CN101842821B - 无人驾驶交通工具模拟系统 - Google Patents

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Abstract

根据一个实施例，一种无人驾驶交通工具模拟系统包括耦合在可操作来控制无人驾驶交通工具的无人驾驶交通工具控制系统与可操作来模拟所述无人驾驶交通工具的操作的交通工具模拟器之间的模拟器转化器。所述模拟器转化器可操作来从所述无人驾驶交通工具控制系统接收消息，把该消息转化为适于供所述交通工具模拟器使用的另一消息，以及把转化后的消息发送到所述交通工具模拟器。

Description

无人驾驶交通工具模拟系统
技术领域
本公开总地涉及无人驾驶交通工具，更具体地涉及无人驾驶交通工具模拟系统(unmanned vehicle simulation system)及其操作方法。
背景技术
无人驾驶交通工具通常指在不载有飞行员或者驾驶员的情况下操作的特定类型的交通工具。无人驾驶交通工具的类型可包括飞过天空的飞行器，在地球表面上行进的地面交通工具，或者在水上移动的船。这些无人驾驶交通工具可提供的相对于有人驾驶交通工具的优势在于它们可在不需要或者希望直接人类参与的情况(例如在军事对抗或者其他可能不适于人类居住的危险环境)下使用。
发明内容
根据一个实施例，一种无人驾驶交通工具模拟系统包括耦合在可操作来控制无人驾驶交通工具的无人驾驶交通工具控制系统与可操作来模拟所述无人驾驶交通工具的操作的交通工具模拟器之间的模拟器转化器。所述模拟器转化器可操作来从所述无人驾驶交通工具控制系统接收消息，把该消息转化为适于供所述交通工具模拟器使用的另一消息，以及把转化后的消息发送到所述交通工具模拟器。
本公开的一些实施例可提供许多技术优点。一些实施例可以受益于这些优点中的一些、全部，或者不受益于这些优点。例如，无人驾驶交通工具消息模拟系统的一个实施例可以降低与无人驾驶交通工具控制系统的模拟工具的开发相关联的成本。无人驾驶交通工具模拟系统使用具有内建交通工具模型的市售现货(commercially available off-the-shelf，COTS)交通工具模拟器来以相对高的精度模拟各类无人驾驶交通工具的操作。市售现货交通工具模拟器的使用减少了对生成交通工具模型和/或使用这些模型来使能对无人驾驶交通工具的模拟操作的相对复杂算法的需要。
本领域普通技术人员可以容易地确定其他技术优点。
附图说明
根据结合附图进行的详细描述，对本公开多个实施例的更彻底理解将会显而易见，在附图中：
图1是根据本公开教导的无人驾驶交通工具模拟系统的一个实施例的框图；
图2是无人驾驶交通工具控制系统的另一实施例的框图；并且
图3是示出图1或图2的无人驾驶交通工具模拟系统所可以执行的若干动作的流程图。
具体实施方式
对无人驾驶交通工具的控制通常由通过无线射频(RF)链路与无人驾驶交通工具通信的远程配置的无人驾驶交通工具控制系统来提供。无人驾驶交通工具控制系统可被配置为同时管理对多个无人驾驶交通工具的控制。为了通过公共用户接口来提升多个不同类型无人驾驶交通工具之间的协同工作能力，标准化协定(STANdardization AGreement，STANAG)4586规范已被实施。
标准化协定4586规范总地定义了无人驾驶交通工具控制系统与各类无人驾驶交通工具的通信协议。然而，这些无人驾驶交通工具中的每一个可具有各不相同的性能特性。对于利用现有无人驾驶交通工具控制系统实现新的无人驾驶交通工具，这些不同性能特性可能造成问题。
为了便于开发与现有无人驾驶交通工具控制系统一起使用的新的无人驾驶交通工具，已经开发出模拟工具。然而，这些已知的模拟工具可能无法准确到足够程度地模拟实际的无人驾驶交通工具的性能特性。在许多情况下，用于生成足够程度地模拟性能特性的模型的开发成本可能是成本过高的。
图1示出可提供对该问题以及其他问题的解决方案的无人驾驶交通工具模拟系统10的一个实施例。无人驾驶交通工具模拟系统10一般包括耦合在无人驾驶交通工具控制系统14与交通工具模拟器16之间的模拟器交通工具特定模块(simulator vehicle specific module)12。在该特定实施例中，无人驾驶交通工具控制系统14是利用遵从标准化协定4586的协议、通过用户数据报协议(UDP)网络18与模拟器交通工具特定模块12通信的核心无人驾驶空中交通工具控制系统(CUCS)。根据本公开的教导，模拟器交通工具特定模块12可包括模拟器转化器(simulator translator)20，该模拟器转化器20可操作来把由无人驾驶交通工具控制系统14生成的消息转化成适合于与交通工具模拟器16通信的协议。利用该配置，交通工具模拟器16可操作来利用无人驾驶交通工具控制系统14模拟实际无人驾驶交通工具的性能特性。
