一种虚实结合仿真系统中控制补偿方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种虚实结合仿真系统中控制补偿方法及装置，该方法包括：确定虚拟无人机与实体无人机的目标飞行路径；确定虚拟、实体无人机基于目标飞行路径飞行过程中，位于全局坐标系中的实时位置信息；基于飞控解算功能对虚拟、实体无人机下一时刻的实时位置信息进行计算，以分别得到虚拟无人机与实体无人机的第一速度信息；分别基于虚拟、实体无人机的第一速度信息计算得到虚拟、实体无人机的加速度信息；对虚拟、实体无人机的加速度信息进行耦合解算，以基于虚拟无人机的加速度信息对实体无人机进行速度上的控制补偿，得到修正后的实体无人机的第二速度信息，第二速度信息用于使为虚拟无人机与实体无人机飞行状态一致。虚拟无人机与实体无人机飞行状态一致。虚拟无人机与实体无人机飞行状态一致。

【技术实现步骤摘要】
一种虚实结合仿真系统中控制补偿方法及装置


[0001]本专利技术实施例涉及计算机
，特别涉及一种虚实结合仿真系统中控制补偿方法及装置。

技术介绍

[0002]无人机仿真，是设计无人机、验证无人机相关算法、构想无人机作战样式等行动必须经过的一环。目前的无人机仿真，在无人机动力学、无人机避障、无人机集群任务规划等领域大放光彩，起到了不可替代的作用。虚实结合仿真，是近年来发展较快的仿真方法，在武器效能评估、作战装备试验、工业生产组装等方面起到了良好的效果。虚实结合的仿真方法，将计算机虚拟空间中的元素与现实世界中的元素相结合，起到跨空间调配资源、跨时间调用环境的作用。虚实结合仿真可以在有限的实物条件下，以虚拟环境中的要素来补充实物的不足，例如在将实物无人机与虚拟传感器相结合，使实物无人机在虚拟的环境中进行仿真，达到与实际环境中仿真相同的效果。
[0003]仿真，是装备研制与战术技术训练的先行官。而无人机仿真，则是无人机算法验证和战法研究的有力工具。随着遗传算法、模拟退火算法、粒子群算法、蚁群算法等各种智能算法的发展，无人机有关问题的解决，也逐渐采用了改进的智能算法。为了验证这些算法的有效性，纯物理系统存在着诸多限制，第一，无人机数量受限，普通的实验室无法使用几十上百架无人机进行算法验证。第二，能量受限，无人机的能源往往只能支撑其留空数小时的时间，无法进行长时间或者多次仿真，需要重新充电和部署系统，过程十分繁琐。第三，由于被验证算法往往无法一次成功，在过程中会出现无人机的损坏，导致后续验证无法进行。
[0004]目前往往采用计算机仿真的形式验证算法的可行性，但计算机仿真受限于理想的环境，导致被验证的算法无法直接部署到实物无人机上，需要根据实际测试情况进行调整，延长了算法开发的周期。虚实结合仿真是在全物理仿真难以做到，纯虚拟仿真的可信度无法达到要求时，应运而生的一种仿真技术，虚实结合是完成系统的虚拟仿真和实际待测设备互换互联的结合方式，该方式能发挥虚拟系统仿真具备的接口抽象、功能模拟和测试功能迭代开发的特点，同时结合实际设备的真实性，使得测试满足全面、高效和可靠要求。虚实结合的仿真方式，充分调动了仿真系统中的数字资源和物理资源，使原本如设计—建模—仿真—验证呈线性进行的开发流程，能在仿真与验证阶段并行开展，有效提高了开发效率。
[0005]周知地，算法是智能无人设备的“灵魂”，智能无人设备“智商”的高低，则由算法的好坏决定。算法的布置需要经历设计、编程、仿真、测试的过程，虚实结合仿真的思想是将“仿真”和“测试”过程结合起来，简化繁琐的仿真和测试过程，进而缩短算法开发周期。而时空一致性是搭建分布式仿真系统的基础，当仿真系统规模较大或包含较多异构系统时，时空一致性对仿真结果准确度的影响将会更大。时空一致性包括时间一致性和空间一致性，虚实结合仿真系统中，虚拟空间和实物空间通过时间一致性确保因果和逻辑正确，通过空间一致性确保虚拟实体和实物实体对仿真空间中位置的正确认知。
