具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

前庭感觉系统由位于人体内耳的一对半规管与耳石器组成，能够感受三维空间六个自由度的角运动和线运动刺激。其中，半规管检测角加速度，耳石器检测线加速度与重力。前庭感觉系统产生错误空间定向知觉的主要原因是：(1)前庭本体系统不能区分物理性质一样的重力与加速度惯性力的合力，只对重力与加速度惯性力的合力进行反应，常将重力与惯性力的合力当作“垂直重力方向”，这样可产生各种躯体重力性错觉。如水平加速时可产生上仰错觉，减速时产生下俯错觉；(2)人的前庭系统存在功能阈值。半规管阈值为0.5°/s²，耳石器阈值为0.001～0.05g，感觉阈值以下的刺激不会引起知觉反应，即对阈值以下的运动常知觉不到。飞行中，飞行员仅靠前庭系统，感觉不到飞机小于感觉功能阈值的加减速或旋转运动。由于上述特点，当飞行中出现各种加速度作用时，前庭系统可能产生与实际运动、位置、状态不符的知觉，发生飞行错觉。不过，前庭感觉系统存在的局限性只有在一定的条件下才会表现出来，这是因为前庭觉与视觉之间存在复杂的相互作用关系。一般情况下呈现出视觉优势，即视觉信息可以抑制前庭感觉信息，简单气象条件下飞行，虽然有加速度作用，但是正确的天地线视觉可以使各种错误的前庭感觉受到抑制，这是为什么此时很少发生飞行错觉的原因。反之，在视觉受限等情况下，在各种加速度作用下错误的前庭信息会凸现出来，在定向系统中处于优势和主导地位，产生各种前庭性的飞行错觉。

本发明实施例公开了一种飞行俯仰错觉模拟方法，用于飞行错觉模拟器，该飞行模拟器包括：模拟座舱和运动平台，模拟座舱用于承载受训人员并在运动平台的带动下发生运动，其中模拟座舱包括操控系统、视景显示系统和仪表显示系统，操控系统用于控制飞机的飞行状态，包括操纵驾驶杆、脚舵以及油门，所述视景显示系统包括显示设备，用于向飞行员提供根据视景软件生成的座舱外部视景信息，仪表显示系统包括平视显示器和地平仪，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤101，接收施训人员对飞行初始条件的设置操作，得到目标飞行任务，所述目标飞行任务为昼间预设气象参数下的起落航线飞行，其中所述预设气象参数包括云量为10、云底高300～500米、云厚2000～2500米。

示例性地，可以在飞行模拟器中设置管理系统，施训人员可以通过管理系统中交互模块实现飞行初始条件的输入操作，飞行错觉模拟器根据接收到的飞行初始条件的设置操作，生成目标飞行任务。在飞行模拟器中设置目标飞行任务对应的预设气象参数的云量为10(即天空满云)，云底高300～500米，云厚2000～2500米，同时可以在云中设置扰动气流，使飞机穿云时发生轻度的颠簸和摇晃。目标飞行任务可以选为驾驶技术训练中的起落航线飞行任务，时间可以选为昼间。所飞机种、机场地域等可根据飞行模拟器相关配置选项自行选择，本申请实施例对此不作限定。

通过上述方式设置目标飞行任务使得飞行员在云中飞行时，看不见地标，使得进行视觉空间定向赖以参照的天地线“消失”，窗外视景无法提供运动线索，飞行员会产生空间定向困难，继而更多地依赖前庭感觉系统进行定向条件下，以便引发前庭性俯仰飞行错觉。

步骤102，向所述受训人员发出第一飞行指示信息，使得所述受训人员在所述第一飞行指示信息的指示下根据视景显示系统和仪表显示系统显示的信息通过操作操控系统完成起飞操作并在达到预设高度后保持平飞，所述预设高度大于云层高度。本申请实施例中该预设高度优选大于3000米。

步骤103，向所述受训人员发出第二飞行指示信息，使得所述受训人员在所述第二飞行指示信息的指示下根据视景显示系统和仪表显示系统显示的信息通过操作操控系统在平飞阶段完成转弯操作，在对准机场跑道方向时进行匀速下滑飞行并以预设下滑角向云层飞入。本申请实施例中该预设下滑角可以选取5～10度的下滑角，匀速下滑的速度可以选取约300km/h。

