虚拟长机模式下的固定翼编队飞行控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种虚拟长机模式下的固定翼编队飞行控制系统及控制方法：仿真模块模将仿真出的虚拟长机传送至Mission Planner地面站模块；该虚拟长机按照预先设置好的期望轨迹在地面站模块飞行；地面站模块将虚拟长机的位置信息通过地面端数传模块实时传送至机载接收端数传模块，机载接收端数传模块将收到的信息传送至飞行控制器；传感器模块实时采集固定翼无人机的姿态、速度、位置信息，并将采集的信息传送至飞行控制器和机载接收端数传模块；飞行控制器根据收到的信息控制该固定翼无人机按照预设好的编队飞行的方式飞行；机载接收端数传模块将收到的信息通过地面端数传模块传送至地面站模块显示。本发明专利技术有效降低了编队飞行的故障风险，提高了整体的鲁棒性。

Flight control system and control method of fixed wing formation in virtual long machine mode

【技术实现步骤摘要】
虚拟长机模式下的固定翼编队飞行控制系统及控制方法
本专利技术属于定位导航与控制技术
，尤其涉及一种虚拟长机模式下的固定翼编队飞行控制系统及控制方法。
技术介绍
随着微电子传感器、嵌入式处理器和通信技术的迅速发展，多无人机编队控制系统已成为论文广泛研究的课题。编队技术在科学研究，交通运输，地质勘测以及未来无人作战的国防领域都具有非常重要的工程应用价值。近年来多无人机编队控制的研究学者们提出了许多不同的编队控制算法和策略，相对成熟的编队控制方法有：1)Leader-Follower；2)基于行为法；3)虚拟结构法。在“Leader-Follower”方式中，编队中其中一架飞机作为长机，其他飞机作为僚机，编队中各僚机跟踪相对于长机的某个固定偏差，从而保持队形。该方法的优点是原理简单、易于实现。缺点是编队的鲁棒性和稳定性太差，长机直接控制了整个编队，在实际应用中如长机出现故障，则整个编队会处于失控状态；基于行为法是一类模拟生物反应式行为机制的编队控制方法，它具有很好的灵活性和鲁棒性，但缺点是无法精确的编队保持，也很难用数学方法对系统进行稳定性分析。虚拟结构法是编队间各飞机利用信息共享从而精确的保持编队队形，然而在实际应用中，需要数传支持多点对多点的组网模式，目前很难有数传能达到此要求
技术实现思路
专利技术目的：解决现有技术中存在长僚机模式下鲁棒性差等问题，本专利技术提供一种虚拟长机模式下的固定翼编队飞行控制系统及控制方法。技术方案：本专利技术提供一种虚拟长机模式下的固定翼编队飞行控制系统，该系统包括：仿真模块、MissionPlanner地面站模块、数传模块、固定翼无人机、飞行控制器、传感器模块；所述数传模块包括地面端数传模块和机载接收端数传模块；所述仿真模块模拟出一个虚拟长机，并将该虚拟长机传送至MissionPlanner地面站模块；该虚拟长机在MissionPlanner地面站模块按照在MissionPlanner地面站模块上预先设置好的期望轨迹飞行；所述机载接收端数传模块、飞行控制器、传感器模块均设置在固定翼无人机上；所述MissionPlanner地面站模块将虚拟长机的位置信息通过地面端数传模块实时传送至机载接收端数传模块，所述机载接收端数传模块将收到的虚拟长机的位置信息传送至飞行控制器；所述传感器模块实时采集固定翼无人机的姿态信息、速度信息、位置信息，并将采集的信息传送至飞行控制器和机载接收端数传模块；所述飞行控制器根据收到的信息控制该固定翼无人机按照预设好的编队飞行的方式飞行；所述机载接收端数传模块将收到的固定翼无人机的姿态信息、速度信息、位置信息通过地面端数传模块传送至MissionPlanner地面模块站显示。进一步的，所述地面端数传模块与MissionPlanner地面站通过USB进行通信。进一步的，所述仿真模块模通过TCP协议将虚拟长机接入MissionPlanner地面站模块。进一步的，所述仿真模块为SITL仿真。进一步的，所述地面端数传模块和机载接收端数传模块均采用P900无线传输设备。进一步的，所述传感器模块包括IMU和GPS；所述IMU用于采集固定翼无人机的姿态信息，GPS用于采集固定翼无人机的位置信息和速度信息。虚拟长机模式下的固定翼编队飞行控制系统的控制方法具体为：仿真出一个虚拟长机，并设置好改虚拟长机的飞行航迹和编队的飞行模式；根据虚拟长机的实时位置和僚机的实时姿态、速度、位置，控制僚机跟随虚拟长机按照编队的飞行模型飞行。有益效果：本专利技术结构简单，易于实现，有效降低了编队飞行的故障风险，提高了整体的鲁棒性。附图说明图1为本专利技术的系统图；图2为本专利技术的SITL运行原理图。具体实施方式构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。如图1所示，本实施例提供一种虚拟长机模式下的编队飞行控制方法；该方法包括仿真模块、MissionPlanner地面站模块、数传模块、固定翼无人机、飞行控制器、传感器模块。如图2所示，所述仿真模块为SITL仿真模块，该仿真模块在PC端运行，利用ArduPilot提供的飞控代码编译成可以在PC端运行的可执行文件，模拟无人机的传感器数据来自飞行控制程序中内置的飞行器动力学模型。SITL的仿真数据通过TCP传输协议接入MissionPlanner地面站模块中，在地面站中生成一个虚拟长机。数传模块包括地面站部分的地面端数传模块和机载接收端数传模块。地面端数传模块通过USB与PC连接，接入MissionPlanner地面站模块。地面端数传模块可以同时与多个机载接收端数传模块搭建通信链路，并将多个无人机的飞行状态更新至地面站模块显示。同时也可以通过数传链路回传信息给各个无人机节点，实现数据共享。所述机载接收端数传模块、飞行控制器、传感器模块均设置在固定翼无人机上；传感器模块包括IMU和GPS；所述IMU用于采集固定翼无人机的姿态信息，GPS用于采集固定翼无人机的位置信息和速度信息；所述地面端数传模块将虚拟长机的位置信息通过地面端数传模块实时传送至接收端数传模块，所述接收端数传模块将收到的虚拟长机的位置信息传送至飞行控制器；所述传感器模块实时采集固定翼无人机的姿态信息、速度信息、位置信息，并将采集的信息传送至飞行控制器和接收端数传模块；所述飞行控制器根据收到的信息控制该固定翼无人机按照预设好的编队飞行的方式飞行；所述接收端数传模块将收到的固定翼无人机的姿态信息、速度信息、位置信息通过地面端数传模块传送至MissionPlanner地面站显示。本实施例中地面端数传模块和机载接收端数传模块均采用P900无线传输设备，P900具有1W发射功率，通信距离可达60KM，适合用于无人机通信；固定翼无人机选用油动“改一”机型靶机，上单翼、前拉式布局。MissionPlanner地面站模块用于给操作人员进行监控和发送命令。操作人员可以通过地面站模块对虚拟长机规划航迹，同时可以实时监测僚机(固定翼无人机)的飞行状态和位置信息。地面站模块可以实现将规划任务上传和遥测数据的回传。僚机接收到地面站的规划航线后，将其作为期望，结合自身的导航数据，经过控制算法处理，推算出自身姿态控制方法。固定翼无人机上主要搭载导航传感器模块，飞行控制器，机载端数传模块等。如图2所示，本专利技术应用于编队飞行时的具体流程：步骤1：在PC端运行SITL仿真模块；步骤2：通过TCP通信协议，将SITL仿真数据接入在本机运行的MissionPlanner地面站模块，在地面站模块生成一个虚拟长机；步骤3：地面端数传模块与地面站模块通过USB连接；步骤4：编队中的僚机通过机载端数传模块与地面端数传模块通信，接入地面站，实时获取虚拟长机的实际位置，并根据地面站发送的指令和自身的姿态、速度、位置进行编队飞行。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.虚拟长机模式下的固定翼编队飞行控制系统，其特征在于，包括：仿真模块、MissionPlanner地面站模块、数传模块、固定翼无人机、飞行控制器、传感器模块；所述数传模块包括地面端数传模块和机载接收端数传模块；/n所述仿真模块模拟出一个虚拟长机，并将该虚拟长机传送至Mission Planner地面站模块；该虚拟长机在Mission Planner地面站模块按照在Mission Planner地面站模块上预先设置好的期望轨迹飞行；所述机载接收端数传模块、飞行控制器、传感器模块均设置在固定翼无人机上；所述Mission Planner地面站模块将虚拟长机的位置信息通过地面端数传模块实时传送至机载接收端数传模块，所述机载接收端数传模块将收到的虚拟长机的位置信息传送至飞行控制器；所述传感器模块实时采集固定翼无人机的姿态信息、速度信息、位置信息，并将采集的信息传送至飞行控制器和机载接收端数传模块；所述飞行控制器根据收到的信息控制该固定翼无人机按照预设好的编队飞行的方式飞行；所述机载接收端数传模块将收到的固定翼无人机的姿态信息、速度信息、位置信息通过地面端数传模块传送至Mission Planner地面模块站显示。/n...

