一种航天员训练用动感飞行模拟器

本发明涉及飞行模拟，具体为一种航天员训练用动感飞行模拟器。

背景技术：

1、航天员在进行太空任务前需要接受各种训练以适应和应对特殊的太空环境和任务需求。其中，对于航天员的身体平衡和调整、心理调节及呼吸控制、反应速度和注意力集中能力以及空间感知等方面的训练是非常重要的。为了提高训练效果，需要一种创新的航天员训练设备。

2、目前，已有一些航天员训练设备，如失重飞行模拟器和虚拟现实训练系统等。然而，这些设备存在一些局限性，通常通过提前预设固定的训练模式对航天员进行训练，无法根据不同航天员的训练数据及本身身体技能调节训练强度，因此，设计一种航天员训练用动感飞行模拟器。

3、为了解决上述缺陷，现提供一种技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有航天员训练设备通常通过提前预设固定的训练模式对航天员进行训练，无法根据不同航天员的训练数据及本身身体技能调节训练强度的问题，而提出一种航天员训练用动感飞行模拟器。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种航天员训练用动感飞行模拟器，包括：

4、模拟模块，用于对航天员进行飞行模拟训练；

5、评价模块，用于记录航天员在训练过程中的数据配合以及对航天员的测试数据和航天员的综合素质进行评价；

6、具体获取的航天员训练数据及测试数据包括：位置和姿态数据、心率和呼吸数据、反应时间和注意力数据及空间定向和导航数据，分别通过上述数据分析计算得到位姿值、应调值、应意值及位方值，并将位姿值、应调值、应意值及位方值归一化处理后代入以下公式：以得到总评值zpz，式中wzz、ydz、yyz及wfz分别为位姿值、应调值、应意值及位方值，分别为位姿值、应调值、应意值及位方的预设权重系数；

7、再将计算得到的总评值zpz与预设的若干个总评值区间进行比对，若干个总评值区间分别对应设置着模拟难度调节标准，当确定航天员总评值zpz所属总评值区间后，则得到该航天员相对应的模拟难度调节标准，并向调节模块中发送；

8、调节模块，用于接收评价模块传输的模拟难度调节标准，并对模拟模块进行相对应的强度调节；

9、其中不同难度调节标准分别对应着不同的训练强度，具体调节的项目包括：飞行任务复杂度、环境模拟、仪器和控制系统及时间设置，并将以上项目分为与若干个难度调节标准相对应的等级；

10、训练提示模块，用于根据航天员的综合素质分析对航天员的短板进行训练提示。

11、进一步的，所述调节模块对飞行任务复杂度、环境模拟、仪器和控制系统及时间设置进行调节具体包括：

12、飞行任务复杂度包括任务的难度等级、多样性等级及紧迫性等级；

13、环境模拟通过调整飞行模拟器中的环境模拟参数，包括视觉效果等级、声音等级、重力模拟等级，通过以上环境模拟参数可以增加或减少航天员在飞行模拟器中的感知；

14、仪器和控制系统通过调整飞行模拟器中的仪器和控制系统设置，具体根据不同难度等级增加或减少仪表的数量和复杂度，加入和减少复杂的控制系统和故障模拟；

15、时间设置通过设置飞行模拟器任务的时间限制，根据不同的训练强度设置不同的时间限制；

16、将具体的调节项目根据相对应的难度调节标准发送至模拟模块中进行飞行模拟强度的调节，适应航天员的综合素质的标准。

17、进一步的，所述训练提示模块根据航天员的综合素质分析对航天员的短板进行训练提示的具体操作步骤如下：

18、首先获取计算航天员总评值的参数具体数据，包括：位姿值、应调值、应意值及位方值，分别将上述参数与相对应预设参数区间进行比对，当存在参数位于参数区间之外时，则对航天员进行对应提示；具体的：

