一种无人机半实物仿真系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无人机半实物仿真系统包括仿真机、飞控机、PC机、地面站；所述仿真机上搭载有无人机模型模块、传感器模型模块和多功能接口机模块，所述PC机上搭载有仿真机连接视景模块、仿真控制台模块，所述地面站包括地面站控制台模块，各个模块之间独立，以UDP为通信方式进行的数据交互，本发明专利技术可以在硬件层面上测试飞控计算机对于飞控软件的处理性能；使仿真过程更简便；有益于测试无人机的安全保护措施；可以达到更加真实的仿真效果。可以达到更加真实的仿真效果。可以达到更加真实的仿真效果。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机半实物仿真系统


[0001]本专利技术涉及一种无人机仿真技术，尤其涉及一种无人机半实物仿真系统。

技术介绍

[0002]无人机应用领域越来越广,与中小型无人机相比，大型固定翼无人机的研发成本较大，出现飞行事故后的影响严重，所以，为了减少出现飞行事故，提供一个完整可靠的飞行仿真平台直接关乎整个研发迭代过程的效率与成败，当前机载传感器所获取的机体状态数据总会存在一定的不确定性，现有的仿真系统测试不准传感器所获取的机体状态数据，导致仿真效果与实际运行有偏差。
[0003]公开号为CN113835361A的专利公开了一种无人机半物理仿真系统，包括试验管理系统、仿真计算系统、IO仿真系统、信号调理单元、信号断连系统、故障注入系统和飞控机实物，搭配了实时解算环境的半物理仿真系统，能够让被测实物的激励信号更加接近真实运行环境的电气信号，并且能够及时获取被测实物的反馈信号，但是该仿真系统对机载传感器所获取的机体状态数据测试不准，导致仿真效果与实际运行有偏差。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决以上
技术介绍
中提到的问题，提供一种无人机半实物仿真系统，以解决现有技术的问题。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种无人机半实物仿真系统，包括：仿真机、飞控机、PC机；所述仿真机上搭载有无人机模型模块、传感器模型模块和多功能接口机模块，所述PC机上搭载有仿真机连接视景模块、仿真控制台模块、地面站控制台模块、地检软件模块，各个模块之间为独立软件，以UDP为通信方式进行的数据交互；
[0007]所述飞控机用于接收来自仿真机中各传感器数据，经过解帧获取飞机飞行状态，经过逻辑处理和控制律解算获得各执行机构控制量，获取仿真控制台模块的仿真时间数据、地面站控制台模块的遥控遥调指令、并向无人机模型模块输出各舵机控制量指令；
[0008]所述无人机模型模块为以真实无人机为模板建立的数学模型，所述无人机模型模块接收飞控机的各舵机控制量和地面站的各舵面初始量指令，并向传感器模型模块输出无人机飞行状态信息；
[0009]所述传感器模型模块，用于模拟传感器的数据特性与数据格式，接收无人机模型的无人机飞行状态信息，并向飞控机输出控制律结算所需飞行信息，向视景模块和地面站模块输出飞行状态信息；
[0010]所述仿真控制台模块，用于显示无人机仿真状态数据和修改无人机模型模块和传感器模型模块状态数据，PC端操作员输入控制指令，控制指令发往飞控机；
[0011]所述视景模块，接收来自传感器模型模块飞行状态信息，视景化无人机飞行状态信息以及地图；
[0012]所述地面站控制台模块接收飞控机飞行状态信息，并向飞控机输出遥控遥调指令；
[0013]所述地检模块接收飞控机的地面检查指令，向飞控机发送测试信号，向飞控机上传飞行航线，更新飞控机中储存的机场高度信息，跑道航向信息，初始经纬度信息；
[0014]所述多功能接口机模块，作为信息交互站，转发飞控机输入输出的串口、AD、CAN数据。
[0015]进一步地，所述无人机模型模块包括机体模型、发动机模型和六自由度解算模块、气动参数插值计算、机身气动力与力矩计算。
[0016]进一步地，所述机体模型包括气动模型、动力模型、运动模型。
[0017]进一步地，所述仿真控制台包括主界面数据显示和菜单栏，所述主界面数据显示用于显示无人机仿真状态数据和菜单栏对无人机各种状态数据进行设置修改，所述主界面数据显示传感器、无人机信息、自定义坐标系；所述菜单栏包括参数设置、传感器设置、不确定性设置、辅助界面、通信连接设置、坐标系自定义设置、模式调整设置。
[0018]进一步地，所述参数设置对无人机模型模块的位置，航向角，高度，速度，姿态初始状态参数进行修改。
[0019]进一步地，所述传感器设置包括传感器模型控制模块、传感器链路通断开关模块、惯性导航传感器数据飘移、传感器数据浮动；
[0020]所述传感器模型控制模块实现传感器模型所有数据帧，所有数据的在线修改功能；
[0021]所述传感器链路通断开关模块用于模拟传感器损坏情况，用来辅助测试飞控的传感器冗余功能与安全保护功能；