[0006]进一步地，虚实结合仿真的一个本质要求，是虚拟空间与实物空间的协调。一致的行动取决于一致的认知，一致的认知则建立在仿真系统时空一致性的基础上。可实际应用中，很难实现时空一致性要求，所以降低虚实结合仿真中实物实体与虚拟实体的空间不一致性是现有方案迫切需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种能够用于在虚实结合仿真系统中控制虚拟无人机与实体无人机飞行状态同步的虚实结合仿真系统中控制补偿方法及装置。
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种虚实结合仿真系统中控制补偿方法，应用于无人机的飞行控制中，所述方法包括：
[0009]确定虚拟无人机与实体无人机的目标飞行路径；
[0010]确定所述虚拟无人机与实体无人机基于所述目标飞行路径飞行过程中，位于全局坐标系中的实时位置信息；
[0011]基于飞控解算功能对所述虚拟无人机与实体无人机下一时刻的实时位置信息进行计算，以分别得到所述虚拟无人机与实体无人机的第一速度信息；
[0012]分别基于所述虚拟无人机与实体无人机的第一速度信息计算得到所述虚拟无人机的加速度信息与实体无人机的加速度信息；
[0013]对所述虚拟无人机的加速度信息与实体无人机的加速度信息进行耦合解算，以基于所述虚拟无人机的加速度信息对所述实体无人机进行速度上的控制补偿，得到修正后的所述实体无人机的第二速度信息，所述第二速度信息用于使所述为虚拟无人机与实体无人机飞行状态一致。
[0014]作为一可选实施例，所述全局坐标系为三维空间坐标系，所述虚拟无人机和/或所述实体无人机均具有同为三维的自身坐标系；
[0015]所述方法还包括：
[0016]构建用于将所述自身坐标系下的坐标转换为全局坐标系下的坐标的转换矩阵：
[0017][0018]其中，φ为所述虚拟无人机或实体无人机的滚转角，θ为所述虚拟无人机或实体无人机的俯仰角，ψ为所述虚拟无人机或实体无人机的偏航角。
[0019]作为一可选实施例，所述确定所述虚拟无人机与实体无人机基于所述目标飞行路径飞行过程中，位于全局坐标系中的实时位置信息，包括：
[0020]确定所述虚拟无人机与实体无人机基于所述目标飞行路径飞行过程中，分别位于所述自身坐标系下的实时位置信息；
[0021]基于所述自身坐标系下的实时位置信息及转换矩阵分别对应确定位于所述全局坐标系中的实时位置信息。
[0022]作为一可选实施例，所述实时位置信息为三维坐标信息；
[0023]所述基于飞控解算功能对所述虚拟无人机与实体无人机下一时刻的实时位置信息进行计算，以分别得到所述虚拟无人机与实体无人机的第一速度信息，包括：
[0024]至少基于飞控解算功能对所述虚拟无人机与实体无人机下一时刻的实时位置信息进行计算，以分别得到所述虚拟无人机与实体无人机在x向、y向及z向上的线速度信息。
[0025]作为一可选实施例，所述虚拟无人机与实体无人机均包含四个螺旋桨；
[0026]所述方法还包括：
[0027]构建对应所述虚拟无人机和/或实体无人机的动力学模型，所述动力学模型包括线运动方程及姿态运动力学方程，其中，
[0028]线运动方程为：
[0029][0030]其中，C
T
为升力系数，ω为无人机的螺旋桨的转速，m为无人机的质量；
[0031]姿态运动力学方程为：
[0032][0033]其中，以机头方向规定为x轴正方向，τ
