具有信息顯示界面設計測試功能的飛行模擬系統技術方案

本發明專利技術提供了一種飛行模擬系統，其實驗臺的組成包括駕駛臺硬件系統、飛行任務仿真系統以及人機工效測評系統三部分。該人機工效測評實驗臺將對信息顯示界面工效測評與傳統的飛行任務仿真這兩項功能進行了集成。通過將飛機座艙信息顯示界面設計方案載入該飛行模擬系統，并令測試人員在模擬飛行后，利用人機工效測評系統對信息顯示界面設計方案進行測評，從而對飛機座艙信息顯示界面的適人性做出評定。利用該人機工效測評實驗臺，可以提高飛機座艙信息顯示界面的設計質量，縮短研制周期，降低開發成本。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種具有信息顯示界面設計測試功能的飛行模擬系統。
技術介紹
隨著航空工業的發展，越來越多的新型顯示技術開始運用到飛機座艙信息顯示界面的設計中，隨之產生的人機匹配問題也日益引起航空工效學界的關注。不良的信息顯示界面設計(如不合理的信息編碼方式或布局方式)可能增加飛行員的視覺疲勞，改變飛行員的注意力分配策略，進而可能影響到信息獲取的速度與精度。因此，研究如何從人機工效學角度對信息顯示界面的設計方案做出合理測評，具有重要意義。為了解決飛機座艙信息顯示界面設計測評面臨的問題，國內外學者開展了多項相關研究。但現有研究大都是在實驗室的靜態條件下，抽取或設定飛行過程中的某些環節，通過在單一顯示器上建立仿真模型而展開測評。這種抽象模擬的過程與飛行員在實際飛行時從信息顯示界面上獲取信息并做出反應判斷的過程有很大差異，因此測評的信度是有限的。由于飛行活動的復雜性和危險性，這類測評的實際效用需要通過現場驗證以確定是否適用于現實的飛行環境。但在真實的飛機上進行這種現場測評的代價是昂貴的，也是危險的。飛行模擬器的出現在精心控制的實驗室研究與真正的航行之間建起了橋梁。發展至令，飛行模擬器在沉浸感、交互性等方面已發展得比較完善。但是，目前的飛行模擬器主要用于飛行訓練或了解特定的飛行工況(如過載對人體生理影響等)，缺乏既能模擬飛行過程又能對信息顯示界面設計進行工效測評的綜合功能。
技術實現思路
根據本專利技術的一個方面，提供了一種飛行模擬系統，其特征在于包括：駕駛臺硬件系統，用于模擬飛機座艙的物理環境；飛行任務仿真系統，用于對飛行狀態與飛行環境進行實時動態仿真；人機工效測評系統，用于對座艙的信息顯示方案進行測評。根據本專利技術的另一個方面，提供了一種用于飛行模擬系統的信息顯示界面模擬系統，其特征在于包括：加載信息顯示方案子模塊，用于對待測評的飛機座艙信息顯示界面方案進行加載；仿真循環子模塊，用于進行仿真循環；飛行任務結束判斷子模塊，用于判斷飛行任務是否結束；飛行數據讀取子模塊，用于在所述飛行任務結束判斷子模塊判定飛行任務未結束時讀取飛行數據；顯示信息繪制子模塊，用于根據待測評的信息顯示方案繪制顯示信息，并控制信息顯示界面數據的實時變化及指針偏移；信息顯示界面子模塊，用于顯示所述顯示信息。-->附圖說明圖1為本專利技術的硬件結構組成示意圖；圖2為本專利技術的飛行動力學系統模塊工作流程圖；圖3為本專利技術的視景模擬系統模塊工作流程圖；圖4為本專利技術的信息顯示界面模擬系統模塊工作流程圖；圖5為本專利技術的信息顯示界面模擬系統模塊中的加載信息顯示方案子模塊工作流程圖；圖6為本專利技術的信息顯示界面模擬系統模塊中的繪制顯示信息子模塊工作流程圖；圖7為本專利技術的人機工效測評系統工作流程圖；圖8為本專利技術的整體系統構成圖。具體實施方式為提高飛機座艙信息顯示界面的設計質量，縮短研制周期，降低成本，本專利技術提供了一種具有飛機座艙信息顯示界面設計測試功能的飛行模擬系統。該飛行模擬系統除了能夠用于飛行模擬，還能夠對信息顯示界面的設計方案進行工效測評。