2016年第10期
SCIENTIST 5
空中领航仿真实验室建设是为空中领航课程实践教学而全面展开的，为满足课程标准要求，提供必要实
践教学环境。通过实验教学，使学员掌握领航基本理论、熟练使用领航仪表、熟悉领航工作过程、养成良好的工作作风和习惯。领航仪表是领航数据的显示窗口，为飞行员提供引领飞机航行所需要的高度、速度、航向、各方位角等领航信息，是领航仿真实验的重要组成部分。建设领航仪表，若全部采用真实的航空仪表装备，仿真度好，但成本高、维护工作量大，容易损坏；采用虚拟航空仪表，易于维护，成本低，但仪表的真实度欠佳，无法实现按钮、旋钮功能。本文就常见的领航仪表提出了一种“虚实”结合的设计思路和实现方法。
1 总体设计吉林地震局
领航仪表主要显示的是领航相关信息，因此选取
的主要仪表有高度表、速度表、陀螺磁罗盘、无线电罗盘、领航时钟、地平仪、升降速度表；考虑到空中领航实践教学的基础性、完整性要求，必需将常二、三代机相关仪表加入其中，这样又选取了航向位置指示器和综合显示器两种仪表。
综合考虑到总体硬件成本、维护成本和教学实验对领航仪表的真实性需求，计划采用“虚实”结合的方法来实现领航仪表。领航仪表板由前后两部分组成，后面为普通的显示器，前为仪表的挡板。显示器显示的为“虚”的部分，用来显示仪表的指针、刻度、指示窗口等，用软件来实现，核心技术主要有模拟PID 控制、UDP 技术、OpenGL ；仪表板为“实”的部分，用来表示仪表的表盘、按钮、旋钮等，用硬件来实
现，核心技术主要有虚拟装配、3D 打印、激光切割。
2 仪表板制作2.1 仪表盘
仪表板主要参考真实飞机仪表板进行设计，主体
为黑电喷涂1mm 厚钢板，上面按每一块仪表实际仪表
尺寸，切割出表盘大小一致的显示窗口，如图1
所示。显示窗口边缘采用3D 打印技术打印仪表盘立体模型，由AB 胶固定于钢板。对于配有按钮、旋钮的仪表，在对应的位置开孔，用于固定按钮、旋钮。
图1 仪表板正面
2.2 按键、旋钮及电路
仪表板按键包括2个领航时钟按钮、1个陀螺磁螺盘的协调按钮、20个多功能显示器按钮。旋钮包括1个高度表气压设定旋钮和1个航向位置指示器航向预置旋钮。按钮、旋钮本身按1:1的比例，打印成型。旋钮、按钮分别与开关量传感器、模拟量传感器相连
，
汇总至主控电路，经USB 接口，连接至计算机，如图2所示。
图2 仪表板反面
空中领航仿真实验室中领航仪表的设计与实现
徐振东，林 强，张 军
空军航空大学航空理论系，吉林长春 130062
摘 要 在空中领航仿真实验室的建设中，学员实验台能够为学员提供真实的座舱外景和主要领航仪表，可对空
中领航教学中的主要领航知识点进行模拟实验，满足实践教学需求，有助于飞行学员领航技能的培养。本文主要研究空中领航仿真实验室中实验台的主体部分——领航仪表的设计与实现。关键词 空中领航；仿真实验室；GL Sstudio ；领航仪表
中图分类号 V2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2016）10-0005-02
基金项目：吉林省教育厅“十二五”科学技术研究项目（吉教科合字[2013]第519号）。作者简介：徐振东，
副教授，硕士生导师，研究方向为虚拟现实技术。 林强，讲师，研究方向为导航制导与控制。 张军，讲师，研究方向为空中领航。
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图3 仪表板衫板
2.3 装配
多功能显示器周边按钮嵌入在底座中，对应的开关量传感器焊接在电路板，并固定于底座，其他按钮、旋钮通过安装孔固定于仪表板。为防止仪表板背面电路直接接触后面的显示器，在仪表板与显示器之间
加装一层仪表板的衫板，如图3所示，并用螺钉与仪表板固定在一起，起到保护显示器的作用。
3 领航仪表模型建立
3.1 领航仪表结构框架
领航仪表由领航时钟、空速表、地平仪、升降速度表、陀螺磁螺盘、多功能显示器、高度表、航向位置指示器和无线电罗盘构成。领航仪表子系统组成结构如图4所示，其中多功能显示器周围共20
个设定按钮。
图4 领航仪表结构框架
3.2 开发过程
主要采用GL Sstudio软件工具进行领航仪表开发：1）创建纹理。采用高分率数码相机拍摄主要机型的仪表板，对拟采用的领航仪表进行技术处理作为纹理。用常用图片处理软件，去掉图中的背景，将仪表中活动的部件全擦除，例如指针、指示窗、可转动的表盘等等，同时对亮度、对比度进行调整，保存为纹理图片，保存格式为PNG。
2）创建仪表模型。在GL Studio软件的图形设计器中创建仪表模型，用鼠标直接拖拽生成所需的模型。为创建的仪表模型纹理贴图，在属性框中对纹理进行大小变动、旋转角度等操作，辅以灯光和阴影，让模型更加真实、自然。
3）软件开发。采用GL Studio软件提供的旋转、移动等函数，为仪表模型添加属性、方法和变量以实现对仪表控制。利用GL Studio的代码生成器将仪表模型转换成OpenGL源代码。在Microsoft Visual Studio．NET 2003编译环境下对仪表进行编译生成独立的动态链接库（DLL）。
4 实验仿真数据分析
处理器采用Intel酷睿i5 4590CPU，3.3Ghz，4G 内存；显卡Geforce 7700；显示器21.5英寸。在VC++7.0环境下开发的领航仪表板如图5所示。通过系统显示表明：当飞行器在三维地景中飞行，飞行
员通过键盘调整高度、速度、航向，高度从50m至150000m、速度从200km/h至1 200km/h变化时，仪表模型的载入、显示、转动对系统的开销较小，系统延迟小于l帧／秒，且平均帧率在30fps以上，达到实时仿真要求，满足交
互仿真的需要。
图5 显示的领航仪表
5 结论
研发领航仪表显示系统主要是为了空中领航仿真实验室的学员实验台建设，完成空中领航课程实践教学环节，在地面上对飞行学员进行领航仿真训练，加强其对各知识点的理解，掌握领航仪表的认读及使用，
为实际空中领航实施做好准备；同时也能缩短飞行学员空中训练的时间，节约训练经费。
参考文献
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