FlightGear与FPGA的直升机飞行仿真系统研究

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在直升机研究领域,视景仿真系统有着十分重要的应用。本课题旨在利用FlightGear视景软件研究开发一套功能完善、体系完整的直升机视景飞行仿真系统,研究探讨适用于直升机开发的视景仿真系统建设方法。论文以FightGear视景仿真软件为基础,选取合适的三自由度直升机仿真设备,建立起高效的内部通信体系;实现了半物理仿真设备飞行姿态数据与协议解析处理模块、FlightGear视景模拟软件间的数据通信,完美满足工程实践需求。首先,研究了视景仿真系统内部通信链路体系原理。提出并自主制定了内部通信协议,包括三自由度直升机仿真设备与FPGA数据协议处理模块间的通信协议(通信协议1)以及FPGA数据协议处理模块与Simulink接口模块间的通信协议(通信协议2)。协议均采用自定义数据帧格式编码结构实现,由数据帧引导码、数据帧识别码、有效数据、数据帧尾四部分组成。视景仿真系统内部通信协议的制定,通信链路体系的建立为直升机视景仿真系统的建立提供了坚实的基础。其次,研究了通信协议的解析方法及其FPGA硬件实现。针对自主制定的系统内部通信协议,提出“滑动窗口”寻址数据帧头地址的协议解析原理。此种解析方法效率高、实时性强,工程应用效果理想。同时,将协议解析的“滑动窗口”思想转化为FPGA硬件解析模块的物理实现,高速高效的对特定编码结构的数据帧进行协议解析算法处理,还原数据效果理想,为视景仿真系统的实现提供了有力保障。最后,讨论了直升机视景仿真系统的连接与实现。综合视景飞行仿真技术相关研究结果以及仿真实验效果,验证了本课题所提出的系统内部通信链路体系的正确、有效;检测了FPGA数据协议解析模块的功能,成功验证了本设计所提出基于FlightGear软件的直升机视景仿真方案的正确性与可行性。该视景飞行仿真系统可广泛应用于飞行器模型建立以及控制器设计相关研究领域,能够为飞控系统的数据分析研究提供生动直观的三维效果显示环境,应用前景广泛。
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