步骤104，在飞机匀速下滑飞行过程中，控制所述运动平台保持预设下俯角大小的下俯姿态，并当飞机进入云层时，控制关闭所述平视显示器并冻结地平仪。

示例性地，当关闭平视显示器并冻结地平仪后，飞行员此时无法通过观察地平仪、平视显示器(简称平显)等飞行仪表获得飞机俯仰姿态信息，只能依赖前庭感觉系统进行空间定向，判断飞机姿态受人体前庭感觉系统功能的局限，易产生前庭性飞行错觉。在运动模拟过程中，控制飞机由平飞改为匀速下滑后，运动平台将迅速下俯5～10度中与飞机下滑角一致的下俯角，并保持下俯姿态，此时使得飞行员感受与实际飞行中一致的飞行感受。

步骤105，控制飞机进入云层后继续匀速下滑飞行，向所述受训人员发出向前推油门杆以控制飞机加速下滑飞行的第三飞行指示信息，使得作用在飞行员前庭感觉器官的加速度惯性力与重力的合力方向指向人体正下方或后下方。

步骤106，在飞机加速下滑过程中，控制所述运动平台带动所述模拟座舱由下俯姿态按照预设速度绕人体横轴向上翻转至水平姿态或上仰姿态。

示例性地，如图2、图3所示，在飞机进入云中匀速下滑飞行后，指示飞行员向前推油门杆，增大飞机下降率，加速下滑飞行。此时，在飞机向前下方向加速飞行过程中，飞行员会受到沿前胸指向后背方向的直线加速度惯性力作用。当飞机下滑角度较小，而下滑的加速度较大时，该惯性力与重力的合力的方向可能沿飞行员垂直轴由头指向足部，甚至指向身体后下方。由于人体前庭感觉器官存在不能区分重力和加速度惯性力的合力的局限，飞行员在没有视觉和仪表定向线索的情况下，会凭感觉把该合力方向当作重力垂直方向。此时，飞行员会产生飞机在平飞或上仰飞行的错误感觉，即发生了俯仰错觉。具体的，如图3所示，设下滑角为θ，飞机直线加速度(沿飞行员胸背向)a＝g×sinθ时，合力方向沿飞行员从头到足方向，即可使飞行员感到垂直地面的水平飞行感觉；a>g×sinθ时，合力方向指向飞行员后下方向，即可使飞行员产生上仰感。

在运动模拟过程中，飞机开始加速下滑后，模拟座舱由下俯姿态迅速绕人体横轴向上翻转至水平位置或一定角度的上仰姿态，使飞行员产生身体处于垂直或上仰姿态的感觉，这与实际飞行中的感受一致。当飞行员发生了俯仰错觉，为保持下滑飞行姿态，飞行员极易凭感觉向前推杆，从而进一步增大下滑角度，继而极易造成事故风险。具体的，如图3所示，设产生的上仰角知觉为φ，则tanφ＝(a-g×sinθ)/(g×cosθ)，即上仰姿态的角度满足该关系时，将产生上仰错觉。

步骤107，当飞机加速下滑至出云时，控制打开所述平视显示器并激活地平仪。

示例性地，当飞行员产生飞行俯仰错觉时，在飞机加速下滑至出云时，可通过飞行错觉模拟器中的管理系统打开平视显示器并激活地平仪，飞行员在看到平视显示器和地平仪信息后，飞行员因发生了俯仰错觉，低估了飞机下滑角，当出云瞬间看到机场跑道后，会突然感到跑道“竖立”起来，发现飞机以较大下滑角向地面飞去，此时飞行员可清楚认知并识别出在步骤106中产生了俯仰错觉且产生了错误驾驶行为。

本申请实施例提供的飞行俯仰错觉模拟方法，通过向受训人员发出飞行控制指令，使得受训人员在执行飞行控制指令的过程中产生俯仰错觉并在发生俯仰错觉后，控制打开平视显示器和地平仪，使得飞行员根据平视显示器和地平仪信息可以清楚认知、识别出俯仰错觉。

作为本申请一个可选实施方式，步骤107之后该方法还包括：向所述受训人员发出第四飞行指示信息，使得所述受训人员在所述第四飞行指示信息的指示下根据平视显示器和地平仪显示的信息减小油门并操控飞机由下滑飞行转为水平飞行。为了防止失去高度，提示飞行员观察飞行仪表或天地线、地面建筑等地标，按照指令迅速立刻减小油门、带起机头，操纵飞机由下滑飞行改为水平飞行。