19、当位姿值处于预设参数区间范围之外时，则对航天员进行提示：针对性的进行身体平衡和调整训练；具体包括：微重力适应训练及平衡训练；

20、当应调值处于预设参数区间范围之外时，则对航天员进行提示：针对性的对航天员心理调适及呼吸控制训练；具体的包括：冥想和放松训练及呼吸控制训练；

21、当应意值处于预设参数区间范围之外时，则对航天员进行提示：针对性的对航天员的反应速度和注意力集中能力进行训练，具体包括：反应速度训练及注意力训练；

22、当位方值处于预设参数区间范围之外时，则对航天员进行提示：针对性的对航天员的空间感知进行训练，具体的包括：三维空间训练及视觉训练。

23、进一步的，所述模拟模块由动感座椅、虚拟现实显示装置及控制单元组成；

24、所述动感座椅由可调节座椅和支撑架构组成，可调节座椅用于在多个轴向上进行运动，以模拟飞行过程中的加速度和姿态变化；支撑架构用于确保航天员在可调节座椅上运动时的安全和稳定；

25、所述虚拟现实显示装置包括头戴式显示器和耳机，用于提供虚拟现实场景和声音效果，通过头戴式显示器模拟太空环境，并通过耳机听到相应的声音，包括引擎噪音及通讯声；

26、控制单元用于控制模拟模块的运动和虚拟现实场景的生成，控制单元根据预设的任务和训练计划，模拟不同的飞行场景，并调整座椅的运动方式。

27、进一步的，所述评价模块将位置和姿态数据分析得到位姿值的具体操作步骤如下：

28、首先记录航天员在训练过程中的位置和姿态变化，具体获取航天员训练过程中位置变化速度、手部姿态变换幅度、腿部姿态变换幅度及头部变换幅度，将得到的实时位置变换速度与预设的若干个位置变换速度区间进行比对，确定实时位置变换速度所属区间，其中若干个位置变换速度区间分别对应设置着不同的位姿标准值；

29、再将获取的航天员训练过程中的手部姿态变换幅度、腿部姿态变换幅度及头部变换幅度剔除超过幅度标准区间范围内的异常值，再分别进行求均值以得到手部姿态变换幅度均值、腿部姿态变换幅度均值及头部变换幅度均值并分别标定为：sh、th及tb，归一化处理后代入以下公式：以得到位姿值wzz，式中分别为手部姿态变换幅度均值、腿部姿态变换幅度均值及头部变换幅度均值的预设权重系数。

30、进一步的，所述评价模块将心率和呼吸数据分析得到应调值的具体操作步骤如下：

31、首先获取航天员在训练过程中的的心率和呼吸数据，具体包括：心率变异性、呼吸频率和深度及心率和呼吸的变化；

32、其中心率变异性为航天员心脏跳动间隔的变化；呼吸频率和深度为反映航天员的呼吸系统的应激反应和调节情况；并将得到的心率和呼吸变化数据建立心率和呼吸变化曲线；

33、通过航天员的心率变异性计算心率变异标准差，再通过呼吸频率和深度分别得到航天员的呼吸频率标准差和平均呼吸气量；再将建立的心率和呼吸变化曲线中通过预设的心率和呼吸上下区间值建立两组常值线，分别对心率和呼吸曲线超出两组常值线的区域计算面积，以得到的超心面积和超呼面积并求和得到超范值；

34、再对得到的心率变异标准差、呼吸频率标准差、平均呼吸气量及超范值进行归一化处理后，再将平均呼吸气量与变异标准差及呼吸频率标准差进行求和并作为半径建立底圆，将呼吸气量与超范值之和作为高建立圆柱体，再以底圆圆心作为切割底圆圆心，心率变异标准差与呼吸频率标准差之和作为直径建立切割底圆，以超范值为高与圆柱体相同方向建立圆锥体，计算圆柱体体积与圆锥体体积之差，并标定为应调值。

