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1实验室拓扑图和席位工作场景
1) 作为科研平台,支持气象环境仿真算法研究,支持WXR探测算法研究,支持其它相关研究。(航太科技指导甲方进行该领域的科学研究,并组织相关科研交流活动。)
图1 实验室布局拓扑图
图2 每个席位的场景
2平台功能
1) 作为科研平台,支持气象环境仿真算法研究,支持WXR探测算法研究,支持其它相关研究。(航太科技指导甲方进行该领域的科学研究,并组织相关科研交流活动。)
2) 作为教学平台,提供气象环境的动态展示,提供WXR原理和功能演示,提供不少于5个故障演练项目。
3) 采用计算机硬件半物理仿真技术和软件技术,提供特定机载气象雷达设备(如CollinsWXR-2100型号)的核心功能、显示画面和控制面板等的仿真界面。
4) 当有多个席位时,系统支持多人同时在线培训。在特定的网络带宽下,运行流畅稳定,画面实时渲染效果良好。
5) 建立交互式VR系统,直观显示机载气象雷达及其主要组成设备的工作原理及实践训练操作所产生的效应。系统虚拟场景画面逼真,易于操作。
6) 提供实飞仿真环境和航空气象条件,动态演示机载气象雷达的工作状态和飞行中故障可能引起的后果,能随操作播放模拟音效、音效逼真。
7) 航空气象环境仿真模块提供不小于1000×1000公里范围内风场和云场动态数据及其三维可视化显示结果,支持湍流、风切变、等特定局部气象环境仿真。
8) 机载气象雷达仿真模块能实时根据飞行位置和状态生成气象雷达回波数据及其显示画面,其告警信息显示方式、雷达控制面板功能及界面与现有机载气象雷达设备一致。实操模拟系统支持良好的教学设计。
9) 飞行控制、气象仿真和机载气象雷达仿真模块能独立运行,并支持二次开发,便于科研人员在此平台上进行科学研究和技术探索。
3 平台性能
1) 运行环境:工作温度15℃~+30℃;相对湿度40~70%.
2) 仿真误差:软件仿真部件外形、位置及显示参数与仿真对象保持一致;软件仿真跳开关外形、位置及动作与实物仿真对象保持一致。
3) 仿真系统内所有设备平均无故障运行时间:不小于2000小时,系统运行故障率小于0.5%;
4) 仿真系统满负载运行时噪音不大于50 dB;
5) 仿真系统计时精度1毫秒
6) 仿真飞行器运动轨迹点更新帧率≥60帧/秒
7) 仿真系统在最大处理能力下的响应速度<0.5秒
8) 最多能同时模拟处理的运动目标数>8个
9) 最多能模拟的气象条件种类>8种
10) 视景系统总体水平视角≥90°
11) 视景垂直视角≥33°
12) 仿真系统的刷新率>60赫兹
13) 颜色深度32位
14) 视景刷新帧率>60帧/秒
15) 视景多采样反走样模板≥8倍
16) 网络连接速率1000Mbps
4 平台组成及其功能
(1) 组成1-仿真航空气象环境激励器
1) 给出基于卫星观测数据反演的大尺度航空气象环境实时仿真基础理论和强对流天气三维数值模拟的高速并行计算方法,探明大范围观测数据和局部精细气象数学模型间的耦合关系。
2) 给出带有大气微物理和大气动力学的综合数学模型,可用于描述小粒子(云滴、冰晶)和大粒子(雨滴、雪花、霰粒、雹块等)的形成、转化和聚合增长的物理规律,对于云和降水粒子形成、增长和转化过程描述较为精细,可用于局部强对流天气过程的数值模拟。
3) 针对航空气象数值模拟建立CPU-GPU异构并行化计算的算法设计框架,充分利用异构平台上主、从处理器独立计算的特性,形成一套适合大规模实时仿真模拟的高速并行处理的关键技术,并支持在此基础之上的进一步科学研究和二次开发。
4) 设定、启动和编辑航空气象场景。
5) 通过网络通信协议对外实时广播气象环境数据。
6) 可支持2小时以上大范围三维风场、云场动态仿真。
(2)组成2-机载气象雷达仿真系统
机载气象雷达仿真系统支持对气象雷达系统功能、工作原理、显示画面的仿真,适于动态展示相关原理和操作流程,具体功能包括:
1) 提供对气象雷达的功能与组成的教学演示模块,并提供三维动态演示的不同航空气象环境对飞行安全的影响。
2) 提供软件仿真气象雷达基本工作原理展示(包括但不限于气象回波显示、地形显示、湍流识别、分切变识别和地杂波抑制等),并保证机载气象雷达设备的仿真原型是国内航空公司现役机型的装机产品。
3) 提供雷达发射、接收电路的基本工作原理动态展示。
4) 提供雷达天线基础原理展示(包括雷达波束、频率、天线外形、伺服机构等部件的三维展示)。
5) 提供雷达显示器及其相关控制面板的仿真,并对相关飞行仪表也进行同步显示。
(3)组成3-简易飞行仿真座舱
简易飞行仿真座舱(飞行控制仿真子系统)通过建立气动力、地面特性、起落架、质量、运动方程、大气环境和特殊环境等模型对飞机地面和空中的全包线特性进行仿真,功能包括:
1) 具备良好的人机交互界面,可通过飞行摇杆等物理设备操纵飞机进行模拟飞行。
2) 提供三维飞行场景显示,可模拟飞行员所看到的座舱外部的景象,动态展示飞机的姿态、位置、高度、速度以及天气等情况。
3) 飞行控制模块应提供6自由度飞行仿真计算,从而支持动态展示飞机穿越特定气象环境时的运动状态。
4) 机外三维飞行场景、飞机运动状态须通过网络通信协议与航空气象环境仿真软件保持动态一致。
5) 提供基本的仿真综合电子仪表系统,显示位置、显示内容、显示方式等均应与特定机型保持一致。
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