基于FlightGear飞行仿真软件数据的采集与处理_图文

基于FlightGear飞行仿真软件数据的采集与处理_图文


2024年5月16日发(作者:iphone4s在2022年还能干什么)

第19卷 第24期 

Vo1.19 

No.24 

电子设计工程 

Electronic Design Engineering 

2011年l2月 

Dec.2011 

基矛FlightGear飞行仿真软件数据的采集与处理 

王立波,张复春,高文琦,易龙龙 

(中国人民解放军空军航空大学航空理论系,吉林长春130022) 

摘要:介绍了FlightGear飞行模拟软件的总体结构、各模块之间的关系和运行流程。通过FlightGear启动时栽入预先 

设置好的XML配置文档,实现了对模拟飞行数据的读取和保存,并建立数据评价模块对采集的数据进行处理,按照 

定规则计算出模拟飞行的成绩。通过采集到的飞行数据计算出的飞行成绩.可以帮组辅助评估飞行模拟训练的质 

量和飞行考核。具有实用价值。 

关键词:FlightGear;飞行仿真;评估模型;数据采集 

中图分类号:TP391.9 文献标识码:A 文章编号:1674—6236(2011)24—0053—05 

Data acquisition and processing based OH FlightGear simulator software 

WANG Li-bo,ZHANG Fu—chun,GAO Wen-qi,YI Long—long 

(Department ofAviation Theory,Avitiaon University ofAirForce,Changchun 130022,China) 

Abstract:The FlightGear software is introduced including the general structure,the relationship between the various modules 

and oper ̄ion process.By predefined loading the XML configuration document when the FlightGear starts,achieve reading 

and save the data of simulated lfight,and establish the data evaluation module to process the collected data,and calculate he t

simulated lfight grades according to certain rules.Rely on he coltleced flight data calculated lfight grades,it call help auxiliary 

lfight simulator training evaluation of quality and flight assessment,which has practical value. 

Key words:FlightGear;flight simulation;evaluation model;data acquisition 

军事模拟飞行训练是当今世界空军提高飞行训练效果 

的一种必然趋势。所谓军事模拟训练,是在由模拟训练器/系 

系如图l唧所示。 

统实现模拟作战环境、作战过程和武器装备的作战效应下, 

所进行的严格军事训练或军事作战演习或战法研究演练的 

全过程【”。FlightGear是一个开源的飞行模拟软件,由Curt 

Olson开发设计并发布到互联网供大家学习使用嘲。大多数商 

业用的飞行模拟器收费都很高,Curt Olson开发FlightGear的 

目的正是为发展价格低廉但功能强大的飞行模拟器,建立一 

个先进的飞行模拟框架用于学术研究,免费提供给用户使 

用。FlightGear的源代码对于任何人都是公开和可修改的,在 

二次开发方面做的非常友好。不需改动代码重新编译就可以 

满足大部分开发上的需要。大大降低非开发工作的额外开 

图1 FlightGear主要组件关系 

Fig.1 Main component relationship in FlighteGear 

销。所以可以根据自己的需求做进一步开发,这样既能利用 

FlightGear自身的强大功能,又可以满足个性化需要。 

FlightGear作为一个通用的飞行模拟系统。结构组织非 

常复杂,各个系统不是独立基于FlightGear飞行模拟系统研 

究的,而是相互之间有联系并且互相支持的。FlightGear使用 

SimGear作为仿真引擎,通过P1ib包实现跨平台、网络通信等 

FlightGear以其强大的功能和开放式源代码的优势得到越来 

越多的客户和游戏爱好者的青睐,也逐渐成为科学研究的首 

选模拟仿真软件。 

功能,使用OpenAL提供声音效果。使用OpenGL进行图像处 

理。FlightGear主要包括动力学系统、飞行器模块、时间系统、 

1 FljghtGear飞行模拟软件总体结构 

FlightGear是一款大型的功能强大飞行模拟软件。其中 

视景系统、音效系统、控制系统、坐标系系统、平显分系统、日 

志分系统等。各模块之间的关系如图2所示。 

集成了许多轻量级开源软件。FlightGear使用的主要组件关 

收稿日期:2011-10一l1 稿件编号:2011lo039 

FlightGear是通过C++语言开发的。具体的运行过程如图 

3H所示。 

作者简介:王立波(1982一),男,吉林东丰人,硕士研究生。 

研究方向:智能检测与控制。 

—.