x
为使所述虚拟无人机与实体无人机滚转运动的力矩，τ
y
为使所述虚拟无人机与实体无人机俯仰的力矩，表示无人机的转动惯量，具体包括在x向、y向、z向上的转动惯量，[η,λ,μ]T
为所述虚拟无人机与实体无人机在全局坐标系下的姿态角，且满足关系式：
[0034][0035]作为一可选实施例，所述基于飞控解算功能对所述虚拟无人机与实体无人机下一时刻的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种虚实结合仿真系统中控制补偿方法，应用于无人机的飞行控制中，其特征在于，所述方法包括：确定虚拟无人机与实体无人机的目标飞行路径；确定所述虚拟无人机与实体无人机基于所述目标飞行路径飞行过程中，位于全局坐标系中的实时位置信息；基于飞控解算功能对所述虚拟无人机与实体无人机下一时刻的实时位置信息进行计算，以分别得到所述虚拟无人机与实体无人机的第一速度信息；分别基于所述虚拟无人机与实体无人机的第一速度信息计算得到所述虚拟无人机的加速度信息与实体无人机的加速度信息；对所述虚拟无人机的加速度信息与实体无人机的加速度信息进行耦合解算，以基于所述虚拟无人机的加速度信息对所述实体无人机进行速度上的控制补偿，得到修正后的所述实体无人机的第二速度信息，所述第二速度信息用于使所述为虚拟无人机与实体无人机飞行状态一致。2.根据权利要求1中所述的虚实结合仿真系统中控制补偿方法，其特征在于，所述全局坐标系为三维空间坐标系，所述虚拟无人机和/或所述实体无人机均具有同为三维的自身坐标系；所述方法还包括：构建用于将所述自身坐标系下的坐标转换为全局坐标系下的坐标的转换矩阵：其中，φ为所述虚拟无人机或实体无人机的滚转角，θ为所述虚拟无人机或实体无人机的俯仰角，ψ为所述虚拟无人机或实体无人机的偏航角。3.根据权利要求2中所述的虚实结合仿真系统中控制补偿方法，其特征在于，所述确定所述虚拟无人机与实体无人机基于所述目标飞行路径飞行过程中，位于全局坐标系中的实时位置信息，包括：确定所述虚拟无人机与实体无人机基于所述目标飞行路径飞行过程中，分别位于所述自身坐标系下的实时位置信息；基于所述自身坐标系下的实时位置信息及转换矩阵分别对应确定位于所述全局坐标系中的实时位置信息。4.根据权利要求2中所述的虚实结合仿真系统中控制补偿方法，其特征在于，所述实时位置信息为三维坐标信息；所述基于飞控解算功能对所述虚拟无人机与实体无人机下一时刻的实时位置信息进行计算，以分别得到所述虚拟无人机与实体无人机的第一速度信息，包括：至少基于飞控解算功能对所述虚拟无人机与实体无人机下一时刻的实时位置信息进行计算，以分别得到所述虚拟无人机与实体无人机在x向、y向及z向上的线速度信息。5.根据权利要求4中所述的虚实结合仿真系统中控制补偿方法，其特征在于，所述虚拟无人机与实体无人机均包含四个螺旋桨；
所述方法还包括：构建对应所述虚拟无人机和/或实体无人机的动力学模型，所述动力学模型包括线运动方程及姿态运动力学方程，其中，线运动方程为：其中，C
T
为升力系数，ω为无人机的螺旋桨的转速，m为无人机的质量；姿态运动力学方程为：其中，以机头方向规定为x轴正方向，τ
x
为使所述虚拟无人机与实体无人机滚转运动的力矩，τ
y
为使所述虚拟无人机与实体无人机俯仰的力矩，表示无人机的转动惯量，具体包括在x向、y向、z向上的转动惯量，[η,λ,...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚建兴，黄健，刘权，毛子泉，高家隆，胡海，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：