一种无人机可视化半实物仿真系统及其仿真方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无人机可视化半实物仿真系统及其仿真方法，仿真系统包括分别运行在对应平台上的视景显示单元、遥控遥测单元、飞行控制单元和仿真模型单元；在仿真模式下，飞行控制器中的核心主板负责飞行控制单元和仿真模型单元的实时运行，输入接口用于下载飞行控制软件和输入遥控遥测单元的控制指令数据，输出接口用于输出飞行状态数据给到遥控遥测单元和视景显示单元。仿真系统中的飞行控制单元所运行的飞行控制算法软件代码与真实飞行控制器中完全一致，仅通过仿真开关实现仿真模式的开启或关闭，具有模拟仿真与真实飞行灵活切换的优点，可以实现飞行控制软件、周边软硬件开发测试和飞行模拟培训。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机可视化半实物仿真系统及其仿真方法
本专利技术涉及无人机领域，具体涉及一种无人机可视化半实物仿真系统及其仿真方法。
技术介绍
近年来，随着无人机相关技术的发展，无人机的应用领域也得到快速普及，如消费、测绘、巡检、农业等领域。无人机又叫做无人飞行器（UAV，UnmannedAerialVehicle）,是一种较为复杂的机械和电子系统。从无人机的稳定性和操纵性的角度上来说，对于自动驾驶仪和手动操纵人员有较高的操纵要求。在无人机研发过程中，为了便于开发仿真测试和模拟飞行训练，在相关技术中提供了无人机模拟仿真系统，可以进行一定的仿真和模拟飞行，减少研发成本。但是，现有技术中所提供的无人机模拟仿真系统通常是利用计算机资源后台实时运算飞行参数，以起到仿真的作用。这种仿真系统可视化程度不高、仿真数据不直观。
技术实现思路
专利技术目的：提供一种无人机可视化半实物仿真系统，进一步目的是提出一种基于上述仿真系统的仿真方法，以解决现有技术存在的上述问题。技术方案：一种无人机可视化半实物仿真系统，该仿真系统具备的视景显示单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机可视化半实物仿真系统，包括分别运行在对应平台上的视景显示单元、遥控遥测单元、飞行控制单元和仿真模型单元；其特征在于，所述飞行控制单元和仿真模型单元组成飞行控制软件并运行在飞行控制器硬件平台上，所述飞行控制器硬件平台具备核心主板、输入接口和输出接口；在仿真模式下，飞行控制器硬件平台中的核心主板用于飞行控制单元和仿真模型单元的实时运行，输入接口用于传输下载后的飞行控制软件和输入遥控遥测单元的控制指令数据，输出接口用于输出飞行状态数据给到遥控遥测单元和视景显示单元。/n

【技术特征摘要】
1.一种无人机可视化半实物仿真系统，包括分别运行在对应平台上的视景显示单元、遥控遥测单元、飞行控制单元和仿真模型单元；其特征在于，所述飞行控制单元和仿真模型单元组成飞行控制软件并运行在飞行控制器硬件平台上，所述飞行控制器硬件平台具备核心主板、输入接口和输出接口；在仿真模式下，飞行控制器硬件平台中的核心主板用于飞行控制单元和仿真模型单元的实时运行，输入接口用于传输下载后的飞行控制软件和输入遥控遥测单元的控制指令数据，输出接口用于输出飞行状态数据给到遥控遥测单元和视景显示单元。


2.根据权利要求1所述的一种无人机可视化半实物仿真系统，其特征在于，所述飞行控制单元包括用于接收传感器数据的数据融合模块，与所述数据融合模块通信连接的飞行管理模块，以及与所述飞行管理模块通信连接的飞行控制模块；所述飞行控制模块生成PWM电机控制信号至所述仿真模型单元；所述飞行管理模块接收外部输入的控制指令。


3.根据权利要求1所述的一种无人机可视化半实物仿真系统，其特征在于，所述仿真模型单元进一步包括用于模拟无人机在真实环境中的飞行特性并计算得出飞行状态数据的无人机数学模型；集成IMU模块、GPS/RTK模块、雷达模块、磁罗盘模块及气压计模块的传感器模型；以及集成传感器故障注入模块和动力系统故障注入模块的故障注入模型。


4.根据权利要求3所述的一种无人机可视化半实物仿真系统，其特征在于，所述无人机数学模型进一步包括动力系统模块、动力学和运动学模块以及环境特性模块：
所述动力系统模块用于模拟电机和螺旋桨的真实特性；
所述动力学和运动学模块用于模拟无人机自身的真实运动特性；
所述环境特性模块用于模拟空气的密度特性和风的干扰特性。


5.根据权利要求3所述的一种无人机可视化半实物仿真系统，其特征在于，所述传感器模型中的IMU模块根据上一时刻采样的无人机数学模型输出的角速度/加速度数据和传感器噪声数据模拟无人机当前机体坐标系角速度和加速度测量传感器数据；
所述GPS/RTK模块根据上一时刻采样的无人机数学模型输出的位置/速度数据和传感器噪声数据模拟无人机当前大地坐标系三维位置和速度测量传感器数据；
所述雷达模块根据上一时刻采样的无人机数学模型输出的高度数据、地形的高度数据、以及传感器噪声数据模拟无人机当前无人机相对地面的相对高度测量传感器数据；
所述磁罗盘模块根据上一时刻采样的无人机数学模型输出的航向数据和传感器噪声数据模拟无人机当前大地坐标系航向测量传感器数据；
所述气压计模块根据上一时刻采样的无人机数学模型输出的高度数据、空气密度数据、温度数据和传感器噪声模拟无人机当前大地坐标系绝对气压高度测量传感器数据。


6.根据权利要求3所述的一种无人机可视化半实物仿真系统，其特征在于，所述故障注入模型中的传感器故障注入模块根据所述传感器模型中各个传感器实际的异常情形，模拟传感器输出数据卡死、数据跳变和数据漂移的特性，注入到上述传感器模型输出的传感器数据中并改变传感器数据的输出；
所述动力系统故障注入模块根据实际环境中动力系统的异常情形，模拟动力系统电机停转、螺旋桨损伤的特性，注入到上述动力系统模块中并改变动力系统输出的力和力矩数据。


7.根据权利要求1所述的一种无人机可视化半实物仿真系统，其特征在于，所述遥控遥测单元中进一步包括遥控操纵设备模块、遥测地面站软件模块和天空端收发设备模块；
所述遥控操纵设备模块产生飞行控制指令、转发地面站遥测软件的数据并与天空端收发设备进行通信；
所述遥测地面站软件模块用于生成控制指令数据、显示飞行状态数据；
所述天空端收发设备模块接收遥控操纵设备模块的遥控指令数据发送给飞行控制单元，并接收飞行控制单元的飞行状态数据发送给遥测地面站软件模块。


8.根据权利要求1所述的一种无人机可视化半实物仿真系统，其特征在于，所述视景显示单元进一步包括数据协议转换模块、曲线绘制模块、三维可视化显示模块、无人机外观模型模块、飞行轨迹显示模块、飞行视角切换模块；
所述数据协议转换模块用于接收并处理仿真模型单元输出的实时串口协议飞行状态数据；
所述曲线绘制模块用于将实时的串口协议飞行状态数据绘制成飞行状态跟踪曲线；
所述三维可视化显示模块用于将所述数据协议转换模块和曲线绘制模块得出的数据可视化显示出来；
所述三维可视化显示模块进一步包括飞行数据显示模块，所述飞行数据显示模块用于接收来自飞行...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋元庆，孟晨，
申请(专利权)人：拓攻南京机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32