53—. 

《电子设计工程)2011年第24期 

载菜单用于对仿真环境进行配置和调节。 

2 XML配置文档 

在FlightGear软件系统中大量的使用了XML文档作为 

配置文件。用于定义系统运行环境、外界数据(包含云层、地 

形等)以及各类飞行器的载入及配置等等。 

XML(Extensible Markup Language可扩展标记语言) 是 

W3C(World Wide Web Consortium)组织提出的Web上数据 

表示和数据交换的标准 ,是万维网联盟(W3C)创建的一组 

规范.用于在Web上组织、发布各种信息。XML主要有两类 

作用:第一类作用是作为元标记语言,定义各种实例标记语 

图2 FlightGear各模块之间的关系 

Fig.2 Relationship between the Val ̄OUS modules in FligterGear 

言的标准;第二类作用是作为标准交换语言,担负其描述交 

换数据的作用。在信息世界中 XML担任着“国际语言”的重 

要角色.是互联网上和企业间交换和发布数据的主要互操作 

标准。它即可以满足迅速增长的网络应用的需求,还能够确 

保在通过网络进行交互操作时,具有良好的互操作性与可靠 

性。XML以其数据和表现相分离的特性和强大的数据表达能 

力,已经成为互联网和数据库的桥梁。XML的特点如下表1 

所示。 

读取显卡参数 

初始化Plb的SSG 

注册并执 

主循环l 

取飞行器信息 

初始化助航系统,加载数据 

L厂赢—

窗 

口 

 

 

