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、重力和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，故常将重力与惯性力的合力当作“重力”，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，低于感觉阈值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。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前庭性倾斜错觉模拟方法，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，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤101，根据接收的施训人员对飞行课目和飞行气象条件的输入操作，设置飞行场景。

示例性地，施训人员可以通过交互界面设置飞行课目和飞行气象条件，飞行课目包括但不限于飞行机种选取、机场地域、飞行时间和航线；飞行气象初始条件包括但不限于能见度、距云的距离和云高小于目视气象条件规定的仪表指示最小数值的气象条件。其中所飞机种、地域等可根据需要自行选择，时间可选为昼间，飞机巡航高度3～6km，平飞速度：400～800km/h。

飞行气象条件设置为仪表气象条件(包括能见度、距云的距离和云高小于目视气象条件规定的仪表指示最小数值的气象条件)，在仪表气象条件下，如雾天导致的低能见度或云中飞行时，飞行员进行视觉空间定向赖以参照的天地线“消失”，窗外视景线索缺乏，飞行员会产生空间定向困难，更多地依赖前庭感觉系统进行定向，易导致前庭性飞行错觉。

步骤102，在所述飞行场景下当飞机进入预设航线时，按照前庭性倾斜错觉产生条件控制飞机按照预设的低于人体前庭感觉阈值的角加速度由平飞进入坡度飞行，当飞行坡度达到预设坡度时，控制飞机在同一高度下保持坡度飞行至预定时长。

作为本申请一个可选实施方式，步骤102包括：当飞机进入预设航线时，控制关闭飞行错觉模拟器的地平仪和平视显示器；控制飞机在所述低于人体前庭感觉阈值的预设角加速度由平飞进入坡度飞行，并控制运动平台保持模拟座舱处于初始垂直状态；当飞行坡度达到预设坡度时，控制飞机在同一高度下进入匀速转弯飞行。

示例性地，飞机完成起飞阶段，进入预定航线巡航飞行后，关闭地平仪和平视显示器(简称平显)，飞行员此时无法通过观察地平仪或平显获得飞机俯仰或侧倾姿态信息，将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；在实际飞行过程中，阵风、湍流等特殊条件下，由于飞机两侧机翼升力产生差异，飞机可能以人体感觉阈值以下角加速度(<0.5°/s²)，由平飞缓慢进入坡度飞行，在这一过程中，飞行员仅依靠前庭系统不能察觉到滚转运动，感觉飞机仍处于平飞。故在飞行错觉模拟过程中，直接控制飞机以低于人体前庭感觉阈值预设角加速度缓慢向右/左滚转30°～45°，该预设角加速度a小于0.5°/s²即可，瞬时滚转角速度ω＝a×t，可随时间逐渐增大。此时，通过运动平台的控制算法对运动信号进行滤波处理，不响应飞行员感觉阈值以下较小的角加速度，模拟座舱将一直保持垂直位置，使得飞行员感觉不到进入转弯和飞机向右/左倾斜，产生与实际飞行感觉一致的效果。

飞机进入最大坡度飞行后，可继续保持坡度等半径匀速飞行10～30秒，由于模拟座舱始终处于垂直状态，使得飞行员前庭系统始终无法察觉到飞机向右/左倾斜和持续转弯，认为飞机仍然处于平飞状态。这一过程中，由于运动平台没有加速度运动信号输入，模拟座舱将一直保持垂直位置，飞行员感觉飞机处于平飞状态，产生与实际飞行感觉一致的效果。

