一种无人机自动驾驶仿真平台制造技术

本发明专利技术公开了一种无人机自动驾驶仿真平台，包括场景管理模块、传感器管理模块、仿真模拟模块和飞行控制器。场景管理模块预加载多个仿真场景以及组件模型；传感器管理模块预加载多类型传感器模型；仿真模拟模块嵌入多个无人机模型，渲染当前用于显示的仿真场景，加载本次仿真使用的无人机模型，并根据传感器参数在无人机模型上绑定传感器模型，将无人机模型的位置状态和传感器模型的采集数据输出至待优化的自动驾驶算法，接收自动驾驶算法反馈的控制指令发送至飞行控制器；飞行控制器接收控制指令，并根据控制指令调整无人机模型的状态。本发明专利技术的无人机自动驾驶仿真平台，支持视觉算法的训练及验证。法的训练及验证。法的训练及验证。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机自动驾驶仿真平台


[0001]本专利技术属于无人机仿真
，具体涉及一种无人机自动驾驶仿真平台。

技术介绍

[0002]近年来，随着无人机智能化程度不断提高，无人机在民用类和军事类活动中的使用越来越广泛。基于此背景，良好的无人机通用仿真平台的重要性越发显现。相较于其他智能体(无人车、地面机器人)，无人机的运动控制更复杂，更易出现失控等问题，若利用真实无人机优化自动驾驶算法耗费的时间和成本太高，且在开放空中测试仍受到相关法规限制，同时存在极端天气条件和场景复现困难、测试安全存在隐患等问题，因此，在无人机算法开发和应用过程中，可靠、高效的通用仿真平台至关重要。
[0003]无人机自动驾驶仿真测试平台必须要具备几种核心能力：真实还原测试场景、高效利用信息系统数据生成仿真场景、云端大规模并行加速等，使得仿真测试满足自动驾驶感知、决策规划和控制全栈算法的闭环。目前包括科技公司、仿真软件企业、高校及科研机构等主体都在积极投身虚拟仿真平台的建设。
[0004]目前已有的开源无人机仿真平台，在通用性上普遍做的不到位，它们或是只支持一种类型的无人机，比如多旋翼或者固定翼；或是只支持一架无人机的仿真。一个支持多机多类型多无人设备的无人机通用仿真平台，是业界所需要的。
[0005]目前主流的无人机仿真平台利用激光或毫米波雷达实施避障，但激光雷达存在负载重、计算量大的缺点，随着视觉算法稳定性不断提升，目前视觉避障成为自动驾驶避障的新方向，但目前主流的已有的无人机仿真平台是基于Gazebo开发，其具有良好的物理动力学特性，但3D环境渲染差强人意，无法支撑视觉算法的训练及验证。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种无人机自动驾驶仿真平台，支持视觉算法的训练及验证。
[0007]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：
[0008]一种无人机自动驾驶仿真平台，所述无人机自动驾驶仿真平台，包括场景管理模块、传感器管理模块、仿真模拟模块和飞行控制器，其中：
[0009]场景管理模块，预加载多个仿真场景以及组件模型，并用于根据用户命令切换当前用于显示的仿真场景以及切换仿真场景中的组件模型；
[0010]传感器管理模块，预加载多类型传感器模型，并用于根据用户命令增减当前显示的仿真场景中的传感器模型以及调整传感器参数；
[0011]仿真模拟模块，嵌入多个无人机模型，渲染当前用于显示的仿真场景，加载本次仿真使用的无人机模型，并根据传感器参数在无人机模型上绑定传感器模型，将无人机模型的位置状态和传感器模型的采集数据输出至待优化的自动驾驶算法，接收自动驾驶算法反馈的控制指令发送至飞行控制器；
[0012]所述飞行控制器，用于接收所述仿真模拟模块发送的控制指令，并根据所述控制指令调整无人机模型的位置状态。
[0013]以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
[0014]作为优选，所述仿真场景以及组件模型由UE4引擎创建并发送至所述场景管理模块。
[0015]作为优选，所述仿真场景中包括天气以及光照强度的设置。
[0016]作为优选，所述传感器管理模块基于QT工具搭建。
[0017]作为优选，所述传感器模型包括GPS、IMU和相机，无人机模型基于相机获得的图像包括RGB图像、深度图和红外图。
[0018]作为优选，所述仿真模拟模块基于AirSim模拟器实现。
[0019]作为优选，所述AirSim模拟器内配置多种类型的无人机动力学模型，一个无人机模型内设有一个或多个相同的无人机动力学模型。