交通工具模拟器16可以是被配置为接收控制消息并且响应于这些消息而模拟实际无人驾驶交通工具的运动的任何合适的计算机可执行程序。在一个实施例中，交通工具模拟器16是配置有多个用于相对精确地模拟各类实际交通工具的交通工具模型的市售现货(COTS)产品。在一个实施例中，交通工具模拟器16是利用通用公共许可证(GPL)可免费获得的FlightGear计算机可执行程序。FlightGear可执行程序使得能够利用远程登录(telnet)协议通过以太网端口对所模拟的交通工具进行远程控制。在一个实施例中，该以太网端口可被耦合到模拟器交通工具特定模块12，以便利用远程登录协议发送和接收消息。
市售现货交通工具模拟器16可以提供以相对真实的方式模拟实际无人驾驶交通工具的行为的模型。在一个实施例中，这些模型中的每一个可被修改以进一步提高模拟精度。交通工具模型一般可指被存储在存储器中并且可由交通工具模拟器16中的一个或多个模拟算法访问的一组运行时变量。交通工具模拟器16可利用这些运行时变量来模拟特定交通工具的各种性能特性。例如，一个交通工具模型可包括配置在特定航空器上的喷气发动机的最大推力定额。在模拟期间，该最大推力定额可用于提供对航空器的各种不同性能特性(例如爬升率、起飞速度、最大巡航速度，等等)的相对精确的模拟。在一个实施例中，特定交通工具模型的运行时变量可以是可编辑的，使得交通工具模型可被裁剪为以相对精确的方式模拟一种特定类型的无人驾驶交通工具。
某些包括市售现货产品的实施例所可以提供的优势在于利用现有无人驾驶交通工具控制系统14对新的无人驾驶交通工具进行模拟测试的成本可被降低。为在现有无人驾驶交通工具控制系统14中实现的每个新无人驾驶交通工具开发专用模拟工具可能是相对高的。在一个方面，这可能是因为在各类环境中模拟无人驾驶交通工具的相对复杂算法。市售现货交通工具模拟器16因而可通过减少对交通工具模型的专用软件开发和在计算机上执行这些模型的相关计算机执行算法来提供成本降低。
模拟器交通工具特定模块12可利用执行在存储器中存储的计算机指令的处理器来实现。在所示出的特定实施例中，模拟器交通工具特定模块12可通过网络18耦合到无人驾驶交通工具控制系统14，无人驾驶交通工具控制系统14进而被耦合到多个其他交通工具特定模块(未专门示出)。在该配置中，可以利用无人驾驶交通工具控制系统14针对与多个其他无人驾驶交通工具的协同工作能力来测试对新的无人驾驶交通工具的模拟。
模拟器交通工具特定模块12可以使得能够传送各类消息，例如无人驾驶交通工具控制系统14与交通工具模拟器16之间的控制所模拟的无人驾驶交通工具的运动的控制消息。这些控制消息可包括要求改变方向、改变速度的请求，并且/或者可包括诸如指示所模拟的无人驾驶交通工具前进到指定位置的全球定位系统(GPS)坐标之类的地理空间信息。这些控制消息还可以包括要求控制诸如武器、相机或者其他监视设备之类的、配置在所模拟的无人驾驶交通工具上的其他外围设备的请求。
模拟器交通工具特定模块12可提供对源于交通工具模拟器16并去往无人驾驶交通工具控制系统14的消息的转化。交通工具模拟器16所生成的消息可包括例如遥测信息或者所模拟交通工具的环境的图形信息，例如一个或多个相机所提供的视频信息。交通工具模拟器16所生成的遥测信息可包括与所模拟无人驾驶交通工具的状态有关的信息，例如燃油油位，或者周围环境的其他测量，例如温度、风速、风向或者湿度。
在一个实施例中，模拟器交通工具特定模块12可包括用于存储在模拟器交通工具特定模块12与交通工具模拟器16之间发送的消息的存储介质22。在对所模拟的特定无人驾驶交通工具的模拟任务之后，可对在存储介质22中存储的消息进行分析，以判定是否通过模拟器交通工具特定模块12转化了正确的消息以及对这些消息的响应。存储介质22可以是用于以计算机可读格式存储消息的任何适合类型的存储器，并且可包括诸如随机存取存储器(RAM)、磁带、光盘只读存储器(CD-ROM)、盘、磁盘(diskette)、卡带等的存储元件中的任一种或其组合。在一个实施例中，存储介质22可包括顺序地存储通过模拟器交通工具特定模块12传送的每条消息的日志文件。这样，也可以为了正确操作而分析消息及其响应消息的定时。
