一种无人直升机三维仿真训练系统及设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无人直升机三维仿真训练系统及设计方法，本系统中无人直升机系统仿真软件用于模拟无人直升机飞行控制，并传输飞行状态数据；地面测控软件用于航线规划及飞行监控，三维视景显示软件用于显示对无人直升机模拟飞行过程进行三维显示。本方法首先对无人直升机气动载荷计算建模；接着构建出无人直升机非线性飞行动力学模型；然后结合飞控组件将无人直升机系统进行软件化形成无人直升机系统仿真软件的各个仿真组件；最后将无人直升机飞行轨迹、姿态在三维视景中实时展现。本发明专利技术提升了无人直升机训练质量，降低无人直升机培训及训练难度、成本和风险，同时便于操作人员在外场进行任务仿真，进一步降低任务执行的风险。险。险。

【技术实现步骤摘要】
一种无人直升机三维仿真训练系统及设计方法


[0001]本专利技术属于无人直升机飞行仿真
，特别是涉及一种无人直升机三维仿真训练系统及设计方法。

技术介绍

[0002]无人直升机作为高新技术设备，技术含量高、结构复杂、价格昂贵，实训教学存在构造原理难以理解、故障发生难模拟、训练操作难体验、装备损耗难控制四大难题。无人直升机三维仿真系统主要为了提升无人直升机训练质量，降低无人直升机培训及训练难度、成本和风险，同时便于操作人员在外场进行任务仿真，进一步降低任务执行的风险。无人直升机三维仿真系统对无人直升机特性、飞控系统、各传感器系统、舵控系统进行精确数学建模，以纯软件的方式构建无人直升机系统，并且将直升机飞行轨迹、姿态在三维视景中实时展现，使得对于直升机飞行以及相关操纵训练和实际保持一致，可以逼真地训练机组人员执行常规任务，以及处理各种典型故障与应急情况。
[0003]已查到公开专利、技术文献中，无人直升机仿真系统过于复杂，整个系统所涉及到的硬件资源过多，系统太过庞大，不利于外场快速进行任务仿真。如一种无人直升机模拟训练系统及其控制方法一文中给出的无人直升机模拟训练系统包括无人直升机机体、主控站、数据链系统、机动站等硬件设施，此系统只适合于实验室条件下进行人员训练模拟且系统运行成本过高。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于解决现有技术中无人直升机仿真系统过于复杂，不利于外场快速进行任务仿真且系统运行成本过高的问题
[0005]为了实现本专利技术目的，本专利技术公开了一种无人直升机三维仿真训练系统，包括无人直升机系统仿真软件、地面测控软件、三维视景显示软件；
[0006]无人直升机系统仿真软件用于对无人直升机进行模拟飞行控制，并将飞行状态数据传输至地面测控软件或三维视景显示软件；包括对无人直升机基本性能的模拟仿真，对无人直升机传感器的仿真，对无人直升机飞控的仿真和对模拟仿真的参数设置和进程控制；
[0007]地面测控软件用于实现对无人直升机的航线规划及飞行控制，并根据无人直升机系统仿真软件传回的飞行状态数据对无人直升机进行状态监控和数据存储，以及后期阶段的数据回放分析；
[0008]三维视景显示软件用于多视角显示无人直升机模拟飞行过程。具备模拟飞行过程中无人直升机状态数据显示、航线、飞行轨迹显示、视角切换等功能；
[0009]进一步地，无人直升机系统仿真软件接收地面测控软件发送的控制指令对无人直升机进行模拟控制，同时接收地面测控软件的航线数据进行无人直升机航线飞行仿真；无人直升机系统仿真软件生成飞行状态数据发送内部局域网络中；地面测控软件接收内部局
域网络中飞行状态数据进行飞行状态的监控；三维视景软件接收内部局域网络中飞行状态数据，在三维场景中显示无人直升机三维模型，通过数据驱动进行三维模拟仿真。
[0010]进一步地，无人直升机系统仿真软件包括动力学模型仿真模块、数个传感器仿真组件、飞控组件、舵控系统组件；受训人员通过地面测控软件发送控制指令至飞控组件；无人直升机动力学模型仿真模块用于根据机体运动方程对无人直升机飞行动力学模型进行仿真，传感器仿真组件用于模拟各传感器仿真子单元接收到的模型状态反馈量按照协议打包成对应设备数据报文，无人直升机飞控组件用于无人直升机飞行控制，无人直升机舵控系统组件用于将模拟的舵机位置数据按照实际转换关系发送给模型用于直升机动力学学模型解算。
[0011]进一步地，飞控组件根据接收到的指令作出响应生成对舵控系统组件的控制量参数传递给舵控系统组件；舵控系统组件作出响应将舵机控制量输出给动力学模型仿真模块进行无人直升机状态解算并将解算的无人直升机飞行状态数据给各传感器仿真组件；同时飞控组件调用各传感器仿真组件生成的传感器仿真数据并结合控制指令实现对无人直升机的仿真飞行控制；飞控组件将无人直升机实时飞行状态数据传递给地面测控软件进行监控；地面测控软件将接收到的无人直升机实时飞行状态数据传递给三维视景显示软件进行无人直升机飞行姿态的显示。