【技术特征摘要】
1.虚拟长机模式下的固定翼编队飞行控制系统，其特征在于，包括：仿真模块、MissionPlanner地面站模块、数传模块、固定翼无人机、飞行控制器、传感器模块；所述数传模块包括地面端数传模块和机载接收端数传模块；
所述仿真模块模拟出一个虚拟长机，并将该虚拟长机传送至MissionPlanner地面站模块；该虚拟长机在MissionPlanner地面站模块按照在MissionPlanner地面站模块上预先设置好的期望轨迹飞行；所述机载接收端数传模块、飞行控制器、传感器模块均设置在固定翼无人机上；所述MissionPlanner地面站模块将虚拟长机的位置信息通过地面端数传模块实时传送至机载接收端数传模块，所述机载接收端数传模块将收到的虚拟长机的位置信息传送至飞行控制器；所述传感器模块实时采集固定翼无人机的姿态信息、速度信息、位置信息，并将采集的信息传送至飞行控制器和机载接收端数传模块；所述飞行控制器根据收到的信息控制该固定翼无人机按照预设好的编队飞行的方式飞行；所述机载接收端数传模块将收到的固定翼无人机的姿态信息、速度信息、位置信息通过地面端数传模块传送至MissionPlanner地面模块站显示。


2.根据权利要求1所述的虚拟长机模式下的固定翼编队飞行...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾旭，刘禹，刘正清，王新华，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32