读取配置文件,初始化地 

初始化3D飞行器模型 

初始化天空模型 

再 

XML的诸多特点和优点,使它适合表现许多复杂的数据 

关系.有利于不同系统间的信息交流。因而可以充当网际语 

绘 

制 

更新各系统 

初始化动力学模型 

设置OpenGL参数,更新时间 

结柬 

言,成为数据和文档交换的标准机制。 

3飞行数据的采集和处理 

飞行模拟软件的飞行数据有着很重要的作用和价值,可 

以帮助分析飞行动力学模型设计的是否合理,辅助评估飞行 

模拟训练的质量和飞行考核,可以帮组飞行训练人员检查自 

己的飞行轨迹、飞行状态,并通过采集记录的数据驱动视景 

系统来会回看自己的飞行情况。所以无论真实飞行和模拟飞 

行,飞行数据的实时采集都是必不可少的。 

1)飞行参数的采集和记录 

虽然FlightGear在模拟飞行时可以产生大量飞行数据, 

初始化结束,注册执行循环2 

图3 FlightGear的运行流程 

Fig.3 Operational scheme of FlightGear 

FlightGear运行流程里面主要包括2个主循环,主循环l 

读取配置文件后,通过Idle—state参数的迭代完成各模块的初 

始化工作。主要包括加载数据、飞行器模型、动力学模型、环 

境模型、SSG模块、OpenGL参数的初始化。循环1的窗13系 

统主要完成启动界面的渲染。 

主循环2负责运行过程中的系统的更新,是整个运行程 

序的主体。此时的窗口系统主要完成视景系统的渲染,并加 

但是FlightGear本身并没有提供数据的对外输出,一些重要 

的数据可以在飞机座舱的仪表和平视显示器上可以看到。在 

表1 XML的特点 

Tab.1 The character 0f ML 

特点 简介 

使用有语义的标记 

数据语义与显示方式分离 

标记(tag)是标记语言中用来标注内容的组件。传统的HTML的标记只能传递字体、换行和表格等编排信息 

给浏览器,而XML使用的标记则有语义.可清楚地向计算机和用户传达数据的语义,并有助于保存文档的结构。 

XML是一个描述数据内容的语言,其本身并不决定数据该如何显示,显示样式从数据文档中分离出来,放 

在样式单文件中,从而增强了显示的灵活性,数据的显示有相应的标准和技术支持。 

XML支持复用文档片断,可由用户根据需要添加标记,也可与他人共享。不同产业亦可在彼此协议的基础 

较好的可扩展性 

上,自由地制定适用的标记。各专业机构、产业界、学术界和金融界均可发展各自的文件格式,并定义标准化的 

方式来显示及交换专业文件。 

XML对语法有严格的要求,所有的XML文件都要经过严格的验证才算完成。XML提供了一个独立的运用 

数据语义与显示方式分离 

程序的方法来共享数据,使用DTD,不同组中的人就能够使用共同的DTD来交换数据。 

XML支持世界上大多数文字,这源于依靠它的统一代码的新的编码标准,这种编码标准支持世界上所有 

以主要语言编写的混合文本。能阅读XML语言的软件就能顺利处理这些不同语言字符的任意组合。因此,XML 

标准国际化 

不仅能在不同的计算机系统之间交换信息,而且能跨国界和超越不同文化疆界交换信息。 

54- 

王立波,等基于FlightGear飞行仿真软件数据的采集与处理 

</logging> 

</PropertyList> 

系统启动之后也可以通过手动打开El志记录功能记录相关 

的数据,但是通过手动打开El志记录界面需要重新添加数据 

的名字和路径,并且系统不会自动记忆,每次重新飞行都需 

要重新输入,还有一点不足就是系统自带的El志记录系统所 

能记录的数据的数量有限的,不能满足数据分析的需求。想 

要随心所欲的获得数据这里有两种方法可以解决。一种是通 

过重新编译FlightGear在Main函数里加入写文件操作.记录 

相关信息。另一种方法是通过xml文档配置相关参数。本文 

以上是保存 轴加速度、地速和高度的XLM配置文件. 

<enabled>true</enabled>定义模拟飞行时启动数据保存:< 

iflename>data.esv</iflename>定义数据保存的名字和格式:< 

interval—ms>l000</interval—ms>定义采集数据的时间间隔。单 

位为毫秒;<delimiter>, 

/del<imiter>定义数据之间的分割符.为逗号:在<entry> 

标签起始和</entry>结束之间就是定需要保存的数据和具体 

路径,<title>x—aecel/t<itle>定义要读取和保存变量的名称.为 

选取载入XML配置文档的方法实现,因为通过XML文档加 

载需要记录的方式很灵活。可以随时添加、删除、修改所需的 

参数,具有良好的扩展性。 

FlightGear通过命令行启动时可以通过命令~co g= 

path( ̄件的路径和文件名)此条命令载人相关配置,如 

配置文件log-config.xml保存在eWrogram FilesWlightGear下, 

则用命令: 。 

一一

config ”C:Wrogram FilesWlightGear ̄log—config.xml”载 

人。通过此方式保存的数据格式为CSV(逗号分隔值文件), 

下面将具体的数据读取和保存方法介绍如下: 

首先建立一个XML格式的文档。根据需要保存的数据 

进行添加相关标签,关联相关变量当程序运行时就会将需要 

的数据保存在指定的文件内。下面以 轴加速度、地速和海 

拔高度为例进行说明: 

