无人机飞行模拟方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了无人机飞行模拟方法及系统，涉及飞行模拟领域，方法包括S1初始数据导入地面站并传至无人机；S2根据模拟飞行状态参数及飞行计划获得执行机构输出指令，将其和周期性遥测数据传至地面站；S3地面站实时输出显示周期性遥测数据，根据模拟飞行状态参数、执行机构输出指令和无人机动力学模型获得下一拍的模拟飞行状态参数并传至无人机，进入S2；系统包括数据录入模块、仿真模块、飞控系统和显示模块；地面站具有动力学仿真计算能力，且无人机可进行飞行模式切换，地面站可以实时发送无人机飞行状态，因此不需要三轴转台就可以完成模拟飞行测试，无须定制夹具和线缆，降低经济和时间成本；简化整个“模拟飞行”，节省人员时间和精力。

【技术实现步骤摘要】
无人机飞行模拟方法及系统
本专利技术涉及飞行模拟领域，尤其涉及一种无人机飞行模拟方法及系统。
技术介绍
如图1所示，无人机飞行模拟的通常做法是在实验室通过三轴转台实现，具体而言：将飞控系统(含陀螺仪)放置于三轴转台上，外接舵机等执行机构，同时将输出指令接入仿真计算机，仿真计算机接收到各执行机构的指令后，实时运行无人机的动力学模型，计算出无人机的状态信息(位置、速度、加速度等)，通过有线的方式以及固定的数据格式将数据传给飞控系统，同时驱动转台运动，以便让飞控系统实时感知角速度信息，飞控系统收到所有信息后，根据任务指令及控制律，实时解算出所需的控制指令，并发送出去，如此周而复始，完成无人机的地面模拟飞行过程，但是该方法存在的问题是：三轴转台属于高精度高性能精密仪器设备，运行一次成本代价太高，费用量级可能与机载重要设备相当，故尤其不适用于中小型低成本无人机。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题设计了一种无人机飞行模拟方法及系统。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：无人机飞行模拟方法，用于无人机的半实物飞行模拟，地面站可进行仿真计算分析、状态监测以及人工操控，地面站与无人机通讯连接，包括以下步骤：S1、初始数据导入地面站，并传输至无人机，初始数据包括模拟飞行状态参数；S2、无人机根据模拟飞行状态参数获及当前飞行计划得无人机的执行机构输出指令，并将执行机构输出指令和周期性遥测数据传输至地面站，周期性遥测数据包括模拟飞行状态参数；S3、地面站实时输出显示周期性遥测数据，并根据模拟飞行状态参数、执行机构输出指令和无人机动力学模型进行仿真计算获得下一拍的模拟飞行状态参数，将下一拍的模拟飞行状态参数传输至无人机，进入S2。无人机飞行模拟系统，用于无人机的半实物飞行模拟，包括：数据录入模块；数据录入模块用于录入初始数据；仿真模块；仿真模块用于根据模拟飞行状态参数、执行机构输出指令和无人机动力学模型计算下一拍模拟飞行状态参数，仿真模块安装在地面站，仿真模块的信号输入端与数据录入模块的信号输出端连接；飞控系统；飞控系统用于分析模拟飞行状态参数获得无人机的执行机构输出指令，飞控系统安装在无人机上，飞控系统的信号端与仿真模块的信号端连接；显示模块；显示模块用于周期性遥测数据，显示模块的信号输入端与飞控系统的信号输出端连接。本专利技术的有益效果在于：地面站具有动力学仿真计算能力，同时通过飞行模式的切换，可以实现地面站实时发送无人机模拟飞行状态参数的功能，因此不需要上三轴转台就可以直接通过地面站和无人机完成无人机的模拟飞行测试，也无须定制夹具和线缆，经济成本和时间成本显著下降，可适用于任何类型的无人机；且不上三轴转台，就不需要设置严格的飞行工况和突发情况的应急预案，简化整个“模拟飞行”准备工作，节省工作人员大量时间和精力；无人机机载及地面全部设备接入模飞系统，既考核了数据链路的通信过程，也模拟了飞行过程中人在回路的控制参与，更为全面及真实的模拟了实际飞行过程，使得“模拟飞行”结果更为全面和可靠。附图说明图1是三轴转台的飞行模拟拓扑关系图；图2是本专利技术无人机飞行模拟方法的飞行模拟拓扑关系图；图3是本专利技术无人机飞行模拟系统中地面站的显示界面；图4是本专利技术无人机飞行模拟系统中地面进行实际飞行模式的显示界面；图5是本专利技术无人机飞行模拟系统中地面进行模拟飞行模式的显示界面；图6是本专利技术无人机飞行模拟系统中地面进行模拟飞行时的地面站航点设置图；图7是本专利技术无人机飞行模拟系统中地面进行模拟飞行时的飞行轨迹图；图8是本专利技术无人机飞行模拟系统中地面进行模拟飞行时的返航飞行轨迹图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”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，或者是该专利技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”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；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。如图2所示，无人机飞行模拟方法，用于无人机的半实物飞行模拟，地面站可进行仿真计算分析、状态监测以及人工操控，地面站与无人机通讯连接，包括以下步骤：S1、初始数据导入地面站，并传输至无人机，初始数据包括模拟飞行状态参数和飞行模式，飞行模式包括模拟飞行模式和实际飞行模式；S0、根据飞行模式切换无人机的飞行模式，若飞行模式为模拟飞行模式，则进入S2；若飞行模式为实际飞行模式，则进入实际控制飞行，实时采集无人机的飞行状态并传输至地面站，显示无人机的飞行状态；S2、无人机获取“模拟飞行状态参数”后，将其作为自身“真实”飞行状态参数，根据模拟飞行状态参数及当前飞行计划计算出执行机构输出指令(包括舵机控制指令以及油门指令等)，并将执行机构输出指令和周期性遥测数据传输至地面站，周期性遥测数据包括模拟飞行状态参数；S3、地面站实时输出显示周期性遥测数据，并根据模拟飞行状态参数、执行机构输出指令和无人机动力学模型(即：总体特性与气动特性)进行仿真计算获得下一拍的模拟飞行状态参数，将下一拍的模拟飞行状态参数传输至无人机，进入S2。在S2和S3步骤中，地面操作人员可以在任意时刻切入参与无人机的飞行控制，直接调整执行机构输出指令，或者改变无人机的飞行计划，实现人在回路的参与控制，完全模拟真实飞行的全过程。地面站指令除了飞行阶段切换、航点设置以及其它通用指令外，还包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.无人机飞行模拟方法，用于无人机的半实物飞行模拟，地面站可进行仿真计算分析、状态监测以及人工操控，地面站与无人机通讯连接，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、初始数据导入地面站，并传输至无人机，初始数据包括模拟飞行状态参数；/nS2、无人机根据模拟飞行状态参数及当前飞行计划获得无人机的执行机构输出指令，并将执行机构输出指令和周期性遥测数据传输至地面站，周期性遥测数据包括模拟飞行状态参数；/nS3、地面站实时输出显示周期性遥测数据，并根据模拟飞行状态参数、执行机构输出指令和无人机动力学模型进行仿真计算获得下一拍的模拟飞行状态参数，将下一拍的模拟飞行状态参数传输至无人机，进入S2。/n

