基于USB总线的虚拟JL-8飞机特情模拟器的研制

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虚拟仪器(Virtuallnstrument,V1)就是通过计算机加上特定的硬设备,再加上为实现特定功能而编制的软件。在虚拟仪器中硬件不再是系统的主体,它只是在其中实现信号的输入输出,对信号资料的分析、统计和显示等繁杂的工作都交由系统的软件处理。利用计算机处理器高速的运算,可以很快得到结果。并且,任何用户都可以随时根据需求更改软件,使之具有新的功能。目前吉林大学正在积极开展虚拟仪器的研究工作,重点在于研制具有自主知识产权的虚拟仪器软件平台,并开发相应的虚拟仪器设备。 近年来,随着虚拟仪器技术的快速发展,航空界的训练体系也随着发生了很大的变化,首先国内出现了大型的飞行模拟器,为飞行训练的进行提供了良好的机会,但其价格较高,因此在飞行部队很难普及。而本文所论述的“基于USB总线的虚拟JL—8飞机特情模拟器”是利用USB技术结合虚拟仪器通用开发工具,所研制的“简易型”飞行训练模拟器,具有使用方便、效果真实、价格低廉、易于普及的优点。是虚拟仪器技术在飞行训练中得到应用的一个实例,本训练设备可以模拟在真实飞行中无法进行训练的一些特情科目,能使飞行员对可能出现的特情的处置方法有进一步的训练“实践”,对保证飞行安全有较大意义。 此项目的前期已在空军航空大学飞行学院推广使用,前期已报全军科技进步三等奖。后续工作已获新的投资,研制工作正全面展开。 “JL—8飞机特情模拟器”的研制主要分以下三步: 硬件制作、驱动编写和软件制作。 1.硬件编写的制作过程,吉林大学硕士学位论文论文摘要 主要完成一个自制的驾驶杆,当飞行员“驾驶”飞机时,传感器,会将飞 行员的操作(即杆相对于中立位置的位移)通过USB总线传输给wINDOWS 系统。 usB(universalserialBus)是一种快速、方便的计算机总线标准,具有即插即 用、可热插拔、价格低廉、可靠性和功耗低等优越的特性,己成为便携式仪器;微机接口的理想选择。因此,国家十五重大攻关项目子课题“科学仪器通用软 件平台的研究与开发”将USB作为该自主开发的仪器软件开发下台必须支持的 总线标准之一。因此,我将USB总线做为数据传输的首选。 2.驱动程序的编写 usB设备的驱动程序属于windows驱动开发模型(windowsnrive汉ode一, WDM)。wDM来源于windowsNT式驱动程序,并在其中加入了即插即用(PNP)、 总线和类驱动等一些新内容。Windows驱动程序模型包括两个重要方面;首先 核心模型,它描述设备驱动程序的标准结构,这一结构描述驱动程序的加载以 及如何响应用户应用程序的请求和与硬件交互;其次,Microsoft为常见类型的 设备(--)口uSB设备)提供了一系列总线驱动程序和类驱动程序。这些驱动程序 是为符合同样标准或使用同种总线与计算机互连的设备服务的,它们使该类设 备驱动程序的编写变得简单。用户的驱动程序可以不必直接与设备交互,这样, 位于驱动程序栈上层的客户驱动程序就可以专注于用户的功能。 在深入研究WDM型USB设备客户驱动程序的原理和设计方法的基础上, 本论文在WindowsZOOODDK环境下开发出针对USB接口芯片的驱动程序。 3.软件制作。 本项目旨在实现简易型特情训练模拟器,保证飞行安全。接受此任务后, 经多方考证,决定利用劝rsuale++、oPENGL技术、GLUT、与DirectAudio,及飞行原理等技术可以完成此项目的软件部分。OpenGL(即开放性图形库open GraPhies Library),是一个三维的计算机图形和模型库,利用其可以创建出具有吉林大学硕士学位论文论文摘要 可交互性的三维图形,对于实现飞行模拟是不可多得的工具。 因此,本人在深入地研究了OPENGL技术、飞行原理技术、飞行动力学技 术的基础之上,利用所学知识,广泛查阅资料,终于解决了一些具有挑战性的 问题,如圆顶型天空的实现、航空地平仪及其它仪表的显示实现、天地姿态及 各种仪表同步实现方法、自制三维图像引入方法、飞行员的特情处理能力检验 的实现方法等问题。 此项目可以做为简易型航空飞行模拟器的基础,围绕这一基础,可以做大 量的后续工作。这将为飞行训练安全的保证,提供有力的支持。
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