本發(fā)明涉及飛行員訓(xùn)練，尤其涉及一種飛行員空間方位訓(xùn)練方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、飛行員在實際飛行中需要具備高度的空間定向能力和空間態(tài)勢感知能力。因此，對飛行員進(jìn)行空間定向訓(xùn)練和空間態(tài)勢感知能力訓(xùn)練對飛行員的能力提升至關(guān)重要。

2、在現(xiàn)有的地面航空模擬訓(xùn)練中，飛行員對空間方位、運(yùn)動方向，以及某特定目標(biāo)源(包括三維視覺和三維聽覺目標(biāo)，如目標(biāo)敵機(jī)、敵方導(dǎo)彈視頻源及聲源信號等)進(jìn)行訓(xùn)練時，通常是通過指示員進(jìn)行主觀估計后使用口述的方式進(jìn)行表述以及記錄。這種方式雖然能夠達(dá)到對飛行員進(jìn)行訓(xùn)練的目的，但是使用口述方式進(jìn)行空間方位的描述耗時較長，且表述的方位數(shù)據(jù)精度較低，難以對飛行員在空間定向訓(xùn)練和態(tài)勢感知訓(xùn)練中的方位/方向感知能力進(jìn)行量化評估，無法滿足復(fù)雜的飛行訓(xùn)練和實驗的需求。

3、在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在如下問題：

4、現(xiàn)有的對飛行員進(jìn)行地面航空模擬訓(xùn)練時，使用的方式無法滿足復(fù)雜的飛行訓(xùn)練和實驗的需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種飛行員空間方位訓(xùn)練方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中對目標(biāo)源位置表述耗時長、精度底，難以進(jìn)行量化評估，無法滿足復(fù)雜飛行訓(xùn)練和實驗需求等技術(shù)問題。本發(fā)明提供的諸多技術(shù)方案中的優(yōu)選技術(shù)方案所能產(chǎn)生的諸多技術(shù)效果詳見下文闡述。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種飛行員空間方位訓(xùn)練方法，包括：

4、建立空間坐標(biāo)系；其中，所述空間坐標(biāo)系由兩個六軸傳感器固定設(shè)置在訓(xùn)練空間內(nèi)組成；

5、在所述訓(xùn)練空間內(nèi)發(fā)送運(yùn)動控制指令，執(zhí)行器根據(jù)所述運(yùn)動控制指令生成指定目標(biāo)源；

6、確認(rèn)所述指定目標(biāo)源的空間方位，得到在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的實時姿態(tài)角度和實時指示方向角度；其中，所述實時姿態(tài)角度根據(jù)姿態(tài)器的初始姿態(tài)位置和姿態(tài)方向位置計算所得，所述實時指示方向角度根據(jù)指示器的初始方向位置和指示目標(biāo)位置計算所得；

7、根據(jù)所述實時姿態(tài)角度和實時指示方向角度得到姿態(tài)旋轉(zhuǎn)矩陣和方向旋轉(zhuǎn)矩陣，得到真實指示方位。

8、可選的，所述確認(rèn)所述目標(biāo)源的空間方位，得到在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的實時姿態(tài)角度，包括：

9、獲取所述姿態(tài)器在所述空間坐標(biāo)系中的初始姿態(tài)位置，并根據(jù)所述初始姿態(tài)位置計算得到初始姿態(tài)角度；

10、獲取所述姿態(tài)器在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的姿態(tài)方向位置，并根據(jù)初始姿態(tài)角度確認(rèn)所述姿態(tài)方向位置在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的變化，得到姿態(tài)變化角度；

11、使用互補(bǔ)濾波方法將所述初始姿態(tài)角度和所述姿態(tài)變化角度進(jìn)行融合，得到實時姿態(tài)角度。

12、可選的，獲取所述姿態(tài)器在所述空間坐標(biāo)系中的初始姿態(tài)位置，并根據(jù)所述初始姿態(tài)位置計算得到初始姿態(tài)角度；包括：

13、獲取所述姿態(tài)器在初始時刻t0的初始姿態(tài)位置；

14、所述初始姿態(tài)位置在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的重力方向為g＝(ax,ay,az)，根據(jù)所述初始姿態(tài)位置計算得到所述姿態(tài)器在所述初始時刻t0的姿態(tài)器初始姿態(tài)角度(θ,φ,ψ)，即俯仰角θ、滾轉(zhuǎn)角φ和偏航角ψ；

15、所述俯仰角θ的表達(dá)式為：

16、

17、所述滾轉(zhuǎn)角φ的表達(dá)式為：

18、

19、所述姿態(tài)器初始偏航角ψ＝0。

20、可選的，所述獲取姿態(tài)器在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的姿態(tài)方向位置，并根據(jù)初始姿態(tài)角度確認(rèn)所述姿態(tài)方向位置在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的變化，得到姿態(tài)變化角度，包括：

