一种用于无人机视觉组合导航测试的半实物仿真系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于无人机视觉组合导航测试的半实物仿真系统，上位机光照场景设置模块用于控制实验设置系统模拟昼夜光照条件和显示实验场景，运动控制模块用于生成运动和轨迹信息并转换为控制指令，通过总线运动控制器发送给运动模拟系统，以模拟无人机实际飞行中位置及姿态角的变化。视觉组合导航测试系统用于采集信息并解算无人机模拟运动的实时位置、速度和姿态。半实物仿真系统通过对比视觉组合导航算法解算的位置、速度和姿态和运动模拟系统输出的位置、速度和姿态，评估待测算法。本发明专利技术提供了真实的光照及场景模拟，精度高，实时性强，能够广泛应用于无人机视觉组合导航测试领域。

【技术实现步骤摘要】
一种用于无人机视觉组合导航测试的半实物仿真系统
本专利技术涉及飞行器视觉组合导航
，特别是一种用于无人机视觉组合导航测试的半实物仿真系统。
技术介绍
视觉组合导航近年来成为无人机导航研究的热点，但无人机视觉组合导航测试存在诸多困难。验证组合导航算法的无人机需要搭载惯导单元、相机和多种传感器等。如果算法失误，易损坏昂贵器件，甚至造成危险。同时，当前无人机普遍存在续航时间短，控制复杂等问题，对导航算法研究人员操纵技术要求较高，所以具有模拟飞行功能的半实物仿真系统，是替代无人机实际飞行的有效手段，也是视觉导航领域开展算法实验和科研创新的重要平台。目前存在的无人机导航仿真系统，缺少对实际环境的真实模拟和对飞行器飞行状态的物理模拟，虽然能够高效快捷地得出结论，但仿真结果置信度大大降低。目前存在的无人机导航测试半实物仿真系统，模拟无人机飞行运动的机构模拟精度不高且难以实现六自由度模拟，并且系统稳定性和实时性也不理想，存在仿真效果不够直观，数据分析缓慢等弊端。已经存在的飞行器半实物仿真系统多数是针对特定的导航方式，应用领域较为局限，缺少本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于无人机视觉组合导航测试的半实物仿真系统，其特征在于：包括总控制系统、实验设置系统、运动模拟系统、视觉组合导航测试系统以及可视化仿真评估计算机；所述总控制系统与所述实验设置系统通信相连，用以控制实验设置系统模拟昼夜光照条件和显示实验场景；所述总控制系统与所述运动模拟系统连接，所述总控制系统生成运动和轨迹信息并转换为控制指令，驱动所述运动模拟系统运动，模拟无人机实际飞行中位置速度及姿态角的变化；所述运动模拟系统分别与所述总控制系统和可视化仿真评估计算机相连，用以将采集的位置L

【技术特征摘要】
1.一种用于无人机视觉组合导航测试的半实物仿真系统，其特征在于：包括总控制系统、实验设置系统、运动模拟系统、视觉组合导航测试系统以及可视化仿真评估计算机；所述总控制系统与所述实验设置系统通信相连，用以控制实验设置系统模拟昼夜光照条件和显示实验场景；所述总控制系统与所述运动模拟系统连接，所述总控制系统生成运动和轨迹信息并转换为控制指令，驱动所述运动模拟系统运动，模拟无人机实际飞行中位置速度及姿态角的变化；所述运动模拟系统分别与所述总控制系统和可视化仿真评估计算机相连，用以将采集的位置Lα、速度Vα和姿态Pα信息反馈给所述总控制系统和可视化仿真评估计算机；所述视觉组合导航测试系统与所述可视化仿真评估计算机通信相连，用以将采集的图像及位置Lβ、速度Vβ、和姿态Pβ信息，利用待测视觉导航算法解算出无人机模拟运动的实时位置Lγ、速度Vγ、和姿态Pγ信息，并通过可视化仿真评估计算机对所述运动模拟系统反馈的位置Lα、速度Vα和姿态Pα信息与视觉组合导航测试系统解算的位置Lγ、速度Vγ、和姿态Pγ信息进行对比显示与评价，实现对待测算法的测试评估。


2.根据权利要求1所述的一种用于无人机视觉组合导航测试的半实物仿真系统，其特征在于：所述待测视觉导航算法能够选择包括基于卡尔曼滤波的视觉/惯性组合导航算法、基于特征匹配的惯性/视觉里程计组合导航算法或基于机器学习的视觉/惯性组合导航算法。


3.根据权利要求1所述的一种用于无人机视觉组合导航测试的半实物仿真系统，其特征在于：
所述实验设置系统包括昼夜光照调节器和沙盘或投影装置；所述沙盘或投影装置将实验场景显示于水平面，所述昼夜光照调节器置于沙盘或投影装置显示上方，用以保持特定光照条件；所述特定光照条件包括一天中不同时刻不同环境的光照模拟；
所述总控制系统包括上位机和总线运动控制器；所述上位机与所述总线运动控制器通过EtherCAT总线相连；所述上位机与所述实验设置系统之间通过网络通信，所述上位机包括光照场景设置模块和运动控制模块；所述光照场景设置模块用于控制实验设置系统中的昼夜光照调节器和沙盘或投影装置调节光照并模拟特定实验场景；所述运动控制模块用于设置无人飞行器特定的运动及轨迹信息，包括每个时刻对应的位置、速度和姿态角，然后将运动及轨迹信息转换为控制信号，通过总线运动控制器控制运动模拟系统；运动模拟系统采集的位置Lα、速度Vα和姿态Pα信息由总线运动控制器接收后反馈给上位机上的运动控制模块，形成闭环控制，并实现实时数据监控。


4.根据权利要求3所述的一种用于无人机视觉组合导航测试的半实物仿真系统，其特征在于：
所述特定实验场景包括平原、山地、沙漠、森林、草地和城市不同纹理信息的实验场景。


5.根据权利要求3所述的一种用于无人机视觉组合导航测试的半实物仿真系统，其特征在于：
所述运动模拟系统包括伺服电机、平动运动机构、转动运动机构以及位置姿态反馈单元；所述平动运动机构采用的是三轴桁架，包括x轴桁架、y轴桁架和z轴桁架，通过三轴桁架实现线性运动响应；所述转动运动机构采用的是三轴转台，通过三轴转台实现转动运动响应，所述三轴转台固定于三轴桁架上，用以实现6自由度运动模拟，即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度；所述伺服电机分别与所述平动运动机构和转动运动机构连接；所述运动模拟系统置于沙盘或投影显示之上，所述总线运动控制器通过EtherCAT总线与伺服电机连接，用以接收所述运动控制模块发送的运动控制信号，驱动伺服电机，进而控制平动运动机构和转动运动机构；所述位置姿态反馈单元安装在所述平动运动机构和转动运动机构中，用以采集三轴桁架和三轴转台的运动信息；所述位置姿态反馈单元分别与所述总线运动控制器和可视化仿真评估计算机连接，用以将采集位置Lα、速度Vα和姿态Pα信息反馈给总线运动控制器和可视化仿真评估计算机，...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈英，李非，吴衔誉，黄峰，林忠麟，杨鹏飞，谢钰，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35