[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

本發明提供了一種無人機集群集中式硬件在回路仿真系統及方法，能夠實現低成本的仿真，為無人機集群中每個節點提供實時的飛行仿真數據，同時實現對各無人機間數據通信的仿真。本發明不同于分布式硬件在回路仿真系統，僅需要一臺飛行仿真計算機，就可以為集群中每個節點提供實時的飛行仿真數據，單一計算機實現多飛行器動力學仿真替代每一臺計算機單獨模擬一架飛行器降低了成本。各無人機使用單獨的仿真模塊，可實現對各機間數據通信的仿真，將通信系統的影響也考慮進來，進一步提高了仿真精度。由于只使用一臺仿真計算機，便于攜帶，可在外場實現硬件在回路仿真功能。

技術領域

本發明屬于仿真技術領域，具體涉及一種無人機集群集中式硬件在回路仿真系統及方法。

背景技術

目前，無人機集群的仿真環境主要為數字仿真環境。數字仿真環境中以質點代替無人機，忽略了無人機的動力學特性。此類仿真環境在仿真過程中簡化了無人機的控制模型，忽略了控制過程對無人機集群狀態的影響。環境中所有模型均使用仿真計算機的計算資源，與實際試驗過程中的軟件或模型的運行狀態不同，忽略了機載硬件系統帶來的系統誤差。在數字仿真環境里是使用的計算機計算資源和實際無人機用的計算資源是不同的，該類仿真環境僅適用于算法的初步驗證，對實際的飛行試驗無具體的指導意義。

為了避免純數字仿真系統忽略系統誤差帶來的問題，需要對實際的飛行試驗有具體的指導意義的仿真系統。目前，針對單獨無人機的仿真，存在硬件在回路的仿真方式。此類仿真系統利用多軸轉臺模擬飛行器的實際運動，利用目標生成器模擬導引頭的輸入，利用信道仿真器對模擬數據鏈的無線傳輸。雖然此類仿真環境的仿真可靠性較高，但是其成本高昂、占地面積大，不適用于無人機集群的仿真；對于無人機集群的仿真，現有基本是采用分布式硬件在回路仿真系統，采用單臺環境仿真計算機配合一套機載電氣設備模擬一架飛行器。仿真系統中需要模擬的飛行節點數量，即為計算機及機載電氣設備的數量，一個飛行節點對應一套計算機及機載電氣設備，需要的計算機及機載電氣設備比較多，成本較高，另外所需電腦多，不方便現場調試。

而為了降低成本，減低環境仿真計算機數量，如果將分布式硬件在回路仿真系統中的軟件簡單地合并到一臺環境仿真計算機中運行，忽略了各無人機間數據通信的影響，會導致仿真的實時性差或超出仿真計算機的計算能力而無法仿真，且無法保證仿真過程中的時間一致性。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種無人機集群集中式硬件在回路仿真系統及方法，能夠實現低成本的仿真，為無人機集群中每個節點提供實時的飛行仿真數據，同時實現對各無人機間數據通信的仿真。

為實現上述目的，本發明技術方案如下：

本發明的一種無人機集群集中式硬件在回路仿真系統，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。

其中，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；