【技术特征摘要】
1.无人机飞行模拟方法，用于无人机的半实物飞行模拟，地面站可进行仿真计算分析、状态监测以及人工操控，地面站与无人机通讯连接，其特征在于，包括以下步骤：
S1、初始数据导入地面站，并传输至无人机，初始数据包括模拟飞行状态参数；
S2、无人机根据模拟飞行状态参数及当前飞行计划获得无人机的执行机构输出指令，并将执行机构输出指令和周期性遥测数据传输至地面站，周期性遥测数据包括模拟飞行状态参数；
S3、地面站实时输出显示周期性遥测数据，并根据模拟飞行状态参数、执行机构输出指令和无人机动力学模型进行仿真计算获得下一拍的模拟飞行状态参数，将下一拍的模拟飞行状态参数传输至无人机，进入S2。


2.根据权利要求1所述无人机飞行模拟方法，其特征在于，初始数据还包括飞行模式，飞行模式包括模拟飞行模式和实际飞行模式，在S1与S2之间还包括S0、根据飞行模式切换无人机的飞行模式，若飞行模式为模拟飞行模式，则进入S2；若飞行模式为实际飞行模式，则进入实际控制飞行，实时采集无人机的飞行状态并传输至地面站，显示无人机的飞行状态。


3.根据权利要求1所述无人机飞行模拟方法，其特征在于，在S2和S3步骤中，地面操作人员可以在任意时刻切入参与无人机的飞行控制，直接调整执行机...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓坤，黄佳，陈强洪，袁鸣，周欢，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院总体工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51