<?xml version=”110”?> 

<PropertyList> 

<logging> 

<log> 

<enabled>true</enabled> 

<filename>data.esv</filename> 

<interval— ms>l000</interva1.—ms> 

<delimiter>,</delimiter> 

<entry> 

<enabled>true</enabled> 

<title>x—accel<,title> 

<property>/accelerations/pilot/x—accel--fps sec</ 

property> 

</entry> 

<entry> 

<enabled>true</enabled> 

<title>groundspeed</title> 

<property>/velocities/groundspeed—kt</property> 

/<entry> 

<entu > 

<enabled>true</enabled> 

<title>a]titude</tide> 

<property>/r,osition/a]titude-ft</property> 

/<entry> 

</log> 

轴方向的加速度:<propetry>/accelerations/pilot/x—accel— 

fps—see</property>定义 轴方向加速的的具体路径和单位; 

路径和单位必须和内部存储器保持一致,否则将会出现错 

误。以下两个变量定义方式同上,这里就不在赘述。同理要读 

取和保存其它变量和数据的方法也同上(可以同时保存两个 

相同的数据)。某段飞行时保存的数据(时间、 轴加速度、俯 

仰角、地速、滚转角、俯仰角、航向角)如图4所示。 

112.1 23.54434 l3.84726 317.776 -9.92136 13.84726 286.946 

1l3.092 23.14656 13.44005 327.3022 -10.485 13.44005 256.5812 

114.108 22.77029 13.0517 336.9439 -11.0207 13.0517 256.216 

1l5.108 22.46214 12.69422 346.3412 -i1.5574 l2.69422 255.8361 

1l6.083 21.96725 12.36883 355.3665 -11.9094 12.36883 255.4552 

117.083 21.67557 12.05622 364.5035 -12.4683 12.05622 255.0566 

118.1 21.34655 l1.75723 373.6526 -12.9482 11.75723 254.6423 

l19.1 2o.9l893 11.48063 382.5402 -13.5499 11.48063 254.2307 

120.1 20.8655 11.22224 391.364 -14.292 l1.22224 253.8205 

l21.108 20.50481 10.97142 400.Z12哇 -15.3091 10.97142 253.4045 

122.083 20.00654 10.73497 408.7094 -16.3426 10.73497 252.9943 

123.125 19.9338 10.48401 417.763 -i7.5383 10.48401 252.5476 

12t.11 19.81073 10.24645 426.3097 -19.0306 10.24645 252.1138 

125.117 19.721 g1 9.99443 434.915 -20.9282 9.99443 251.6697 

126.108 19.13832 9.73106 443.5151 -22.9826 9.73106 251.2212 

127.1 19.17574 9.430011 452.2133 -25.5666 9.430011 250.7324 

l28.083 l8.9711 9.076892 460.9585 -29.0628 9.076892 250.2053 

129.083 19.16898 8.638729 470.1499 -33.3483 8.638729 249.6421 

130.092 18.95229 8.089348 479.7491 -38.7618 8.089348 249.052 

131.108 19.26683 7.395774 488.8817 -45.4109 7.395774 248.4644 

132.092 19.46744 6.564292 500.1889 -53.2822 6.564292 247.9526 

133.1 19.15095 5.523798 511.0796 -63.2077 5.523798 247.5625 

134.083 l8.66429 4.333802 521.7066 -74.2742 4.333802 247.3893 

