[发明专利]一种多无人机分布式协同的硬件在回路实时仿真实验系统

权利要求书

1.一种多无人机分布式协同的硬件在回路实时仿真实验系统，其特征在于：其包括：n台无人机模拟计算机、1台链路模拟计算机和n台自动驾驶仪；其中，n≥1且n为正整数；链路模拟计算机与n台无人机模拟计算机在同一个局域网A表示内，链路模拟计算机能够与n台无人机模拟计算机中的任一台相互通信，同时n台无人机模拟计算机之间能够相互通信；链路模拟计算机与n台自动驾驶仪在另一个局域网B，链路模拟计算机能够与n台自动驾驶仪中的任一台相互通信；无人机模拟计算机与自动驾驶仪一一对应，即一台自动驾驶仪控制一台无人机模拟计算机；每台自动驾驶仪采用分布式控制方式控制与其对应的无人机模拟计算机，即每台自动驾驶仪基于自身状态以及相邻无人机模拟计算机的状态反馈控制与其对应的无人机模拟计算机；

通信拓扑由待验证多无人机分布式协同控制算法提供；

由于实时仿真需要同时传递大量数据，为减少数据碰撞，局域网A和局域网B为两个不同的局域网；

所述无人机模拟计算机是安装运行了飞行模拟器软件的计算机；

所述无人机模拟计算机的主要功能包括：①通过链路模拟计算机接收与所述无人机模拟计算机对应的自动驾驶仪发送来的无人机模型控制量；②无人机模拟计算机根据接收到的无人机模型控制量控制飞行模拟器软件中无人机模型运动，并得到无人机模型的状态信息；③将无人机模型的状态信息输出给链路模拟计算机；④每台无人机模拟计算机与其它无人机模拟计算机之间通信，向其它无人机模拟计算机发送自身无人机模型的状态信息，同时接受其它无人机模拟计算机中无人机模型的状态信息；

所述链路模拟计算机安装了链路模拟软件；

链路模拟计算机的主要功能包括：①从自动驾驶仪接收无人机模型控制量，并转发给与所述自动驾驶仪对应的无人机模拟计算机；②从无人机模拟计算机接收无人机模型的状态信息，并根据通信拓扑转发给所有自动驾驶仪；③在向所有自动驾驶仪转发无人机模型的状态信息的过程中，链路模拟计算机能够实时改变通信拓扑来模拟现实世界中无人机网络的通信拓扑；④用户通过链路模拟计算机在通信数据中人为添加噪声和延迟，用于仿真真实通信环境；

所述自动驾驶仪的主要功能包括：根据接收到的所有无人机模型的状态信息，计算与所述自动驾驶仪对应的无人机模拟计算机中无人机模型控制量，并将其通过链路模拟计算机发送给对应的无人机模拟计算机。

2.如权利要求1所述的一种多无人机分布式协同的硬件在回路实时仿真实验系统，其特征在于：所述无人机模拟计算机上的飞行模拟器软件选Austin Meyer开发商开发的商业飞行模拟器软件X-Plane。

3.如权利要求1或2所述的一种多无人机分布式协同的硬件在回路实时仿真实验系统，其特征在于：无人机模拟计算机到自动驾驶仪的状态信息传递是多对一的映射关系，具体的映射形式由通信拓扑决定；自动驾驶仪到无人机模拟计算机传递的是无人机模型控制量，是一对一的映射关系。

4.使用如权利要求1或2所述多无人机分布式协同的硬件在回路实时仿真实验系统对待验证多无人机分布式协同控制算法进行仿真实验的具体过程为：

步骤1：分别设置每台无人机模拟计算机的无人机模型参数、环境参数和网络参数；根据待验证多无人机分布式协同控制算法的通信拓扑、噪声强度和通信延迟参数设置链路模拟计算机的通信拓扑、噪声强度和通信延迟参数；在自动驾驶仪的控制器上实现待验证的分布式协同控制算法，并设置其参数；

步骤2：估算局域网A以及局域网B中各自路由器的最小带宽，确定局域网A以及局域网B中的路由器；

步骤3：每台无人机模拟计算机将自身无人机模型的状态信息发送给链路模拟计算机；

步骤4：链路模拟计算机根据其分别在局域网A和局域网B的地址创建基于用户数据报协议的套接字a和套接字b；

步骤5：套接字a和套接字b均启动各自的接收线程等待数据到来，其中，套接字a负责接收局域网A中各无人机模拟计算机发送过来的无人机模型的状态信息，套接字b负责接收局域网B中各自动驾驶仪发送过来的无人机模型控制量；

步骤6：套接字a和套接字b接收到数据后写入各自缓存；

步骤7：链路模拟计算机根据步骤1输入的通信拓扑、噪声强度和通信延迟参数对套接字a收到的无人机模型的状态信息进行实时处理，得到处理后的无人机模型状态信息；

步骤8：链路模拟计算机利用套接字b，根据待验证多无人机分布式协同控制算法的通信拓扑，将处理后的无人机模型状态信息，发送给全部自动驾驶仪；

步骤9：自动驾驶仪根据接收到的无人机模拟计算机中无人机模型的状态信息计算与所述自动驾驶仪对应的无人机模拟计算机中无人机模型控制量，并发送给套接字b；

步骤10：链路模拟计算机将套接字b接收的无人机模型控制量利用套接字a发送到对应的无人机模拟计算机；

步骤11：无人机模拟计算机实时显示协同控制仿真结果。