图2示出可为模拟无人驾驶交通工具而实现的无人驾驶交通工具模拟系统50的另一实施例。无人驾驶交通工具模拟系统50包括在设计和目的方面分别类似于图1的无人驾驶交通工具控制系统14、网络18及交通工具模拟器16的无人驾驶交通工具控制系统52、网络54及交通工具模拟器56。然而，无人驾驶交通工具模拟系统50与图1的无人驾驶交通工具模拟系统10的不同之处在于为了把来自原生(native)交通工具特定模块60的消息转化为适于与交通工具模拟器56通信的协议以及相反方向的转化而提供的模拟器转化器58。这样，可以针对与无人驾驶交通工具控制系统52的正确操作来验证原生交通工具特定模块60的正确操作。原生交通工具特定模块60通常指被配置为使无人驾驶交通工具控制系统52能够与实际无人驾驶交通工具通信的一类交通工具特定模块。
模拟器转化器58可利用执行在存储器中存储的计算机指令的处理器来实现。在一个实施例中，模拟器转化器58可利用远程登录协议使用以太网链路与交通工具模拟器56通信。模拟器转化器58可以按照与图1的模拟器交通工具特定模块12类似的方式使能无人驾驶交通工具控制系统52与交通工具模拟器56之间的各类消息的通信。
原生交通工具特定模块60可提供用于使得能够利用无人驾驶交通工具控制系统52控制实际无人驾驶交通工具的任何数目的服务。这些服务可以包括例如对无人驾驶交通工具控制系统52和无人驾驶交通工具所共有的消息的转化，以及对可能为无人驾驶交通工具所独有的消息的转化。这样，原生交通工具特定模块60可受益于在利用实际无人驾驶交通工具进行测试之前的模拟测试。
无人驾驶交通工具原生链路62可包括用于与其所关联的实际无人驾驶交通工具通信的通信路径的任何部分。例如，模拟器转化器58可被配置为利用无人驾驶交通工具原生链路62的射频(RF)部分来发送和接收来自原生交通工具特定模块60的消息。在另一示例中，模拟器转化器58可被配置为利用配置在原生交通工具特定模块60的操作系统内的内部系统调用来发送和接收来自原生交通工具特定模块60的消息。
图3示出了模拟器转化器20或58为了利用无人驾驶交通工具模拟系统10或50模拟无人驾驶交通工具的操作而可能执行的一系列动作的一个实施例。在动作100中，开始模拟处理。可以通过将模拟器转化器耦合在无人驾驶交通工具控制系统14或52与交通工具模拟器16或56之间，向无人驾驶交通工具控制系统14或52、交通工具模拟器16或56以及模拟器转化器20或58施加电力，并且对无人驾驶交通工具控制系统14或52、交通工具模拟器16或56以及模拟器转化器20或58中的每一个执行任何适当自举操作来开始模拟处理。
在动作102中，模拟器转化器20或58可接收来自无人驾驶交通工具控制系统14或52的消息。该消息可包含任何用于与无人驾驶交通工具14或52通信的合适协议。在一个实施例中，消息是遵从标准化协定4586的消息。该消息可包括用于执行控制或者从无人驾驶交通工具取回信息的任何信息。在一个实施例中，消息可包括期望无人驾驶交通工具执行的动作，或者可包括对来自所模拟无人驾驶交通工具的遥测信息的请求。
在动作104中，模拟器转化器20或58可以把消息转化为经修改消息，该经修改消息具有适于供交通工具模拟器16或56使用的协议。在一个实施例中，模拟器转化器20或58可以把单条消息转化成适于供交通工具模拟器16或56使用的多条消息。在另一实施例中，模拟器转化器20或58可以把来自无人驾驶交通工具控制系统14的多条消息转化为适于供交通工具模拟器16或56使用的单条消息。
在动作106中，模拟器转化器20或58可以把经修改消息发送到无人驾驶交通工具模拟器16或56。在给定该经修改消息的情况下，交通工具模拟器16或56可根据交通工具模型中提供的信息来采取适当的模拟动作。
可以针对从无人驾驶交通工具控制系统14发送到交通工具模拟器16或56的每条消息重复先前描述的一系列动作102至106。模拟器转化器20或58还可以按照如上所述的类似方式转化从交通工具模拟器16或56到无人驾驶交通工具控制系统14的消息。一旦不再需要或者期望利用模拟器转化器20或58模拟无人驾驶交通工具，则可以在动作108中停止模拟器转化器20或58。
已经描述了可使得能够利用交通工具模拟器16或56模拟无人驾驶交通工具的无人驾驶交通工具模拟系统10或50的若干实施例。无人驾驶交通工具模拟系统10或50可包含市售现货(COTS)产品，例如通过通用公共许可证(GPL)可免费获得的FlightGear模拟器。无人驾驶交通工具模拟系统10或50可提供利用现有无人驾驶交通工具控制系统14针对集成新无人驾驶交通工具的模拟测试，或者可以使得能够对配置为执行对实际无人驾驶交通工具的控制的原生交通工具特定模块60进行测试。