根據本專利技術的一個實施例的一種具有飛機座艙信息顯示界面設計測試功能的飛行模擬系統，包括(見圖8)：駕駛臺硬件系統(1)；飛行任務仿真系統(2)；人機工效測評系統(3)。其中，如圖1所示，駕駛臺硬件系統(1)包括座艙外殼(101)、多臺液晶顯示器(102-106)、左輔助操縱臺(107)、座椅(108)、油門桿(109)、駕駛桿(110)及腳蹬(111)組成。多臺液晶顯示器(102-106)包括一臺用于顯示視景和平顯信息的液晶顯示器(102)以及多臺實現前上方顯示(UFD，Up-FrontDisplay)與多功能顯示(MFD，Multi-Function?Display)的觸摸屏(103-106)。如圖2至4所示，飛行任務仿真系統(2)包括飛行動力學系統模塊(21)、視景模擬系統模塊(22)以及信息顯示界面模擬系統模塊(23)；飛行任務仿真系統(2)的一部分或全部可以用計算機程序實現。其中，飛行動力學系統模塊(21)用于計算飛機的位移和姿態變化，以模擬飛機飛行的全過程；視景模擬系統模塊(22)用于模擬飛機仿真模型、機場及其附近的地形(如丘陵、公路、城鎮及湖泊樹木等)，完成對飛機飛行狀態與飛行環境的實時仿真，并將其顯示在駕駛艙前方的32英寸顯示器(102)上；信息顯示界面模擬系統模塊(23)用于模擬并加載待測評的飛機座艙信息顯示界面設計方案。飛行任務仿真系統(2)預留了人機工效測評接口，通過該接口，可將已設計好的待測評的飛機座艙信息顯示界面設計方案模型載入平顯(102)或任一臺多功能顯示器(103-106)并進行顯示。人機工效測評系統(3)用于對所加載的飛機座艙信息顯示界面的設計方案進行測評。人機工效測評系統(3)提出一種用于測評飛機座艙信息顯示界面設計的新方法，以使飛機工程樣機制造之前，及時引入用戶進行評估，盡可能的減少設計反復。人機工效測評系統(3)的基本原理是通過擇近原則對待測評的飛機座艙信息顯示界面方案進行模式識別。模式識別解決的是在某類事物中有若干標準模型，而應將這類-->事物中的一個具體對象歸為哪一種模型的問題。對信息顯示界面進行工效測評的主要目的是為了明確其在多大程度上符合現有標準，因此將其歸為模式識別問題。首先根據有關標準(軍標、航標、國標、相關文獻和航空部門有關專家的知識等)建立測評指標體系，并根據測評指標來對顯示系統性能進行分級，作為標準模型庫；然后根據模糊理論構建模式識別數學模型；將所要測評的飛機座艙信息顯示界面方案作為待識別對象，使用擇近原則來進行模式識別。使用該人機工效測評系統的具體程序是：選定某一具體的飛行任務仿真(起飛、巡航或降落)作為測評背景，測試人員通過所加載的飛機座艙信息顯示界面獲取飛行信息，完成飛行模擬任務。之后通過人機功效測評系統對飛機座艙信息顯示界面的設計方案進行適人性測評，并將綜合測評結果反饋用戶。人機工效測評系統(3)采用模糊模式識別方法來對信息顯示界面設計方案的合理性進行測評。作為一個實例，把飛機座艙信息顯示界面的設計水平劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ5個等級。其中，等級Ⅰ代表“設計水平滿足要求，不需要改進”；等級Ⅱ表示“設計水平基本滿足要求，有少許缺陷”；等級Ⅲ代表“設計水平有缺陷，需要部分改進”；等級Ⅳ表示“設計水平有較大缺陷，需要較大改進”；等級Ⅴ表示“設計水平完全不符合要求，需要重新設計”。在顯示信息的可飛性、儀表形狀的適人性、字符設計的可讀性、信息布局的合理性和顏色匹配的舒適性等5個測評指標上，按上述Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ5個等級來確定。