作为本申请一个可选实施方式，该方法还包括：向所述受训人员发出第五飞行指示信息，使得所述受训人员在所述第五飞行指示信息的指示下按照平视显示器和地平仪显示的信息控制飞机保持平飞状态直至达到预设平飞时长，其中所述预设平飞时长根据前庭性俯仰错觉消失所需时长确定。指示飞行员观察天地线和地标，以仪表参数为准，继续保持水平飞行30秒，这一过程中，俯仰错觉将会迅速减弱消失。

本发明实施例还公开了一种飞行俯仰错觉模拟装置，用于飞行错觉模拟器，所述飞行模拟器包括：模拟座舱和运动平台，所述模拟座舱用于承载受训人员并在所述运动平台的带动下发生运动，其中所述模拟座舱包括操控系统、视景显示系统和仪表显示系统，所述操控系统用于控制飞机的飞行状态，包括操纵驾驶杆、脚舵以及油门，所述视景显示系统包括显示设备，用于向飞行员提供根据视景软件生成的座舱外部视景信息，所述仪表显示系统包括平视显示器和地平仪，如图4所示，该装置包括：

设置模块301，用于接收施训人员对飞行初始条件的设置操作，得到目标飞行任务，所述目标飞行任务为昼间预设气象参数下的起落航线飞行，其中所述预设气象参数包括云量为10、云底高300～500米、云厚2000～2500米；

第一飞行控制模块302，用于向所述受训人员发出第一飞行指示信息，使得所述受训人员在所述第一飞行指示信息的指示下根据视景显示系统和仪表显示系统显示的信息通过操作操控系统完成起飞操作并在达到预设高度后保持平飞，所述预设高度大于云层高度；

第二飞行控制模块303，用于向所述受训人员发出第二飞行指示信息，使得所述受训人员在所述第二飞行指示信息的指示下根据视景显示系统和仪表显示系统显示的信息通过操作操控系统在平飞阶段完成转弯操作，在对准机场跑道方向时进行匀速下滑飞行并以预设下滑角向云层飞入；

第三飞行控制模块304，用于在飞机匀速下滑飞行过程中，控制所述运动平台保持预设下俯角大小的下俯姿态，并当飞机进入云层时，控制关闭所述平视显示器并冻结地平仪；

第四飞行控制模块305，用于控制飞机进入云层后继续匀速下滑飞行，向所述受训人员发出向前推油门杆以控制飞机加速下滑飞行的第三飞行指示信息，使得作用在飞行员前庭感觉器官的加速度惯性力与重力的合力方向指向人体正下方或后下方；

第五飞行控制模块306，用于在飞机加速下滑过程中，控制所述运动平台带动所述模拟座舱由下俯姿态按照预设速度绕人体横轴向上翻转至水平姿态或上仰姿态；

第六飞行控制模块307，用于当飞机加速下滑至出云时，控制打开所述平视显示器并激活地平仪。

本发明提供的飞行俯仰错觉模拟装置，通过向受训人员发出飞行控制指令，使得受训人员在执行飞行控制指令的过程中产生俯仰错觉并在发生俯仰错觉后，控制打开平视显示器和地平仪，使得飞行员根据平视显示器和地平仪信息可以清楚认知、识别出俯仰错觉。

作为本发明一个可选实施方式，所述装置还包括：第七飞行控制模块，用于向所述受训人员发出第四飞行指示信息，使得所述受训人员在所述第四飞行指示信息的指示下根据平视显示器和地平仪显示的信息减小油门并操控飞机由下滑飞行转为水平飞行。

作为本发明一个可选实施方式，所述装置还包括：第八飞行控制模块，用于向所述受训人员发出第五飞行指示信息，使得所述受训人员在所述第五飞行指示信息的指示下按照平视显示器和地平仪显示的信息控制飞机保持平飞状态直至达到预设平飞时长，其中所述预设平飞时长根据前庭性俯仰错觉消失所需时长确定。

