[发明专利]现场虚实耦合无人机系统

说明书

技术领域

本发明涉及无人机领域，尤其涉及现场虚实耦合无人机系统。

背景技术

无人机系统(UVA)是一个处于迅速发展的新型装备，并已经在军事和民用上得到了广泛的应用。研制新型的无人机系统，使之在具有优良性能的同时具有更好的安全性，是无人机系统研究的一个重要内容。

当前，无人机系统主要由飞行单元、地面站单元和遥控单元组成。这种结构是一种工作编配模式，需要技术熟练的人员才能操作。对于新手来说，直接操作现有的无人机系统则很容易摔毁飞行单元，从而造成较大的经济损失。为了提高无人机飞行控制技能，确保首飞的安全性，很多单位都会对新手进行一段时间的培训。目前培训的方式主要有两种：第一是直接利用无人机系统，通过以老带新的模式进行。这种方式现场感强，对于初学者来说进步比较明显，但是无人机摔毁的概率很高。第二种方式是利用实验室的虚拟训练系统，对初学者进行模拟培训。这种方法的好处是环境可以随意变化，而且由于采用虚拟无人飞行器，不会对真实飞行单元造成任何损坏，从而确保了实际无人飞行单元的绝对安全。但是，这种方式也存在以下问题。首先，由于虚拟仿真训练系统配置在实验室中，不能支持使用人员野外现场的针对性指导训练。第二，虚拟无人机飞行训练操作设备与实际无人机系统操控设备相互分离，难以达到虚拟训练时的操作设备力感反馈与真实飞行操控设备的一致，这种分离操作模式使得受训人员在面临实装时，依然需要一段时间的适应，因此并不能显著改善飞行单元摔毁问题。第三，无人机飞行受自然条件影响很大，当采用室内训练时，环境的参数往往通过假设或模型计算得到，当进入真实环境中时，由于操作人员对风速、风向等环境参数判断存在偏差，使得首次飞行依然不清楚油门、俯仰等姿态控制的合理范围，致使首次飞行的危险性依然很高。

发明内容

要解决以上问题，需要从结构上对现在无人机系统进行革新，使其具备三个新特性：第一，要将虚拟训练迁移到真实的野外工作场地，做到虚拟训练对实装操作的一对一指导。第二，要做到虚拟训练与实装飞行共用一套操控设备，这样才能保证虚拟训练结果能够直接移植到真实操作上。第三，虚拟环境要能够获取到真实飞行场景的环境信息，使得虚拟环境与真实环境保持一致。

本发明旨在提出一种虚拟训练与实装飞行无缝耦合的无人机系统。

本发明的现场虚实耦合无人机系统，其包括：环境探测模块、虚拟飞行模拟模块、无人机遥控模块、无人机地面站模块和无人机飞行模块；环境探测模块用于探测现场实际飞行环境的多种环境参数；虚拟飞行模拟模块用于生成虚拟训练环境以及虚拟无人飞行器；无人机遥控模块用于生成与发送对无人飞行单元的遥控指令，其中所述遥控指令能够被无人机飞行模块和/或虚拟飞行模拟模块接收；无人机飞行模块为实装无人飞行器；无人机地面站为放置在地面供使用人员对实装无人飞行器和/或虚拟无人机飞行器进行初始化以及实时信息处理的设备，实现对实装无人飞行器和/或虚拟无人机飞行器的初始路径规划，且接收实装无人飞行器和/或虚拟无人机飞行器的位置、姿态参数以及获取的视频信号；虚拟训练时，环境探测模块从现实环境获取环境参数，送入虚拟飞行模拟模块，构建与真实训练环境相一致的虚拟训练场；操作人员利用无人机地面站模块对虚拟无人飞行器进行初始化，而后利用无人机遥控模块对虚拟无人飞行器进行操作训练；虚拟无人飞行器将其飞行过程中的参数及其所获取的视频和图像信息发送到无人机地面站模块；实装操作时，通过无人机地面站对实装无人飞行器进行初始化；利用无人机遥控模块，参考虚拟训练操作结果，对实装无人飞行器进行飞行控制；实装无人飞行器将自身参数和所获取的现实环境图片和视频发送出去；虚拟飞行模拟模块接收实装无人飞行器的位置和姿态参数，实现虚拟环境下对实装无人飞行器的监视；无人机地面站接收实装无人飞行器所发送的全部参数、图片和视频，完成对无人飞行器的数据监视和信息处理。

优选地，所述环境探测模块包括5个环境参数探测子模块，所述5个环境参数探测子模块分别为：气压传感器，用于探测气压；湿度传感器，用于探测湿度；温度传感器，用于探测温度；风速/风向传感器，用于探测风速和风向；能见度传感器，用于探测能见度；所述环境探测模块还包括信号采集与编码子模块、信号发送子模块。