[發明專利]一種無人機模擬訓練系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201410320210.9
• 申請日: 2014-07-07
• 公開（公告）號: CN104111861B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 毛瓊;李小民;齊曉慧;張晨;王正軍;董海瑞;席雷平;矯永康;毛欣;李兵;張鵬
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍軍械工程學院
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455;G06Q50/20
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所13120
• 代理人: 陸林生

技術領域

本發明涉及模擬訓練技術領域。

背景技術

在目前的無人機裝備訓練中，主要采用實裝和模擬器、多媒體訓練系統以及文本和掛圖三種方式進行訓練：實裝和模擬器訓練，是直接利用真實裝備和模擬器開展訓練；多媒體訓練，是依賴于制作的裝備動畫和拍攝的訓練視頻進行講解；而文本和掛圖訓練，則通過閱讀維修訓練資料和平面紙制圖的方式開展訓練。

通常說來，結合實際裝備和模擬器進行訓練效果較好，但受配裝數量、場地、時間、復雜度、安全性以及天氣等各環境因素的限制，訓練效率較低，而且保養、維護、更新實裝和模擬器的費用昂貴，難以滿足訓練需求；現有的多媒體訓練雖然將視頻、文字、動畫以及三維模型組合在了一起，是動態的，但對于無人機這類復雜裝備，這種訓練手段的效果十分有限，并且交互性和自主性差，不能完全像操作真實裝備一樣按受訓者的意圖進行訓練；而掛圖和文本訓練是裝備訓練的傳統手段，是靜態的、二維的，缺乏生動性，學習效率也不高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種沉浸感好、交互性強、自主學習性強、創新性高、功能豐富、集成度高、易于擴展、方便訓練展開、實用性好且訓練效果顯著的無人機模擬訓練系統，使受訓者很快熟悉無人機的基本原理、結構和功能，掌握無人機的操作使用；用于在實裝難以滿足訓練需求的場合，代替實裝開展對無人機的裝備訓練。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種無人機模擬訓練系統，包括人機交互單元、訓練單元、行為交互單元、虛擬仿真模型單元、訓練考核數據單元和多媒體資源單元；

所述人機交互單元包括輸入模塊和顯示模塊，用于通過輸入模塊接收受訓者的操作意圖，并將其轉換為計算機控制語言，然后根據上述控制語言通過顯示器向受訓者呈現訓練單元的用戶操作界面和與虛擬無人機三維仿真模型交互操作的可視化窗口，在操作過程中實時顯示虛擬無人機三維仿真模型的方位和功能狀態，向受訓者呈現調取的多媒體資源，并顯示操作提示、考核任務和結果信息；

所述訓練單元用于通過人機交互單元驗證受訓者，并向經驗證的受訓者提供介紹該無人機模擬訓練系統使用方法的系統操作使用手冊，并通過顯示模塊進行顯示，當受訓者確定掌握使用方法后向受訓者呈現引導單元、探索單元和考核單元；?

所述行為交互單元通過通用接口與訓練單元相連接，用于獲取人機交互單元傳遞過來的受訓者的操作指令，并轉化為對虛擬無人機三維仿真模型的控制指令，以此驅動相應的虛擬仿真模型單元動作；

所述虛擬仿真模型單元接收行為交互單元的控制指令，并提供根據控制指令做出相應動作的虛擬無人機三維仿真模型；

所述訓練考核數據單元，用于通過行為交互單元獲取受訓者在考核時的操作行為，記錄操作行為結果信息，并在考核結束時對考核任務的完成情況進行整體評分，生成考核結果信息，并向受訓者呈現考核結果信息，以及考核結束后對考核結果進行存儲；

所述多媒體資源單元接收來自于訓練單元傳送的命令，用于向該系統的可視化窗口提供調用的多媒體資源，所述多媒體資源為文本、圖片、動畫和視頻，用于顯示訓練內容。

進一步的技術方案，所述虛擬仿真模型單元包括三維模型數據單元、功能狀態仿真單元和關聯關系單元，所述三維模型數據單元提供無人機的三維外觀模型，描述無人機的外在特征，所述外在特征包括無人機的幾何結構、固有屬性和特征現象，所述固有屬性包括紋理、材質，所述特征現象包括光照；這些物理特征的設計能夠給人以真實的感官感受；所述功能狀態仿真單元用于描述無人機子部件的功能狀態；所述關聯關系單元用于描述無人機內部子系統之間的聯系，根據受訓者操作判斷哪些無人機子部件的功能狀態需要進行模擬，以及要模擬子部件的功能狀態單元之間輸入輸出的相互聯系；這三個單元構成的虛擬無人機三維仿真模型向受訓者呈現不同外觀和功能狀態的虛擬樣機，并能夠按照物理規律和運動規則移動，體現其在幾何方位上的運動變化。