35、进一步的，所述评价模块将反应时间和注意力数据分析得到应意值的具体操作步骤如下：

36、首先对航天员的反应时间和注意力进行测试，反应时间测试的具体步骤如下：使用计算机或专门的设备，通过呈现视觉或听觉刺激，要求航天员尽快做出相应的动作反应，包括按下按钮或其他操作，在记录刺激呈现与反应动作之间的时间差，得到航天员的反应时间，对不同情况的刺激呈现得到的时间差计算均值，以得到反应值；

37、对注意力测试的具体步骤如下：使用不同认知任务评估航天员的注意力水平，包括连线测试、数字搜索测试及stroop测试；其中连线测试为航天员在一定时间内将匹配的项目或图形通过绘制线条连接起来，评估航天员的手眼协调能力和注意力转移能力，并获取航天员完成任务所需的时间进行表示，标定为完时值；

38、数字搜索测试为航天员在一系列数字中找到特定的目标数字，从而评估航天员的可选择性注意力和快速定向注意力，并以规定时间内找到的数量进行评估，标定为特数值；stroop测试为航天员在一系列呈现的文字中识别颜色，但文字本身与其表示的颜色不匹配，从而评估航天员的抑制控制能力和反应抑制能力，并通过航天员完成任务所需的时间或准确性进行评估，同时计算出一个stroop效应指标，衡量识别颜色与文字不匹配时的干扰程度，根据预设不同的stroop效应指标分别计算航天员完成任务的所需时间并求均值，以得到效完值；

39、再将得到的反应值、完时值、特数值及效完值分别标定为fy、ws、ts及xw，归一化处理后代入以下公式：，以得到应意值yyz，式中分别为反应值、完时值、特数值及效完值的预设权重系数。

40、进一步的，所述评价模块将空间定向和导航数据分析得到位方值的具体操作步骤如下：

41、首先在训练过程中对航天员在三维空间中的定位和方向感进行测试，具体测试步骤如下：空间意识测试通过提示航天员环顾四周后并闭上双眼，缓慢随机改变航天员自身位置及方向，完成调整后通过获取航天员报出的位置及面对方向的语音进行分析，判断航天员的语音报出的位置及方向是否正确，进行若干次测试，得到航天员的判断准确率，以此准确率衡量航天员空间意识能力；

42、坐标系转换能力测试通过显示一种坐标系，并提示转换另一种坐标系标准，收集航天员的输入结果，得到单次测试的转换错误率和使用时间，归一化处理后，将转换错误率与使用时间相乘得到的误时值，并进行多次测试以得到多个误时值，并对多个误时值进行求均值得到误时均值，以此误时均值作为衡量航天员坐标系转换能力的标准；

43、空间记忆训练通过显示设备模拟航天器内控制飞行的各种设备、仪器及按钮，并先赋予不同设备、仪器及按钮标识，标识包括具体名称、作用、使用方法及具体位置，并让航天员观察预设时间，去掉设备、仪器及按钮的标识，随机抽取设备、仪器及按钮并获取航天员输入的标识介绍，分析航天员输入的错误率，以此方式进行多次测试，得到的若干个错误率，并对若干个错误率进行求均值得到错误率均值；

44、控制协调测试，预设一条标准难度的飞行路线，并模拟飞行场景，航天员通过操作进行模拟飞行，具体操作包括推进、旋转、减速及转向，完成模拟飞行后分析航天员的模拟飞行路线与预设的飞行路线重合度；

45、再将得到的准确率、误时均值、错误率均值及重合度分别标定为qe、wj、lj及ch，归一化处理后代入以下公式：以得到位方值wfz。

46、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

47、本发明，通过记录航天员在训练过程中的数据配合以及对航天员的测试数据和航天员的综合素质进行评价，并根据航天员的综合素质分析航天员训练进行相对应的强度调节，以适配不同的航天员进行训练，从而提高训练员的训练效果；

48、本发明，根据航天员的综合素质分析对航天员的短板进行训练提示，提示航天员的训练短板，提升训练员的综合素质。