虽然已经用若干实施例描述了本公开，但是可以向本领域技术人员建议许多变化、变体、变更、变形和修改，并且本公开旨在包含落入所附权利要求范围内的变化、变体、变更、变形和修改。

Claims (12)

1.一种无人驾驶交通工具模拟系统，包括：
耦合在可操作来控制无人驾驶交通工具的运动的无人驾驶交通工具控制系统与可操作来模拟所述无人驾驶交通工具的运动的交通工具模拟器之间的模拟器转化器，所述模拟器转化器包括：
用于从所述无人驾驶交通工具控制系统接收具有第一协议的至少一个第一消息的装置，所述第一协议适合由所述无人驾驶交通工具使用，所述至少一个第一消息包括用于所述无人驾驶交通工具的指定运动的命令；
用于把所述具有第一协议的至少一个第一消息转化为具有第二协议的至少一个第二消息的装置，所述第二协议适于供所述交通工具模拟器使用，所述至少一个第二消息包括用于与由所述至少一个第一消息的所述命令指定的所述无人驾驶交通工具的运动对应的所述无人驾驶交通工具的模拟运动的命令；以及
用于把所述至少一个第二消息发送到所述交通工具模拟器以模拟与由所述至少一个第一消息的所述命令指定的所述无人驾驶交通工具的运动对应的所述无人驾驶交通工具的运动的装置。
2.如权利要求1所述的无人驾驶交通工具模拟系统，其中，所述模拟器转化器被配置在交通工具特定模块中，所述交通工具特定模块包括用于把由无人驾驶交通工具控制系统生成的消息转化为适于与所述无人驾驶交通工具通信的第三协议的装置。
3.如权利要求1所述的无人驾驶交通工具模拟系统，其中，所述模拟器转化器通过交通工具特定模块的无人驾驶交通工具原生链路而耦合到所述无人驾驶交通工具控制系统，所述无人驾驶交通工具原生链路包括用来与所述无人驾驶交通工具通信的通信路径的至少一部分。
4.如权利要求1所述的无人驾驶交通工具模拟系统，其中，所述模拟器转化器还包括用于从所述交通工具模拟器接收具有所述第二协议的至少一个第三消息，把所述至少一个第三消息转化为具有所述第一协议的至少一个第四消息，并且把所述至少一个第四消息发送到所述无人驾驶交通工具控制系统的装置。
5.如权利要求4所述的无人驾驶交通工具模拟系统，其中，所述至少一个第三消息包括遥测信息。
6.如权利要求1所述的无人驾驶交通工具模拟系统，其中，所述至少一个第一消息的所述命令包括以下当中的一个或者多个：
改变方向的命令；
改变速度的命令；以及
移动到指定位置的命令。
7.如权利要求1所述的无人驾驶交通工具模拟系统，其中，所述第一协议是标准化协定(STANAG)4586协议。
8.如权利要求1所述的无人驾驶交通工具模拟系统，其中，所述交通工具模拟器包括用于利用具有多个可编辑运行时变量的交通工具模型来模拟所述无人驾驶交通工具的操作的装置。
9.一种无人驾驶交通工具模拟方法，包括：
从可操作来控制无人驾驶交通工具的无人驾驶交通工具控制系统接收具有第一协议的至少一个第一消息，所述至少一个第一消息包括用于所述无人驾驶交通工具的指定运动的命令；
把所述至少一个第一消息转化为具有第二协议的至少一个第二消息，所述第二协议适于供可操作来模拟所述无人驾驶交通工具的运动的交通工具模拟器使用，所述至少一个第二消息包括用于与由所述至少一个第一消息的所述命令指定的所述无人驾驶交通工具的运动对应的所述无人驾驶交通工具的模拟运动的命令；以及
把所述至少一个第二消息发送到所述交通工具模拟器以模拟与由所述至少一个第一消息的所述命令指定的所述无人驾驶交通工具的运动对应的所述无人驾驶交通工具的运动。
10.如权利要求9所述的方法，还包括从所述交通工具模拟器接收具有所述第二协议的至少一个第三消息，把所述至少一个第三消息转化为具有所述第一协议的至少一个第四消息，并且把所述至少一个第四消息发送到所述无人驾驶交通工具控制系统。
11.如权利要求9所述的方法，其中，所述至少一个第一消息的所述命令包括以下当中的一个或者多个：
改变方向的命令；
改变速度的命令；以及
移动到指定位置的命令。
12.如权利要求9所述的方法，其中，所述交通工具模拟器利用具有多个可编辑运行时变量的交通工具模型来模拟所述无人驾驶交通工具的操作。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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