[0022]所述惯性导航传感器数据飘移针对常用无人机惯性导航传感器中的温飘与零飘现象，根据实机飞行测试中采集的数据对传感器进行数学建模，模型输入为无人机模型所解算的无误差的无人机状态，模型输出为模拟计算的机载传感器数值，将添加飘移现象后的传感器数据输入至飞控控制律环路中进行解算。
[0023]所述传感器数据浮动是指传感器在机体保持相对静止的状态下所输出的观测值在小范围内上下浮动的情况。
[0024]进一步地，所述不确定性设置包括风不确定性，质量不确定性，惯量不确定性，重心不确定性，力与力矩不确定性。
[0025]进一步地，所述辅助界面对飞行仿真数据的实时记录、数字显示、历史曲线显示和航迹显示。
[0026]进一步地，所述通信连接设置包括IP设置和端口设置。
[0027]进一步地，所述坐标系自定义设置根据飞控中定义的坐标系，在仿真控制台中选择机体坐标系与地面坐标系的朝向以确定坐标系，选择好后将坐标定义通过UDP发给无人机模型，以适应不同控制律定义的坐标系。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0029](1).多功能串口样机有大量能够接入实物飞控计算机，可以在硬件层面上测试飞控计算机对于飞控软件的处理性能；
[0030](2).可以在仿真控制台对机体参数进行实时修改，避免了繁琐的代码修改与编译
过程，使仿真过程更简便；
[0031](3).在仿真控制台可以直接观察到传感器无法测量的机体状态，可以实时加入机体参数的干扰与环境干扰，对飞行控制律的设计有重要意义；
[0032](4).可以实时调整传感器模型的状态，所述传感器数据冗余方案的测试有益于测试无人机的安全保护措施；
[0033](5).飞控模块，无人机模型，传感器模块，仿真控制台模块，视景模块均为独立软件，相互之间通过UDP进行通信，互不干扰。
[0034](6)所述传感器设置中添加飘移，可以对机载传感器所获取的不确定性的机体状态数据进行解算，添加飘移现象后的传感器数据输入至飞控控制律环路中进行解算以达到更加真实的仿真效果。
附图说明
[0035]图1为该专利技术中无人机仿真平台结构图；
[0036]图2为该专利技术中无人机模型模块结构图；
[0037]图3为该专利技术中仿真控制台模块结构图；
[0038]图4为该专利技术中多功能接口机模块结构图。
具体实施方式
[0039]为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利技术进行详细阐述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机半实物仿真系统，其特征在于，包括：仿真机、飞控机、PC机；所述仿真机上搭载有无人机模型模块、传感器模型模块和多功能接口机模块，所述PC机上搭载有仿真机连接视景模块、仿真控制台模块、地面站控制台模块、地检软件模块，各个模块之间为独立软件，以UDP为通信方式进行的数据交互；所述飞控机用于接收来自仿真机中各传感器数据，经过解帧获取飞机飞行状态，经过逻辑处理和控制律解算获得各执行机构控制量，获取仿真控制台模块的仿真时间数据、地面站控制台模块的遥控遥调指令、并向无人机模型模块输出各舵机控制量指令；所述无人机模型模块为以真实无人机为模板建立的数学模型，所述无人机模型模块接收飞控机的各舵机控制量和地面站的各舵面初始量指令，并向传感器模型模块输出无人机飞行状态信息；所述传感器模型模块，用于模拟传感器的数据特性与数据格式，接收无人机模型的无人机飞行状态信息，并向飞控机输出控制律结算所需飞行信息，向视景模块和地面站模块输出飞行状态信息；所述仿真控制台模块，用于显示无人机仿真状态数据和修改无人机模型模块和传感器模型模块状态数据，PC端操作员输入控制指令，控制指令发往飞控机；所述视景模块，接收来自传感器模型模块飞行状态信息，视景化无人机飞行状态信息以及地图；所述地面站控制台模块接收飞控机飞行状态信息，并向飞控机输出遥控遥调指令；所述地检模块接收飞控机的地面检查指令，向飞控机发送测试信号，向飞控机上传飞行航线，更新飞控机中储存的机场高度信息，跑道航向信息，初始经纬度信息；所述多功能接口机模块，作为信息交互站，转发飞控机输入输出的串口、AD、CAN数据。2.根据权利要求1所述的一种无人机半实物仿真系统，其特征在于，所述无人机模型模块包括机体模型、发动机模型和六自由度解算模块、气动参数插值计算、机身气动力与力矩计算。3.根据权利要求2所述的一种无人机半实物仿真系统，其特征在于，所述机体模型包括气动模型、动力模型、运动模型。4.根据权利要求1所述的一种无人机半实物仿真系统，其特征在于，所述仿真控制台包括主界面数据显示和菜单栏，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖智麟，黄凌峰，周坤，李一凡，陈希平，肖琪，
申请(专利权)人：湖南山河科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：