[0012]进一步地，三维视景显示软件将接收到的无人直升机实时飞行状态数据在三维视景中进行飞行轨迹和姿态的显示，同时显示训练模拟场景，使得无人直升机仿真更加逼真与实际一致。
[0013]进一步地，无人直升机系统仿真软件、地面测控软件、三维视景显示软件之间通过网络相互通信，能够同时部署在一台计算机中，也能够分别部署在不同的计算机中。
[0014]进一步地，飞控组件的飞行控制功能包括自动起飞、自动降落、自动悬停、巡航飞行、盘旋飞行、自动归航与自动程控。
[0015]为了实现本专利技术的目的，本专利技术还公开了一种无人直升机三维仿真训练系统设计方法，包括以下步骤：
[0016]步骤1、对无人直升机旋翼、机身、尾桨、垂尾及平尾气动载荷计算建模；
[0017]步骤2、根据步骤1中各部件气动载荷构建机体刚性运动微分方程和姿态微分方程，构建出无人直升机非线性飞行动力学模型，实现从操纵输入至无人直升机全状态量输出的飞行特性模拟；
[0018]步骤3、根据传感器仿真组件、舵控系统组件特性构建其数学模型，结合飞控组件将无人直升机系统进行软件化形成无人直升机系统仿真软件的各个仿真组件；
[0019]步骤4、将无人直升机飞行轨迹、姿态在三维视景中实时展现，使得对于无人直升机飞行以及相关操纵训练和实际保持一致。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的显著进步在于：无人直升机作为高新技术设备，技术含量高、结构复杂、价格昂贵，实训教学存在构造原理难以理解、故障发生难模拟、训练操作难体验、装备损耗难控制四大难题。本专利技术提升了无人直升机训练质量，降低无人直升机培训及训练难度、成本和风险，同时便于操作人员在外场进行任务仿真，进一步降低任务执行的风险。
[0021]为更清楚说明本专利技术的功能特性以及结构参数，下面结合附图及具体实施方式进
一步说明。
附图说明
[0022]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，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。在附图中：
[0023]图1为无人直升机系统仿真软件结构示意图；
[0024]图2为无人直升机三维仿真训练系统组成图。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]如图1
‑
图2所示，图1为无人直升机系统仿真软件结构示意图，无人直升机系统仿真软件包括动力学模型仿真模块、数个传感器仿真组件、飞控组件、舵控系统组件。图2为无人直升机三维仿真训练系统组成图，无人直升机三维仿真训练系统包括无人直升机系统仿真软件、地面测控软件、三维视景显示软件。受训人员通过地面测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人直升机三维仿真训练系统，其特征在于，包括无人直升机系统仿真软件、地面测控软件、三维视景显示软件；所述无人直升机系统仿真软件用于对无人直升机进行模拟飞行控制，并将飞行状态数据传输至地面测控软件和三维视景显示软件；所述地面测控软件用于实现对无人直升机的航线规划及飞行控制，并根据无人直升机系统仿真软件传回的飞行状态数据对无人直升机进行状态监控和数据存储；所述三维视景显示软件用于多视角显示无人直升机模拟飞行过程。2.根据权利要求1所述的一种无人直升机三维仿真训练系统，其特征在于，无人直升机系统仿真软件接收地面测控软件发送的控制指令对无人直升机进行模拟控制，同时接收地面测控软件的航线数据进行无人直升机航线飞行仿真；无人直升机系统仿真软件生成飞行状态数据发送内部局域网络中；地面测控软件接收内部局域网络中飞行状态数据进行飞行状态的监控；三维视景软件接收内部局域网络中飞行状态数据，在三维场景中显示无人直升机三维模型，通过数据驱动进行三维模拟仿真。3.根据权利要求2所述的一种无人直升机三维仿真训练系统，其特征在于，所述无人直升机系统仿真软件包括动力学模型仿真模块、数个传感器仿真组件、飞控组件、舵控系统组件；受训人员通过地面测控软件发送控制指令至飞控组件；飞控组件根据接收到的指令作出响应生成对舵控系统组件的控制量参数传递给舵控系统组件；舵控系统组件作出响应将舵机控制量输出给动力学模型仿真模块进行无人直升机状态解算并将解算的无人直升机飞行状态数据给各传感器仿真组件；同时飞控组件调用各传感器仿真组件生成的传感器仿真数据并结合控制指令实现对无人直升机的仿真飞行控制；飞控组件将无人直...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘云辉，刘宝，张小华，阎世昌，赵国立，
申请(专利权)人：中国人民解放军总参谋部第六十研究所，
类型：发明
国别省市：