其中，“顯示信息的可飛行”指顯示信息內容是否足夠充分，是否有助于飛行員判斷控制飛機；“儀表形狀的適人性”指表盤大小、刻度間距、刻度標記、刻讀方向、指針數量、指針形狀；指針長度、指針寬表盤大小、刻度間距、刻度標記、刻讀方向、指針數量、指針形狀；指針長度、指針寬度、指針運動速度等的設計是否使人感覺舒適；“字符設計的可讀性”指圖形、文字和數字等信息的顯示格式能否使飛行員快速、準確的獲取需要的信息；“信息布局的合理性”指不同信息的呈現位置是否便于飛行員獲取；“顏色的匹配性”指顯示界面的顏色搭配是否有利于信息的獲取，是否使飛行員感覺舒適。表1為量化后得到的標本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種飛行模擬系統，其特征在于包括：駕駛臺硬件系統（１），用于模擬飛機座艙的物理環境；飛行任務仿真系統（２），用于對飛行狀態與飛行環境進行實時動態仿真；人機工效測評系統（３），用于對座艙的信息顯示方案進行測評。

【技術特征摘要】
1.一種飛行模擬系統，其特征在于包括：駕駛臺硬件系統(1)，用于模擬飛機座艙的物理環境；飛行任務仿真系統(2)，用于對飛行狀態與飛行環境進行實時動態仿真；人機工效測評系統(3)，用于對座艙的信息顯示方案進行測評。2.如權利要求1所述的飛行模擬系統，其特征在于所述飛行任務仿真系統(2)包括：飛行動力學系統模塊(21)，用于計算飛機的位移和姿態變化，以模擬飛機飛行的過程；視景模擬系統模塊(22)，用于完成對飛機飛行狀態與飛行環境的實時仿真，并將其顯示在駕駛艙前方的顯示器(102)上；信息顯示界面模擬系統模塊(23)，用于模擬并加載待測評的飛機座艙信息顯示界面設計方案。3.如權利要求2所述的飛行模擬系統，其特征在于所述信息顯示界面模擬系統模塊(23)包括：加載信息顯示方案子模塊(231)，用于對待測評的飛機座艙信息顯示界面方案進行加載；仿真循環子模塊(2207)，用于進行仿真循環；飛行任務結束判斷子模塊(232)，用于判斷飛行任務是否結束；飛行數據讀取子模塊(233)，用于在所述飛行任務結束判斷子模塊(232)判定飛行任務未結束時讀取飛行數據；顯示信息繪制子模塊(234)，用于根據待測評的信息顯示方案繪制顯示信息，并控制信息顯示界面數據的實時變化及指針偏移；信息顯示界面顯示子模塊(235)，用于顯示所述顯示信息。4.如權利要求3所述的飛行模擬系統，其特征在于所述加載信息顯示方案子模塊(231)進一步包括：ADF應用文件創建子模塊(2311)，用于創建一個用Lynx定制的ADF應用文件；多通道顯示子模塊(2312)，用于利用Vega的多通道功能在所述ADF應用文件中設置外景通道和駕駛員通道的多通道顯示，并且這兩個通道之間可以通過按鍵進行互相切換；駕駛員通道子模塊(2313)，用于模擬駕駛員在飛機座艙內透過擋風玻璃觀察到的外景場景；外景通道子模塊(2314)，用于顯示外景和飛機；駕駛員通道的仿真子模塊(2315)，用于接收加載的已設計好的待測評的飛機座艙信息顯示界面方案(2316)并進行相應的仿真；以及相關屬性設置子模塊(2317)，用于設置其它相關屬性。5.如權利要求4所述的飛行模擬系統，其特征在于：所述外景通道和駕駛員通道之間可以通過按鍵操作進行互相切換，所述外景通道是一個輔助顯示通道，可以通過這個通道觀察飛機的具體位置和姿態。6.如權利要求3所述的飛行模擬系統，其特征在于所述繪制顯示信息子模塊(234)包括：Vega應用程序子模塊(2341)，用于在Visual?C++中建立基于MFC的Vega應用程序，CALLBACK回調函數添加子模塊(2342)，用于在Vega應用程序(2341)的視類結構中添加類實例級別的CALLBACK回調...

【專利技術屬性】
技術研發人員：莊達民，完顏笑如，張磊，魏蘅陽，馬春霞，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]