[發明專利]一種臨近空間浮空器半物理仿真系統、航電系統測試與飛控半物理仿真方法及地面操縱方法

有效

• 申請號: 201611252140.3
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106855693B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 趙磊
• 申請（專利權）人: 北京天恒長鷹科技股份有限公司
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 郎志濤

1.一種臨近空間浮空器航電系統測試與飛控半物理仿真方法，根據一種基于模塊化設計的臨近空間浮空器半物理仿真系統來執行，其特征在于：

所述仿真系統包括機載計算機、仿真計算機、執行機構、采集系統、鏈路系統、地面測控站、調試分線盒；

機載計算機，包括飛行管理計算機、飛行控制計算機和采集計算機，實現機載數據采集、機載數據處理、飛行控制及安全控制；機載計算機內運行與其實際工作時的機載程序；所述機載程序包括機載數據采集、機載數據處理程序、飛行控制程序和安全控制程序；所述飛行控制程序包含遙控與自主飛行功能，用于根據地面遙控指令或浮空器當前狀態與自主飛行算法解算作動機構控制量；

仿真計算機，其采用高計算能力工作站，運行模擬臨近空間浮空器飛行的仿真程序；仿真計算機與機載計算機之間通過串口進行通信，仿真計算機接收來自機載計算機解算出的作動機構控制量，通過仿真計算得到下一時刻浮空器的飛行狀態，并回傳給飛行控制計算機；所述仿真計算機用于根據機載計算機發送的相對位姿的初值和相對位置的初值生成仿真場景并控制三軸電動轉臺和三維平移臺運動；仿真計算機還用于根據所述機載計算機推送的導航參數與仿真場景中的仿真真值比較，作為評價待驗證算法性能的依據；

執行機構包括高空螺旋槳推進系統、矢量推進系統、噴氣推進系統與氣動舵面；

采集系統，用于采集浮空器在飛行時的狀態；

鏈路系統，其是地面測控站與機載端的通信媒介；

地面測控站，其是地面人員的操控終端，接受來自機載端的遙測數據，將其解析展示給操縱人員，實現對浮空器的監測；還用于將操縱人員的操縱指令上傳至機載端，實現對浮空器的控制；

調試分線盒，其是將機載計算機所有物理接口進行整合的設備，對各個端口進行重新配置，實現模塊化處理；

機載計算機與采集系統之間進行數據交互，所述數據包括浮空器當前遙測數據；機載計算機向調試分線盒發送執行機構當前狀態，調試分線盒將浮空器當前飛行狀態返回給機載計算機；調試分線盒通過串口與仿真計算機進行信息交互；機載計算機與鏈路系統進行數據交互，該數據包括遙控遙測數據；機載計算機通過鏈路系統與地面測控站進行信息交互；

鏈路系統包括通訊鏈路機載端、衰減器中的任一項及其組合；

仿真計算機包括模擬臨近空間浮空器、浮空器運動學和動力學模型中的任一項及其組合；

所述仿真方法包括：(1)單獨測試航電系統各設備狀態；(2)進行半物理系統集成；將模塊化的臨近空間浮空器半物理系統進行集成，在Windows+RTX實時系統環境下，根據半物理仿真試驗規定的通訊協議，對浮空器飛行數據信號進行編碼，將浮空器的行程狀態信號以及噴流狀態信號發送給仿真設備，臨近空間浮空器半物理系統通過接收仿真設備計算出來的浮空器數據信號，完成各模塊之間的數據通信；(3)分系統測試；依次進行系統通訊測試、采集測試、遙控測試來檢驗數據鏈路、傳感器與機載計算機的有效性；(4)啟動仿真計算機浮空器模型模擬程序；進行浮空器飛行運動仿真，實時計算在執行機構作用下的浮空器運動狀態；根據浮空器的一般動力學模型建立適用于特征參數實時在線識別的特征模型，構建浮空器特征參數與浮空器運動狀態之間的關系，再根據浮空器上現有傳感器對運動狀態量的可測量結果，構建出用于在線實時綜合識別浮空器飛行狀態的特征狀態量；(5)由地面測控站進行不同模式下半物理仿真試驗；依次進行遙控飛行、定航向飛行、航路跟蹤飛行、區域駐留飛行的預定飛行模式半物理仿真，并進行各飛行模式切換；(6)進行全系統長時考機。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：機載計算機發送飛控執行指令給執行機構，執行機構將設備當前的狀態返回給機載計算機。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：采集系統包括溫度傳感器、拉力傳感器、位姿傳感器、風場傳感器中的任一項及其組合。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：執行機構包括帶載電機、控制舵面、矢量電機、囊體閥門中的任一項及其組合。