[发明专利]固定翼无人机密集编队与防撞避障半实物仿真系统及方法

权利要求书

1.一种固定翼无人机密集编队与防撞避障半实物仿真系统，其特征在于包括无人机平台、仿真计算机、地面站计算机、三维态势计算机、串口\网络转换模块和网络交换机；所述无人机平台包含机载计算机、舵机和电池，机载计算机硬件内部独立运行密集编队控制算法、自主规避防撞算法、单机基本气动数据、无人机六自由度动力学运动学模型；机载计算机通过RS232\RS422串口接收仿真计算机输出的模型数据，接收并响应地面站计算机发出的控制指令，机载计算机运行内部控制算法和模型，计算生成舵机控制指令，把舵机控制指令发送给舵机，把无人机状态参数通过RS232\RS422串口发送给地面站计算机和仿真计算机；所述的舵机由电子调速器和无刷电机组成，电子调速器响应机载计算机的舵机控制指令，用于驱动无刷电机，无刷电机接收执行电子调速器的控制指令，并反馈指令执行结果；所述的地面站计算机安装有地面站控制软件，对小型固定翼无人机密集编队队形文件进行加载，对密集编队队形进行变换，对任务航线进行加载，对障碍物模型进行加载，地面站计算机把模型文件发送给仿真计算机，并对无人机密集编队飞行数据进行记录和回放；所述的仿真计算机运行数字模型，接收地面站计算机发送的无人机密集编队队形文件，运行密集编队队形模型、队形变换重构算法和编队机间测距模型，把密集编队队形数据发送给机载计算机，作为其编队控制的输入；仿真计算机运行障碍物测距模型，把障碍物数据发送给机载计算机，作为自主规避防撞控制的输入；仿真计算机运行气动耦合模型，计算无人机密集编队中气动耦合对无人机产生的影响，把气动耦合数据发送给机载计算机，作为在密集编队中对单机基本气动数据修正的输入；仿真计算机运行传感器模型，作为无人机六自由度动力学运动学模型的输入；所述的三维态势计算机对小型固定翼无人机密集编队队形进行三维态势显示，并对全部无人机的飞行状态信息进行三维场景显示，对集群无人机飞行过程中探测到的障碍物进行显示；所述的串口\网络转换模块是把机载计算机通过串口RS232\RS422传输的飞行参数信息，转换为UDP数据传输并发送给网络交换机，串口\网络转换模块把接收到的地面站计算机和仿真计算机通过UDP数据传输的信息，转换为串口RS232\RS422传输的数据发送给机载计算机，实现串口数据与网络数据的相互转换；所述的网络交换机把机载计算机、地面站计算机、仿真计算机、三维态势计算机连接成局域网，通讯方案采用局域网UDP通讯方案；采用UDP通讯实现地面站计算机单独给某个无人机平台发送命令的功能，实现地面站计算机\仿真计算机\三维态势计算机和所有机载计算机相互通讯的功能。

2.一种固定翼无人机密集编队与防撞避障半实物仿真方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：在地面站计算机加载密集编队数量、初始密集编队队形文件、队形变换后的队形文件、任务航线、障碍物模型，地面站计算机把上述文件发送给仿真计算机；

步骤2：仿真计算机接收地面站计算机发送的初始无人机密集编队队形，运行密集编队队形模型；仿真计算机接收队形变换指令和队形变换后的队形文件，运行队形变换重构算法，生成队形变换过程中的实时队形；仿真计算机运行编队机间测距模型，模拟无人机在机间测距中获得的机间测距数据；仿真计算机运行气动耦合模型，计算无人机机间距离对无人机气动耦合的影响；仿真计算机运行障碍物测距模型，计算密集编队任务航线中无人机与障碍物之间的相对位置关系；仿真计算机运行传感器模型，计算无人机机载传感器信息；无人机密集编队中任一无人机具有唯一的编号，仿真计算机把仿真计算获得的密集编队队形、机间测距数据、气动耦合数据、障碍物测距数据、传感器数据发送给密集编队队形中对应编号无人机平台中的机载计算机；

步骤3：机载计算机接收到仿真计算机发送的气动耦合数据，把气动耦合数据加注到单机基本气动数据模型中，对气动数据进行修正，得到密集编队中无人机的气动数据；机载计算机运行无人机六自由度动力学运动学模型，接收仿真计算机发送的密集编队队形、机间测距数据和传感器数据，运行密集编队控制算法，计算获得无人机的舵机控制量、姿态、速度、位置；机载计算机接收仿真计算机发送的障碍物测距数据，运行自主规避防撞算法，计算获得无人机编队在防撞避障过程中的舵机控制量、姿态、速度、位置；机载计算机把舵机控制量发送给舵机，把姿态、速度、位置发送给仿真计算机、地面站计算机、三维态势计算机；

步骤4：无人机平台中的舵机执行机载计算机发送的舵机控制量，并反馈给机载计算机执行情况；

步骤5：仿真计算机在接收到所有机载计算机的数据后，运行密集编队队形模型，计算无人机密集编队中的队形保持情况，更新密集编队机间测距数据、障碍物测距数据和传感器数据，把数据发送给机载计算机，与机载计算机形成仿真闭环；

步骤6：三维态势计算机对无人机密集编队队形进行三维显示，把编队中所有无人机的姿态位置进行显示，对密集编队中遇到障碍物进行防撞避障的结果进行三维显示。