[0020]作为优选，所述待优化的自动驾驶算法运行在ROS操作系统上，通过ROS操作系统与AirSim模拟器进行交互。
[0021]作为优选，所述AirSim模拟器将无人机模型的位置状态发送至UE4引擎，由所述UE4引擎在当前用于显示的仿真场景中进行无人机模型的渲染显示。
[0022]作为优选，所述仿真模拟模块通过Mavlink通讯协议与飞行控制器交互。
[0023]本专利技术提供的一种无人机自动驾驶仿真平台，采用模块化架构，可靠性高，且便于维护和扩展，具有高保真3D环境渲染、多机多类型无人机、传感器模型、自动驾驶算法仿真，支持多旋翼无人机、固定翼无人机和复合翼无人机，并包含了所有主流传感器(Camera、LiDAR、Radar、GPS、IMU等)，可支持自动驾驶算法在视觉环境下仿真。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的无人机自动驾驶仿真平台的结构示意图；
[0025]图2为本专利技术一种实施例中的无人机自动驾驶仿真平台的结构示意图。
具体实施方式
[0026]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，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本专利技术。
[0028]为了克服现有技术中仿真平台的缺陷，本实施例提供一种无人机自动驾驶仿真平台(简称Javsim仿真平台)，采用模块化架构，具有可靠性高，且便于维护和扩展，支持多旋翼无人机、固定翼无人机和复合翼无人机，并包含了所有主流传感器(Camera、LiDAR、
Radar、GPS、IMU等)，能够支撑视觉算法的训练及验证。
[0029]如图1所示，本实施例的无人机自动驾驶仿真平台，包括：场景管理模块、传感器管理模块、仿真模拟模块和飞行控制器，各模块详细描述如下。
[0030]1)场景管理模块
[0031]本实施例中Javsim仿真平台预设多个仿真场景以及组件模型，运用UE4开发平台(UE4引擎)创建多个仿真场景以及组件模型并打包至Javsim仿真平台中，包括城市、森林、仓库、洞穴等虚拟渲染仿真场景以及筒状物、围栏、横幅等组件模型，用户可通过交互界面快速切换选择不同场景进行算法训练评估，并且还可以根据提供的组件模型在指定的仿真场景中增减或替换组件模型，以搭建高保真仿真场景环境。
[0032]UE4引擎提供了强大的3D虚拟渲染平台，可验证视觉算法在不同天气、光照下的检测准确率，通过对UE4二次开发工具(例如“天空大气”组件、Infinity Weather、天空球等)的使用，可自由设置仿真场景中不同的天气状况及强度，包括：雨、雪、雾、风速、落叶、沙尘等，同时通过调取UE4引擎中的天空球对仿真场景的光照强度进行自由设置，通过采集不同天气、光照下仿真素材，不断强化视觉，同时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机自动驾驶仿真平台，其特征在于，所述无人机自动驾驶仿真平台，包括场景管理模块、传感器管理模块、仿真模拟模块和飞行控制器，其中：所述场景管理模块，预加载多个仿真场景以及组件模型，并用于根据用户命令切换当前用于显示的仿真场景以及切换仿真场景中的组件模型；所述传感器管理模块，预加载多类型传感器模型，并用于根据用户命令增减当前显示的仿真场景中的传感器模型以及调整传感器参数；所述仿真模拟模块，嵌入多个无人机模型，渲染当前用于显示的仿真场景，加载本次仿真使用的无人机模型，并根据传感器参数在无人机模型上绑定传感器模型，将无人机模型的位置状态和传感器模型的采集数据输出至待优化的自动驾驶算法，接收自动驾驶算法反馈的控制指令发送至飞行控制器；所述飞行控制器，用于接收所述仿真模拟模块发送的控制指令，并根据所述控制指令调整无人机模型的位置状态。2.如权利要求1所述的无人机自动驾驶仿真平台，其特征在于，所述仿真场景以及组件模型由UE4引擎创建并发送至所述场景管理模块。3.如权利要求1所述的无人机自动驾驶仿真平台，其特征在于，所述仿真场景中包括天气以及光照强度的设置。4.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：管达志，肖舟旻，刘英杰，徐庶，张丹，
申请(专利权)人：中国电子科技南湖研究院，
类型：发明
国别省市：