一种混合现实的飞行驾驶训练系统的制作方法

本发明涉及飞行驾驶模拟训练及混合现实，尤其涉及一种混合现实的飞行驾驶训练系统。

背景技术：

1、近年来，通航产业快速发展，但是飞行人员的能力并不能与快速发展的通航航业作业难度相匹配，所以导致重大安全事故频发。因此提升飞行人员作业能力已经刻不容缓。利用模拟机(器)对飞行员进行训练是快速高质量提升飞行员能力的主要途径，并无捷径可走。

2、传统意义上的模拟机为全虚拟环境，一般由模拟座舱、数据包、运动模拟、视景与声音模拟、教员控制台、计算机及网络等多个子系统组成，每个子系统又包含大量软硬件，所以开发购置成本巨大。其中数据包子系统包含气动、控制响应特性和仿真模型，是用于仿真综合解算的数据集合，其技术难度较大。另外如视景子系统利用计算机3d技术运行，需要消耗大量计算资源。

3、飞行器，是受地面或母机上的遥控站通过机载飞行控制系统控制飞行的飞行器。无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“uav”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。

4、飞行模拟器flight simulator从广义上来说，就是用来模拟飞行器飞行的机器。如模拟飞机、导弹、卫星、宇宙飞船等飞行的装置，都可称之为飞行模拟器。它是能够复现飞行器及空中环境并能够进行操作的模拟装置。从狭义上来说，就是用来模拟飞行器飞行且结构比较复杂功能比较齐全的装置。如果其结构比较简单且功能较少的飞行模拟装置，则称为飞行训练器。

5、目前，现有技术展开了对飞行模拟器的研究，例如公开号为cn110770665a，cn204093035u，cn203047531u等专利申请公开了飞行器和无人飞行器的相关信息，主要涉及无人飞行器及相关的遥控和控制方法，一般采用手持遥控器控制，通过目视屏幕观察飞机状态，没有体感设备，导致驾驶员的操控和视觉缺乏沉浸感。

技术实现思路

1、有鉴于此，有必要提供一种混合现实的飞行驾驶训练系统，用以解决现有技术的上述缺陷。

2、为了解决上述问题，第一方面，本发明提供一种混合现实的飞行驾驶训练系统，包括：

3、飞行器，通过无线通信系统与地面站计算机通信连接，用于接收地面站计算机发送的操纵杆动作信号，在操纵杆动作信号的控制下完成飞行动作，以及用于通过自身配备的传感器组件采集所述飞行器的机身状态数据和图像数据，通过无线通信系统将所述飞行器的机身状态数据和图像数据发送至所述地面站计算机；

4、无线通信系统，分别与飞行器和地面站计算机连接，用于实现所述飞行器与地面站计算机之间的信号传递；

5、地面站计算机，用于将接收自操纵杆的操纵杆动作信号通过无线通信系统发送至飞行器，以及用于将接收自飞行器的图像数据发送至头戴式显示器，还用于基于所述机身状态数据生成运动指令并发送至运动座椅；

6、头戴式显示器，与所述地面站计算机连接，用于接收地面站计算机发送的图像数据并显示；

7、操纵杆系统，与所述地面站计算机连接，用于供驾驶员操纵，并输出用于控制飞行器的操纵杆动作信号至地面站计算机；

8、运动座椅，与所述地面站计算机连接，用于接收地面站计算机发送的运动指令并产生相应动作。

9、优选的，所述无线通信系统包括通信天空端和通信地面端；其中，

10、所述通信天空端安装在所述飞行器上，所述通信地面端与地面站计算机连接，所述通信天空端与所述通信地面端无线通信连接。

11、优选的，所述飞行器包括飞行控制器、动力与舵面系统、云台摄像头以及传感器组件；

12、所述飞行控制器分别连接所述通信天空端和所述动力与舵面系统，所述飞行控制器用于接收通信天空端发送的操纵杆动作信号，将操纵杆动作信号转化为飞行控制指令并输出至动力与舵面系统；

13、所述动力与舵面系统用于根据所述飞行控制指令操纵所述飞行器；

14、所述云台摄像头，与所述通信天空端连接，用于获取飞行器的图像数据并发送至通信天空端；

15、所述传感器组件，与所述通信天空端连接，用于获取飞行器的机身状态数据并发送至通信天空端；其中，所述机身状态数据包括飞行器的位置、速度、加速度和角速度。

16、优选的，所述地面站计算机包括数据转换单元、洗出算法单元和场景重现单元；

17、所述数据转换单元的输入端连接所述通信地面端，所述数据转换单元的输出端分别连接所述洗出算法单元和场景重现单元，所述数据转换单元用于通过通信地面端接收飞行器的图像数据和机身状态数据，将飞行器的图像数据转换为洗出算法单元所需的数据格式并发送至洗出算法单元，将飞行器的机身状态数据转换为场景重现单元所需的数据格式并发送至场景重现单元；

18、所述洗出算法单元的输入端连接所述数据转换单元，所述洗出算法单元的输出端连接所述运动座椅，所述洗出算法单元用于将接收到的机身状态数据利用洗出算法进行处理，得到运动座椅的运动指令，并将所述运动指令发送至运动座椅；

19、所述场景重现单元的输入端连接所述数据转换单元，所述场景重现单元的输出端连接所述头戴式显示器，所述场景重现单元用于根据接收自数据转换单元的飞行器图像数据、真实飞机的座舱三维模型以及接收自头戴式显示器的头部姿态数据，合成得到飞机座舱的增强现实画面并发送至所述头戴式显示器。

20、优选的，所述头戴式显示器包括：

21、姿态测量单元，与场景重现单元连接，用于测量驾驶员的头部姿态数据并发送至场景重现单元；

22、显示系统，与场景重现单元连接，用于接收场景重现单元输出的飞机座舱增强现实画面以供驾驶员观看。

23、优选的，所述操纵杆系统包括操纵杆组件和角度传感器；

24、所述操纵杆组件包括操纵杆以及与所述操纵杆连接的手柄和脚踏，所述操纵杆组件用于供驾驶员操作；

25、所述角度传感器的输入端连接所述操纵杆组件，所述角度传感器的输出端连接所述地面站计算机，所述角度传感器用于采集操纵杆动作信号并发送至地面站计算机。

26、优选的，所述运动座椅包括：

27、伺服驱动器，与地面站计算机连接，用于接收地面站计算机发送的运动指令，驱动伺服电动机；

28、伺服电动机，与伺服驱动器连接，用于在伺服驱动器的驱动下控制运动座椅的动作。

29、优选的，所述飞行器为直升机、四旋翼飞行器或固定翼飞机。

30、优选的，所述运动座椅为六自由度stewart平台结构、三轴并联结构或曲柄摇杆结构。

31、采用上述方案的有益效果是：

32、1)本发明提供的混合现实的飞行驾驶训练系统，以在真实环境中飞行的飞行器取代由数据包驱动的虚拟飞行器，能够给予进行飞行驾驶训练的驾驶员更加真实的操控体验和环境感受。

33、2)本发明采用增强现实技术的模拟驾驶，通过飞行器的机身状态数据和图像数据的实时传输，可以实现受训驾驶员在视觉、手感、听觉等感官上最大程度贴近真实驾驶感受。

34、3)本发明采用计算机3d技术结合图传画面生成飞机座舱的增强现实画面并发送至所述头戴式显示器，使得受训驾驶员可以充分熟悉和适应真实飞机座舱。