本发明实施例还公开了一种飞行错觉模拟器，包括：

六自由度运动平台；

模拟座舱，固定安装在所述六自由度运动平台上，所述模拟座舱内设置有视景显示系统、仪表显示系统以及操纵系统，所述视景显示系统用于提供飞行模拟景象，所述仪表显示系统包括地平仪、平视显示器和用于显示飞行仪表的液晶仪表面板，所述操纵系统用于接收受训人员的飞行操纵指令；

仿真系统，用于根据采集到的受训人员操纵指令信号、模拟器状态和环境信息结合预设飞行模型实时解算模拟器飞行参数，并将飞行参数实时发送给所述六自由度运动平台、视景显示系统以及仪表显示系统，以向受训人员实时反馈在当前操作指令下的飞行状态；

管理系统，包括交互模块，用于接收施训人员对飞行模式和飞行参数的选择操作；

处理器，用于执行如上述实施例所述的飞行俯仰错觉模拟方法的步骤。

作为本申请一个可选实施方式，所述六自由度运动平台包括空间并联运动机构，所述空间并联运动机构包括下部固定平台、上部运动平台、6条伺服作动筒、万向铰连接座、行程限位机构。

示例性地，通过控制伺服电机改变作动筒的长度，可驱动上部运动平台的姿态变化，实现绕三个空间坐标轴的俯仰、横滚和偏航角运动和沿三轴的升降、横移、纵移直线运动。六自由度运动系统的控制模块接收到仿真系统的飞机实时速度、加速度等飞机运动参数后，将其转换为平台的运动参数，控制运动平台给处于模拟座舱内的受训人员提供过载感觉和一定范围内姿态角变化的动感信息，使飞行人员产生与实际飞行环境和任务条件下一致的运动感觉。

六自由度运动平台具有运动洗出功能，运动洗出功能表征六自由度运动平台在完成一次突发运动后，可以低于人对前庭感觉阈值的平缓运动返回中立位置的运动过程，使六自由度运动平台在预设位移行程范围内能执行下一次突发运动指令。

示例性地，视景显示系统可以包括显示子系统、视景生成子系统和场景数据库。可为飞行员提供逼真、稳定、实时的飞机座舱外部模拟景象，用以判断飞机的姿态、位置、气象条件、地面及空中的目标等情况。显示子系统采用投影显示或液晶显示技术。视景生成子系统基于高性能图形工作站和视景仿真软件，可实时生成地形、云雨雾等复杂气象条件和三维物体等图像，完成场景管理。场景数据库提供平原、森林、海洋等地理数据库及飞机、机场、建筑物三维物体数据库；操纵系统可以包括：操纵驾驶杆、脚舵、油门。操纵系统的主要功能是响应飞行人员操控指令，为飞行仿真提供控制指令输入。

仪表显示系统用于模拟飞机舱内的各类飞行仪表和平视显示器，飞行仪表显示在中央仪表液晶面板上，平显画面显示在视景显示子系统的中央视野内。仪表的外观以及在模拟范围内的指标特性与所模拟机型一致。中央仪表板的飞行仪表主要包括地平仪、空速表、高度表、罗盘等；平显可指示飞行航向、升降速度、空速、高度、俯仰角、倾斜角等。

仿真系统实时采集飞行员操纵指令信号、飞机状态和环境信息，根据飞机气动模型、质量特性模型和发动机模型，解算飞机速度、加速度和欧拉角等飞行参数。飞机性能仿真系统将飞行参数实时发送给运动平台、视景显示、仪表显示等系统，向飞行员实时反馈飞行状态。

管理系统是飞行错觉模拟器的主界面，可以为操作人员提供功能选项和参数设置，实现系统运行监视、控制等综合管理功能。

本发明实施例还提供了一种电子设备，如图5所示，该电子设备可以包括处理器401和存储器402，其中处理器401和存储器402可以通过总线或者其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。

处理器401可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器401还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

存储器402作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的飞行俯仰错觉模拟方法对应的程序指令/模块。处理器401通过运行存储在存储器402中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的飞行俯仰错觉模拟方法。

存储器402可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器401所创建的数据等。此外，存储器402可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器402可选包括相对于处理器401远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器401。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述一个或者多个模块存储在所述存储器402中，当被所述处理器401执行时，执行如图1所示实施例中的飞行俯仰错觉模拟方法。

上述电子设备具体细节可以对应参阅图1所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)、快闪存储器(FlashMemory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。