼接通道图像同步性能：多通道图像同步显示，无视景画面撕裂与延时
融合效果：5通道图像能实现无缝
融合，无明显融合痕迹几何校正效果：5通道图像像素拼接正常，飞行员视点无畸变
验收结论
4人认可；
1人未给出意见4人认可；1人未给出意见5人均认可5人均认可5人均认可
3人认可；2人未给出意见5人均认可5人均认可5人均认可5人均认可5人均认可5人均认可表5针对视景显示系统飞行员试飞评价记录
右下投影
中间投影
左下投影
右上投影
左上投影
图5龙门架上投影仪摆放位置示意图
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