[發明專利]一種無人機集群集中式硬件在回路仿真系統及方法

在審

• 申請號: 202111150270.7
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113867173A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 王振北;楊宇;劉暢;李杰
• 申請（專利權）人: 北京大翔航空科技有限公司
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 袁瑞霞

1.一種無人機集群集中式硬件在回路仿真系統，其特征在于，無人機集群由兩個以上節點組成，所述仿真系統包括監控計算機、一臺飛行仿真計算機以及對應每個節點的仿真模塊；每個仿真模塊包括該節點的數據處理模塊和自駕儀；每個節點的自駕儀均連接至所述飛行仿真計算機；

其中，所述監控計算機發布集群控制指令到各個數據處理模塊，用于監控無人機集群運行，發送修改自駕儀控制參數指令到各個自駕儀，用于修改集群控制參數與任務；

所述飛行仿真計算機根據各個節點自駕儀實時的飛行控制量，計算下一時刻的飛行狀態量，將飛行狀態量發送給對應節點的自駕儀；

所述自駕儀接收飛行仿真計算機發送的飛行狀態量以及監控計算機發送的修改自駕儀控制參數指令；將飛行狀態量發送給各個數據處理模塊；根據修改自駕儀控制參數指令進行控制參數修改；根據本節點的當前飛行狀態量以及本節點的無人機控制指令，計算飛行控制量，并將飛行控制量反饋給飛行仿真計算機；

每個節點的數據處理模塊，接收本節點自駕儀與其他節點自駕儀的飛行狀態量，根據所述集群控制指令，融合本節點自駕儀與其他節點自駕儀的飛行狀態量，給出本節點的無人機控制指令到本節點的自駕儀。

2.如權利要求1所述的仿真系統，其特征在于，所述飛行仿真計算機包括飛行控制仿真軟件、飛行控制量數據池以及飛行狀態量數據池；

其中，飛行控制量數據池用于存儲各個自駕儀實時的飛行控制量，所述飛行控制量帶有自身節點ID；飛行控制量數據池按照固定的仿真頻率向飛行控制仿真軟件輸出所有節點的飛行控制量；飛行控制量數據池存儲飛行控制量時，根據飛行控制仿真軟件提供的時間基準對飛行控制量進行時間對齊；

飛行控制仿真軟件根據飛行控制量計算下一時刻的飛行狀態量，并輸出飛行狀態量至飛行狀態量數據池；

飛行狀態量數據池首先根據飛行控制仿真軟件提供的時間基準對飛行狀態量進行時間對齊，然后再根據節點ID將飛行狀態量發送至對應節點的自駕儀。

3.如權利要求1或2所述的仿真系統，其特征在于，所述自駕儀反饋的飛行控制量包括油門和舵量。

4.如權利要求1或2所述的仿真系統，其特征在于，所述仿真模塊為嵌入式仿真模塊，所述自駕儀和數據處理模塊均為嵌入式系統。

5.如權利要求1或2所述的仿真系統，其特征在于，所述集群控制指令包括集群態勢感知、數據交互、集群決策、協同編隊與協同攻擊。

6.如權利要求1或2所述的仿真系統，其特征在于，數據處理模塊與自駕儀間通過串口連接，實現雙向實時通信。

7.如權利要求1或2所述的集中式集群無人機硬件在回路仿真系統，其特征在于，所述自駕儀通過數據總線與監控計算機直連或通過數據處理模塊轉發連接。

8.如權利要求7所述的集中式集群無人機硬件在回路仿真系統，其特征在于，自駕儀通過串口數據總線與監控計算機直連時，自駕儀將飛行狀態量以及所有飛行控制參數通過硬件串口發送至監控計算機；監控計算機發送的修改自駕儀控制參數指令通過硬件串口發送至自駕儀，實現自駕儀與監控計算機的雙向數據交互。

9.如權利要求7所述的集中式集群無人機硬件在回路仿真系統，其特征在于，自駕儀通過數據處理模塊與監控計算機連接時，自駕儀將飛行狀態量以及所有飛行控制參數發送至數據處理模塊；數據處理模塊將自駕儀的飛行狀態量以及所有飛行控制參數通過網絡發送至監控計算機；監控計算機發送的修改自駕儀控制參數指令通過網絡發送至數據處理模塊，再經數據處理模塊轉發至自駕儀，從而實現自駕儀與監控計算機的雙向數據交互。

10.一種集中式集群無人機硬件在回路仿真方法，其特征在于，采用如權利要求1-9任意一項所述的集中式集群無人機硬件在回路仿真系統進行仿真，包括如下步驟：

步驟一，在自駕儀中加載飛行控制算法，在數據處理模塊中部署集群決策算法以及協同算法；

步驟二，設置飛行仿真參數，包括各節點飛行器動力學模型、各節點飛行器初始狀態、外部風場模型、節點結束條件以及仿真結束條件；

步驟三，設置飛行控制參數，包括各通道PID參數、航點參數以及各節點的安全參數等，設置完成后各節點進行數據同步，待同步完成后，系統開始仿真；

其中，各節點根據預設的飛行控制算法、協同算法以及集群決策算法等進行仿真；各節點根據預設的節點結束條件，判斷各節點的工作是否結束，若結束執行步驟四，否則返回執行步驟三；

步驟四，根據仿真結束條件判斷，整體仿真是否結束，若結束則分析仿真數據，完成仿真，否則返回執行步驟三，直至整體仿真結束。