[发明专利]一种集群无人机分布式硬件在回路仿真系统

说明书

本发明提供一种集群无人机分布式硬件在回路仿真系统，将各种预设参数从仿真控制终端传输到与实际飞行中使用相同算法及工作流程的嵌入式设备，即各仿真节点中，通过数字化飞行器与飞行控制单元共同确定数字化飞行器各时刻的位姿、飞行控制单元各时刻的飞行舵归一化控制量，环境仿真单元得到虚拟3D环境，图像处理单元得到目标信息，从而实现对仿真节点中各嵌入式设备的硬件特性的仿真，以及对飞行控制算法、图像处理算法以及集群控制算法的软件特性仿真，能够代替传统的多轴转台，降低在回路仿真系统的成本。

技术领域

本发明属于仿真技术领域，尤其涉及一种集群无人机分布式硬件在回路仿真系统。

背景技术

目前，人机集群的仿真过程主要在数字仿真环境中，其中使用的无人机动力学模型、控制模型、制导率模型等，均为纯数字模型，这种仿真方式忽略了硬件系统的系统误差。而针对单独无人机的仿真，存在硬件在回路的仿真方式，其利用多轴转台模拟飞行器的实际运动，利用目标生成器模拟导引头的输入，利用信道仿真器对模拟数据链的无线传输。由此可见，针对现有集群无人机仿真系统来说，其存在如下缺陷：

(1)纯数字仿真忽略了系统误差。

(2)使用转台和目标生成器造成了过高的成本。

(3)各无人机在同一台电脑上进行仿真，忽略了通信系统的影响。

(4)算法在pc中的性能与在嵌入式设备中的性能差异较大。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种集群无人机分布式硬件在回路仿真系统，实现对仿真节点中各嵌入式设备的硬件特性的仿真，以及对飞行控制算法、图像处理算法以及集群控制算法的软件特性仿真，能够代替传统的多轴转台，降低在回路仿真系统的成本。

一种集群无人机分布式硬件在回路仿真系统，包括仿真控制终端与两个以上的仿真节点，其中，仿真节点包括仿真计算机与嵌入式仿真模块，同时，仿真计算机包括气动仿真单元与环境仿真单元，嵌入式仿真模块包括飞行控制单元与图像处理单元；所述气动仿真单元中包括气象数据处理器与数字化飞行器；

所述仿真控制终端用于设置并对外发送预设参数，所述预设参数包括地形数据、气象数据、地貌数据、植被数据、各数字化飞行器对应的飞行器类型、各数字化飞行器的初始位姿、地面目标数量、地面目标位置以及地面目标类型；

所述飞行控制单元采用预设飞行控制算法，根据所述数字化飞行器的初始位姿得到飞行控制单元的初始飞行舵归一化控制量；

所述气象数据处理器用于从所述气象数据中提取出所述数字化飞行器初始位姿对应的气象数据；

所述数字化飞行器根据所述初始飞行舵归一化控制量、数字化飞行器的初始位姿以及数字化飞行器初始位姿对应的气象数据得到数字化飞行器下一时刻的位姿；

所述飞行控制单元采用预设飞行控制算法，根据数字化飞行器下一时刻的位姿得到飞行控制单元再下一时刻的飞行舵归一化控制量；其中，所述再下一时刻的飞行舵归一化控制量反馈回数字化飞行器，并用数字化飞行器下一时刻的位姿代替数字化飞行器的初始位姿，从而得到数字化飞行器后续时刻的位姿，以此类推，进而得到所述飞行控制单元各时刻的飞行舵归一化控制量；

所述环境仿真单元根据所述地形数据、地貌数据、植被数据、地面目标数量、地面目标位置、地面目标类型，得到虚拟3D环境；

所述图像处理单元采用预设图像处理算法，根据所述虚拟3D环境与数字化飞行器各时刻的位姿，得到图像处理单元在各时刻的位姿下所采集到的场景，并向飞行控制单元反馈所采集到的场景中的目标信息，其中目标信息包括目标数量、目标位置以及目标类型；

所述飞行控制单元采用预设集群控制算法，根据其他仿真节点中数字化飞行器各时刻的位姿，其他仿真节点中图像处理单元采集到的场景中的目标信息以及预设的飞行任务实现集群飞行；