135.1 l7.75834 3.001306 532.2432 -86.5003 3.001306 247.4806 

136.1 16.64707 1.7l6661 541.9645 -98.7829 1.7l6661 247.8487 

137.092 l5.47101 0.584051 550.9536 -110.664 0.584051 248.4216 

138.083 l4.03708 —0.36087 559.3252 -121.655 —0.36087 248.1007 

139.1 12.98518 -1.I311 567.3356 -131.954 -1.1311 249.8069 

140.1 l1.92046 —1.73082 574.735 -i40.685 —1.73082 250.434 

141.092 10.50222 —2.24513 881.5732 —1蚰.072 —2.24513 250.9323 

142.092 9.400224 -2.73334 587.9445 -153.969 —2.73334 251.3151 

143.092 8.302974 -3.21922 593.7681 -159.089 —3.21922 251.6004 

图4飞行数据13志 

Fig.4 Flight data log 

2)飞行数据的处理 

记录和保存的飞行数据可以直接被评价模块调用。评价 

模块的主界面、数据载人和成绩输出界面如图5所示。评价 

模块是以VC++6.0为平台开发的.可以通过载人的模拟飞行 

数据与预定航线数据进行比较.按照一定的规则和权重,计 

算出模拟飞行的成绩.如图6所示。 

通过评价结果中显示不同飞行阶段的飞行成绩和飞行 

变量的曲线,能够很直观的反映出每个飞行阶段的状况。便 

于飞行人员对照检查。 

55- 

《电子设计工程}2011年第24期 

图5流程界面 

Fig.5 Processinterface 

图6成绩和飞行曲线 

Fig.6 Result and flight curve 

评价模块把整个飞行分为起飞滑行、爬升、平飞、降落4 

带的日志记录系统记录数据个数有限的缺点。此方法可以根 

个阶段,可以分别计算出这4个阶段的飞行成绩,最后以不 

同权重求和得出最后的总成绩。评价模块的阶段指标和权重 

据评价模块所需数据。设置配置文件采集和记录所需参数。 

2)通过评价模块载人记录的数据,可以对训练人员进行 

测评得出的成绩,可以作为辅助考核的一项指标。并且可以 

对评价的指标和不同阶段的权重进行设置。满足了对新增机 

型和不同任务的匹配,有很好的扩展性。 

FlightGear以其开源性和灵活性等特点,已经成为众多 

学者学术研究的最佳选择。在未来飞行模拟软件的设计和应 

用中,FlightGear将会得到更多的关注和应用,本文实现的数 

可以自行设置,根据不同机型,不同的飞行任务进行修改调 

整.如图7所示。 

4结 论 

1)通过加载数据采集的XML配置文件,实现了对 

FLightGear飞行模拟软件的数据的采集,解决了FlightGear自 

..

56- 

王立波.等基于FlightGear飞行仿真软件数据的采集与处理 

图7评价系统的设置 

Fig.7 Evaluation system setting 

据采集方式和评价模块的加入将对基于FLightGear设计的 

2003:5852-5758. 

飞行模拟软件有一定的实用价值。 [4】王行仁.飞行实时仿真系gg ̄g[M].北京:北京航空航 

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Bulgin连接器现可提供面向277V应用的更高电压额定值 

Elektorn Technology旗下品牌Bulgin元器件,已经用更高的电压额定值升级了其广受欢迎的、符合IP68等级的Standard 

Buccaneer系列环境密封圆形连接器。此系列中的2芯、3芯、4芯、6芯和7芯版本已经从原有的250 V升级到277 V。此次升 

级将该系列产品的适用性扩展至商业与工业应用,如高架照明和大功率设备。 

Stnadard Buccaneer系列拥有7种不同外形设计,包括柔性线缆连接器、轴向柔性线缆连接器、前面板和后面板安装连接 

器、印刷电路板连接器、螺母l紧压连接器及法兰盘安装连接器等;并提供2芯、3芯、4芯、6芯、7芯、9芯、12芯及25芯等选择。 

其多样化的外壳设计使Standard Buccaneer成为了一种适用于多种应用领域的通用连接器。 

其额定范围从l 50V到12M277Vae/dc.线缆的适用范围从直径3.5 mm到9 mm,同时连接器的简单结构使其不需要借 

助特殊的工具就可以方便地进行安装。 

其附属器件包括:密封保护帽、绝缘保护罩、线缆支撑附件及面板安装后部保护后壳,可以为该系列中面板安装连接器提 

供后面板密封 

Standard Buccaneer已获得UL、CSA和VDE认证。 

咨询编号:201 1241002 

57- 


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