[发明专利]一种无人机实时仿真系统及其开发方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无人机实时仿真系统，属于无人机控制仿真程序开发领域。

背景技术

开发无人机实时仿真软件的一般方法是使用C或其他编程语言将仿真系统的Simulink模型全部手工重写，并生成可运行于目标机的程序，通过多次修改和调试最终生成可运行的软件模块。这种开发方法需要编程人员花费大量时间来编制程序、查错、调试和验证，显著地增加工作量，延长开发周期。此外，手工编写的代码的风格和质量良莠不齐，降低软件运行的可靠度，增加代码出错的可能性，且代码的实时性不易保证。

随着无人机技术的发展，仿真系统的Simulink模型复杂度逐渐提高，编程人员手工重写模型的代码的工作量剧增，且还需要专业人员辅助重写模型，以免模型与代码的解算结果之间存在偏差。同时，用户对实时仿真软件的多功能性、实时性、可操纵性等性能要求越来越高，进一步增加了软件的开发难度。这种传统的手工编写代码的开发方法已经很难满足快速开发实时仿真软件的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种无人机实时仿真系统，解决了现有技术中仿真系统复杂度高的问题。

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种无人机实时仿真系统，包括控制系统、执行机构、无人机动力学模型、传感器模型、辅助模块、通信模块、接口转换模块；所述执行机构包括环境模型、舵机模型，辅助模块包括上位机显示界面；所述接口转换模块包括第一接口转换模块、第二接口转换模块；控制系统输出控制信号通过第一接口转换模块将控制信号转换为执行结构的输入信号，执行机构接收处理过的控制信号完成动态特性模拟，输出环境模型的风门信息及舵机模型的舵面信息，无人机动力学模型根据环境模型的风门信息及舵机模型的舵面信息，完成飞行状态数据的更新解算，解算后的飞行状态数据一方面输出至传感器模型，另一方面输出至辅助模块，通过上位机显示界面进行显示；传感器模型以飞行状态数据作为数据源，实时模拟传感器的特性，传感器模型输出数据一方面通过通信模块发送出去，另一方面通过第二接口转换模块转换后回馈至控制系统。

所述无人机动力学模型与上位机之间通过串口连接。

为了进一步解决传统无人机实时仿真系统开发过程复杂，效率低，工作量大，以及软件代码的继承性和可维护性弱等技术问题，本发明还提出了一种简便、快速的无人机实时仿真系统的开发方法。具体的技术方案如下：

一种无人机实时仿真系统的开发方法，包括如下步骤：

步骤1、构建开发环境及仿真模型：

在仿真平台下，构建执行机构、无人机动力学模型、传感器模型及模块之间的布局，构建执行机构的动态特性模拟模型、无人机动力学模型的飞行状态解算模型、传感器模型的解算模型；

步骤2、构建接口转换模块：

所述转换接口模块包括第一接口转换模块、第二接口转换模块，第一接口转换模块接收外部控制系统的控制信号，进行转换后输入至执行机构，第二接口转换模块接收传感器模型的输出信号，进行转换后输入至外部控制系统；

步骤3、构建辅助模块：

在上位机平台下，构建系统管理模块、通信模块和平台驱动模块的源代码；

步骤4、建立仿真平台各模块与上位机平台各模块之间的连接关系，生成实时仿真系统。

所述步骤1中执行机构的动态特性模拟模型为：