21、獲取所述姿態(tài)器在當(dāng)前時刻t的姿態(tài)方向位置；

22、根據(jù)所述初始姿態(tài)角度確定所述姿態(tài)方向位置所變化的角速度；

23、在初始時刻t0到當(dāng)前時刻t期間，對所述角速度進(jìn)行積分，得到姿態(tài)變化角度。

24、可選的，在所述對所述角速度進(jìn)行積分，得到姿態(tài)變化角度中，對所述角速度進(jìn)行積分的表達(dá)式為:

25、

26、

27、

28、其中，δθ為俯仰角度變化，δφ為滾轉(zhuǎn)角度變化，δψ為偏航角度變化，wx為所述角速度在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)在x軸上的測量值，wy為所述角速度在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)在y軸上的測量值，wz為所述角速度在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)在z軸上的測量值。

29、可選的，所述確認(rèn)所述目標(biāo)源的空間方位，得到在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的實時指示方向角度，包括：

30、獲取所述指示器在所述空間坐標(biāo)系中的初始方向位置，并根據(jù)所述初始方向位置計算得到初始方向角度；

31、獲取所述指示器在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的指示目標(biāo)位置，并根據(jù)初始方向角度確認(rèn)所述指示目標(biāo)位置在所述空間坐標(biāo)系內(nèi)的變化，得到指示變化角度；

32、使用互補(bǔ)濾波方法將所述初始方向角度和所述指示變化角度進(jìn)行融合，得到實時指示方向角度。

33、可選的，所述根據(jù)所述實時姿態(tài)角度和實時方向角度得到姿態(tài)旋轉(zhuǎn)矩陣和方向旋轉(zhuǎn)矩陣，得到真實指示方位，包括：

34、設(shè)定指示器初始時刻指示方向并通過指示器實時指示方向角度得到方向旋轉(zhuǎn)矩陣；

35、通過方向旋轉(zhuǎn)矩陣和指示器初始時刻指示方向得到指示器實時指示方向位置；

36、通過姿態(tài)器的實時姿態(tài)角度，得到姿態(tài)旋轉(zhuǎn)矩陣；

37、通過指示器實時指示方向和姿態(tài)旋轉(zhuǎn)矩陣得到真實指示方位。

38、第二方面，本發(fā)明還提供一種飛行員空間方位訓(xùn)練系統(tǒng)，用于執(zhí)行上述任一項所述的飛行員空間方位訓(xùn)練方法，包括：第一六軸傳感器、第二六軸傳感器、姿態(tài)器、指示器、執(zhí)行器和終端；

39、所述第一六軸傳感器和第二六軸傳感器固定設(shè)置在訓(xùn)練空間內(nèi)，用于構(gòu)建構(gòu)建空間坐標(biāo)系；

40、所述執(zhí)行器用于在所述空間坐標(biāo)系根據(jù)所述運(yùn)動控制指令生成指定目標(biāo)源；

41、所述姿態(tài)器位于飛行員的頭部，用于獲取初始姿態(tài)位置和根據(jù)所述指定目標(biāo)源確認(rèn)姿態(tài)方向位置；

42、所述指示器位于所述飛行員的手部，用于獲取初始方向位置和根據(jù)所述指定目標(biāo)源確認(rèn)指示目標(biāo)位置；

43、所述第一六軸傳感器、第二六軸傳感器、執(zhí)行器、姿態(tài)器和指示器均與所述終端連接，所述終端用于對所述姿態(tài)方向位置和所述指示目標(biāo)位置進(jìn)行方位解算，以及顯示解算后所得到的目標(biāo)源真實指示方位。

44、可選的，所述指示器上設(shè)置有指示目標(biāo)位置確認(rèn)按鈕。

45、可選的，所述第一六軸傳感器、第二六軸傳感器、姿態(tài)器和指示器通過藍(lán)牙或wifi與所述終端連接。

46、實施本發(fā)明上述技術(shù)方案中的一個技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點或有益效果：

47、使用兩個固定在訓(xùn)練空間內(nèi)的六軸傳感器作為空間坐標(biāo)系，為姿態(tài)器和指示器提供空間方位，并通過融合算法實時解算飛行員的頭部姿態(tài)和指示方向，極大提升了訓(xùn)練過程中飛行員感知的空間方位數(shù)據(jù)的精度，使得飛行員在訓(xùn)練過程中實現(xiàn)實時快速響應(yīng)并記錄指示數(shù)據(jù)。能夠?qū)w行員在訓(xùn)練過程中的主觀方位判斷轉(zhuǎn)化為精確的客觀數(shù)據(jù)，能夠滿足負(fù)載的飛行訓(xùn)練和實驗需求，并為提高飛行員定向與態(tài)勢感知訓(xùn)練的科學(xué)性提供了保障。