训练用飞行仿真器视景显示系统研究

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1、训练用飞行仿真器视景显示系统研究训练用飞行仿真器视景显示系统研究2010年08月19日星期四下午01：19李明忠毕长剑张双建牛敦金(空军指挥学院作战模拟中心北京100089摘要：训练用飞行仿真器视景显示统是飞行员获取信息的主要窗口，其性能指标的高低直接影响到飞行仿真器性能和模拟训练效果。本文围绕这一关键子系统，阐述了其分类、不同类型显示系统的组成、显示原理及特点，并通过对现代战争背景下飞行任务训练对视景显示系统要求的分析，提出了训练用飞行仿真器视景显示系统方案选择方法。飞行仿真器视景显示系统实像虚像1引言视景显示系统是飞行仿真器的重要组成部分，其主要功

2、能是将图像生成设备生成的图形图像通过一定的显示装置显示给飞行员，它是飞行员获取飞行中有用信息的主要窗口。视景显示系统显示的真实与否，直接关系到飞行员能否对景象做出正确的判断，从而能否及时准确地做出相应的反应，并最终影响到模拟训练的效果。该系统相对于飞行仿真器的其他系统而言，造价高、设备昂贵，在有限的研制经费范围内，权衡不好会直接影响到设备的综合性能。因此，视景显示系统的方案选择问题也是飞行模拟器设计和研制中要重点考虑的问题。2视景显示系统的分类视景显示系统的分类方法很多，按投影方式的不同，可分为正投视景显示系统和背投视景显示系统；按系统投影屏幕结构形状

3、的不同，又可分为圆球形视景显示系统、平面视景显示系统等。但这些分类方法，难以有效地反映出不同类型视景显示系统之间最本质区别。最为有效的分类方法，是根据显示成像的特征和原理不同，将其分为实像显示和虚像显示两大类，本文按该分类的方法进行论述。3实像显示系统的类型及特点根据物理学定义，实像是由实际光线汇合在一起所成的影像,可以显现在屏幕上。实像显示系统一般光路比较简单，直接通过投影设备将图像投射到显示屏上，其最大缺点就是缺乏立体感和纵深感。目前，比较常见的实像显示方式，有平面窗口式、球形幕显示、模拟球视景显示系统三种类型。3.1平面窗口式显示平面窗口式显示系

4、统，是实像显示中最为简单的一种，直接把图像投在显示屏幕上，基本没有立体感和纵深感。常采用的显示屏幕有显示器、电视机、投影屏等。这种类型显示系统，一般在用于熟悉飞机基本操作的练习器、大型飞行仿真系统的对手席上比较常见。3.2球形幕实像显示球形幕实像显示系统是比较常见的一种显示方式，在我国自行研制的许多大型歼击机飞行模拟器及飞行指挥训练模拟器上都采用了这种显示系统，技术已经非常成熟。该类型的显示系统，使用涂有光学涂料的大直径球形屏幕作投影屏，可以有效解决实像显示缺乏立体感和纵深感的问题。而且球形屏幕直径越大，显示图像的立体感和纵深感就越强。一般在实际应用中

5、，球形屏幕的直径都选在6m以上，并通常利用多通道拼接技术或头位跟踪技术来形成大视场，视场角水平可达360°、垂直可达180°。对目标的投影显示有两种方式：一种是将目标和背景分别投影；另一种是利用图像处理技术，将目标图像融合到背景中后再进行投影显示。典型的球形幕实像显示系统结构如图1所示。由于投影屏幕为曲面，图像畸变大，需要选用畸变调整功能强的投影器作为投影设备。3.3模拟球视景显示系统模拟球视景显示系统，国内有学者称为多通道平面板块结构，是近几年发展起来的一种新型显示系统。典型模拟球视景显示系统结构如图2所示，它一般由树脂背投幕、固定支架、投影器及其附

6、属设备组成，将多块平面树脂背投幕拼接构成一个完整的空间立体结构，通过投影设备以背投方式将图像投射到该立体结构的各面上，它是CAVE系统的变形。根据视景空间立体结构的形状不同，模拟球显示系统分为普通形和足球形两种。足球形每一屏幕为4~6个边，每屏均为平面屏，然后将众多平面屏(3~12)拼接成为球形，从外部看上去宛如一个足球。普通形一般为正方体、空间梯形体。背投球是该类型显示系统下一步的发展方向。模拟球视景显示系统，由于其各投影面均为平面，图像畸变小，分辨率高，图像清晰，视场宽阔，水平视场角可达360°，垂直视场角可达180°，特别适合战斗机飞行模拟器选用

7、。若再配以立体视景计算和显示技术，显示的图像也可具有很强的空间立体感、纵深感，能达到虚像显示的效果。在美国F-15、F-16、JAS-39等喷气式战斗机飞行模拟器和我国自行研制的某型第三代战机全任务飞行模拟器上，均采用了该类型的显示系统。但由于其拼接面多，该类型的显示系统调整复杂，需要专用的校准系统。4虚像显示系统的类型及特点虚像是光的反射延长线会聚而成的像，不能用显示屏承接，具有纵深感强的特点。采用虚像显示的系统主要有三种类型：同轴虚像显示系统、旁轴虚像显示系统及头盔显示。虚像显示示意图：4.1同轴虚像显示同轴虚像显示系统，由CRT显示器、分光镜和球

8、面准直镜组成，如图3所示。CRT显示器显示各通道图像，其数目由通道数决定，一般为三个。球面准直