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航空电子信息类虚拟仿真实验教学平台定制开发

发布时间:2023-10-27

编辑人:灵图互动

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航空电子信息类虚拟仿真实验教学平台是一套基于虚拟现实技术开发服务航空电子信息类相关专业(电子信息工程、电子信息科学与技术、自动化、电气自动化专业以及近航空电子与控制类专业)的虚拟仿真教学软件,其具备虚实结合、形象直观、反映工程实际等优势,可用于基础实验教学、综合性实验教学和创新性实践教学,让学生通过原理认知、模拟飞机操控及飞行控制实践等方式掌握航电系统及其控制系统(包含系统结构设计、动力学仿真、传感检测元件、飞行控制系统等)的教学内容,帮助学生完成从原理到实现的全过程的认知实践。

航空电子信息类虚拟仿真实验教学平台

1. 航空电子信息类虚拟仿真实验教学平台建设内容

航空电子信息类虚拟仿真实验教学平台以航空机载系统为背景,把飞行器设计、飞行导航控制、电子工程和计算机等专业内容以虚拟仿真实验的形式加以提炼,开发出系列的基于虚拟现实与增强现实的虚拟仿真实践资源。将相关专业的实验资源进行整合和优化,形成与之相对应的航空电子与控制虚拟仿真实验教学体系,设计若干虚拟仿真开发项目。航空电子信息类虚拟仿真实验教学平台项目建设内容主要涵盖飞行器导航与测试虚拟仿真实验模块、飞行器信息传输与处理虚拟仿真实验模块、飞行器控制系统虚拟仿真实验模块及飞行器电气系统虚拟仿真实验模块等4大模块。

1.1飞行器导航与测试虚拟仿真实验模块

飞行器导航与测试虚拟仿真实验模块主要服务于“定位与导航系统” “现代导航测试技术”“最优滤波与组合导航”“全球导航卫星系统”及“测试信号分析与处理”等专业课程,主要内容包括航空电子与控制系统的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式,飞行器信息感知、信息传输、飞行任务控制、执行机构,以及实验对象的构思、分析和计算,通过三维虚拟仿真实现惯性导航系统与卫星导航系统,为后续惯性/卫星深组合仿真奠定基础。

1.2 飞行器信息传输与处理虚拟仿真实验模块

飞行器信息传输与处理虚拟仿真实验模块主要服务于“网络通信实现技术”“航空总线技术”“并行与分布式计算”和“嵌入式测控系统”等专业课程,以虚拟仿真的形式生成各类机载总线数据,通过测试软件和硬件对所设计的航空总线架构、传输协议、误码率及时延等进行分析。

1.3 飞行器控制系统虚拟仿真实验模块

飞行器控制系统虚拟仿真实验模块主要服务于“光通信”“飞行控制系统”“直升机/无人机飞行控制”和“飞行综合控制”等专业课程,通过三维虚拟仿真环境,对电/光传飞控实现过程中的关键技术,如光作动器、光传感器、光总线等进行设计与开发实验。

飞行器控制系统虚拟仿真实验模块

1.4 飞行器电气系统虚拟仿真实验模块

航空电源系统包括发电、电能变换、配电、负载等多个单元及部件,部件本身特性及部件之间的相互影响均较为复杂。飞行器电气系统虚拟仿真实验模块以飞机电源实物系统为测控对象,通过虚拟仪器软件或示波器进行飞机电源结构、电子线路、电压检测与控制的设计与分析。

在虚拟仿真实验教学模块建设的基础上,按照综合航空电子与控制系统闭环仿真架构,将各实验模块关联起来,针对无人机、直升机、大型客机等飞行器构建综合性虚拟仿真实验平台。

2. 虚拟仿真实验教学手段和方法

在航空电子信息类虚拟仿真实验教学平台中,灵活采用线上线下相结合、案例教学、情景体验式教学、小组讨论等教学方法。

2.1 线上线下相结合教学法

由于 GPS 卫星导航及 SY-80A 型火控雷达设备配置数量有限,或 GPS 卫星导航的一些重要功能(如航线监测、故障报警)无法实现,需采用线上线下相结合的方式进行实验教学,对重要的真机设备采用虚拟现实技术,直接、快速、精炼地让学生进行认知实践,同时允许学生对重要的设备进行网络查找资料及教学资源等,使学生具有坚实的理论基础。

2.2 案例教学法

在教师的指导下,由学生在全数字航电系统环境下自主选定飞行控制系统典型案例,自行完成案例学习,在学习过程中提出问题、展开讨论、归纳总结、做出判断和评价。这种实验教学方法拓宽了学生思维空间,可起到印证原理、加深理解、巩固知识的作用,充分发挥本实验项目的启发性、实践性。这种范式特别适合培养学生的应用能力。

2.3 情景体验式教学法

虚拟仿真实验教学系统模拟了20种不同的飞行环境。学生在飞航模拟中可真实体验飞行环境和操作环境,且根据驾驶、机组人员及乘客等不同人群的飞航情况进行针对性模拟训练,强化训练人员的操作水平,更是不受实体座舱数量限制,让各类人群可随时随地进行模拟训练。

虚拟仿真实验教学手段和方法

2.4 小组讨论法

在虚拟仿真实验项目教学中多处采用小组讨论法。讨论主题即可由教师制定,例如飞行器通信协议、航电系统架构及组成、航电系统安全性分析、网络通信与控制一体化、飞行器协同自主控制;也可以由各小组学生自由进行,学生根据实验项目涉及的知识点,自主决定实验时长、次数。这种小组成员之间相互依赖、相互沟通、相互合作、共同负责,强调集体性任务,强调教师放权给学生,非常符合飞行器导航及控制实践中的真实情况。

2.5 产学研协同教学法

通过校企合作,持续拓展虚拟仿真实验教学项目,提升航空电子与控制虚拟实验教学平台内涵,完善虚实结合的在线虚拟仿真实验教学资源库,促进教学资源的深入建设。

航空电子信息类虚拟仿真实验教学平台通过虚拟化技术手段,为学生展现与实际航电系统及飞行控制相同的操作流程,帮助学生操作包括机上电源、多功能显示器、惯性导航系统、大气机、任务机、武器外挂管理系统等与雷达相关的综合航电系统主要设备的工作情况及使用技能,达到指导训练和操作的目的,让学生可快速掌握该项技能,同时提高学校教学质量、降低教学成本。

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