步骤103，向受训人员显示地平仪和平视显示器，使得受训人员在所述地平仪和平视显示器的指示下控制飞机响应平飞操作。

步骤104，当飞机恢复平飞状态时，控制所述模拟座舱在按照高于人体前庭感觉阈值的角加速度滚转至预设角度，使得所述受训人员产生前庭性倾斜错觉。

示例性地，飞机保持坡度飞行达到预设时长后，打开地平仪和平显，随后立即指示飞行员根据仪表参数迅速改为平飞。飞行员将根据地平仪或平显指示信息，操纵飞机以高于感觉阈值的角加速度迅速由向右/左倾斜位置向左/右滚转30°-45°，恢复水平飞行姿态。此时，虽然飞行员身体实际上已恢复到垂直位置，但是飞行员前庭系统受到向左/右滚转的角加速度刺激，会产生身体由垂直姿态向左/右滚转的感觉，感觉到身体向左/右倾斜，认为飞机进入左/右坡度飞行，这种对飞机坡度的错误知觉，表明飞行员发生了前庭性倾斜错觉。改平飞行过程中，模拟座舱由垂直位置迅速向左/右滚转一定角度，飞行员产生身体向左/右倾斜的感觉，这与实际飞行中倾斜错觉感受一致。

本发明提供的前庭性倾斜错觉模拟方法，通过合理设置飞行科目和气象条件，并通过运动平台模拟飞机在空中的飞行姿态和运动状态，刺激飞行员前庭本体感觉器官，诱发前庭性倾斜错觉，使飞行员在执行模拟飞行任务过程中体验、识别和正确处置倾斜错觉。

作为本发明一个可选实施方式，步骤104之后，该方法还包括：控制飞机保持平飞状态直至达到预设平飞时长，控制所述模拟座舱恢复垂直状态，所述预设平飞时长根据前庭性倾斜错觉消失所需时长确定。

示例性地，飞机改为平飞后，指示飞行员以仪表参数为准，继续保持平飞30秒，这一过程中，倾斜错觉将会逐渐减弱消失。这一过程中，可控制运动平台保持向左/右最大倾斜角度，30秒后，控制模拟座舱由倾斜位置缓慢滚转回到垂直位置，飞行员的倾斜错觉将会逐渐减弱消失，与实际飞行中过程中控制和克服倾斜感觉的感受一致。

本发明实施例还公开了一种前庭性倾斜错觉模拟装置，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，如图2所示，该装置包括：

设置模块201，用于根据接收的施训人员对飞行课目和飞行气象条件的输入操作，设置飞行场景；

第一飞行控制模块202，用于在所述飞行场景下当飞机进入预设航线时，按照前庭性倾斜错觉产生条件控制飞机按照预设的低于人体前庭感觉阈值的角加速度由平飞进入坡度飞行，当飞行坡度达到预设坡度时，控制飞机在同一高度下保持坡度飞行至预定时长；

第二飞行控制模块203，用于向受训人员显示地平仪和平视显示器，使得受训人员在所述地平仪和平视显示器的指示下控制飞机响应平飞操作；

第三飞行控制模块204，用于当飞机恢复平飞状态时，控制所述模拟座舱在按照高于人体前庭感觉阈值的角加速度滚转至预设角度，使得所述受训人员产生前庭性倾斜错觉。

本发明提供的前庭性倾斜错觉模拟装置，通过合理设置飞行科目和气象条件，并通过运动平台模拟飞机在空中的飞行姿态和运动状态，刺激飞行员前庭本体感觉器官，诱发前庭性倾斜错觉，使飞行员在执行模拟飞行任务过程中体验、识别和正确处置倾斜错觉，倾斜错觉模拟效果好。

作为本发明一个可选实施方式，所述第一飞行控制模块202，包括：

第一飞行控制子模块，用于当飞机进入预设航线时，控制关闭飞行错觉模拟器的地平仪和平视显示器；

第二飞行控制子模块，用于控制飞机在所述低于人体前庭感觉阈值的预设角加速度由平飞进入坡度飞行，并控制运动平台保持模拟座舱处于初始垂直状态；

第三飞行控制子模块，用于当飞行坡度达到预设坡度时，控制飞机在同一高度下进入匀速转弯飞行。

作为本发明一个可选实施方式，所述装置还包括：第四飞行控制模块，用于控制飞机保持平飞状态直至达到预设平飞时长，控制所述模拟座舱恢复垂直状态，所述预设平飞时长根据前庭性倾斜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模拟座舱外视景，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，用于接收受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前庭性倾斜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3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3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前庭性倾斜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前庭性倾斜错觉模拟方法。

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所示实施例中的前庭性倾斜错觉模拟方法。

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(Random AccessMemory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、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。