CN103488179A - 无人机飞行模拟系统及模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无人机飞行模拟系统，包括主控模块、显示模块及通信模块；所述主控模块，用于根据预设的无人机模型，控制无人机模拟产生各种真实飞行数据；所述显示模块，用于在主控模块的控制下显示所述模拟产生的各种真实飞行数据；所述通信模块，用于在主控模块的控制下，将模拟产生的各种真实飞行数据发送给地面站或者接收地面站的控制指令；所述显示模块及通信模块分别与所述主控模块电连接。该技术方案，解决了每次调试地面站时需要启动无人机进行实际飞行的问题，不但节省了地面站调试成本，而且提高了地面站的调试效率。
Description
技术领域
本发明涉及仿真领域，尤其涉及一种无人机飞行模拟系统及模拟方法。
背景技术
随着科学技术的进步和国民经济发展的需要，原先仅用于军用的无人机频繁出现在民用市场中。在民用市场中，无人机可用于电力巡检、地图测绘、交管安防、广告庆典等诸多领域，无人机民用市场无限巨大，具有广阔的发展空间。民用无人机一般通过无线遥控装置或地面站进行控制和设置，无人机在飞行过程中，会将飞行数据或者视频等其他信息传输到地面站中，通过地面站可以了解到当前无人机的飞行状态和其他数据信息。
目前，在地面站的开发及调试过程中需要结合无人机的实际飞行操控进行，而无人机飞行一次耗资不菲，而且每次调试需要启动无人机进行飞行，不但成本高，而且带来了诸多不便，因此迫切需要提出一种无人机地面站仿真系统来模拟真实无人机传递回来的数据信息，供地面站开发及调试过程中使用，以提高工作效率。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中现有技术在对地面站进行开发或调试时，无法实现无人机的真是飞行模拟并传回飞行数据的技术问题，提供一种无人机飞行模拟系统实现对无人机实际飞行的模拟，实现对地面站的调试工作。
本发明提供一种无人机飞行模拟系统，包括主控模块、显示模块及通信模块；
所述主控模块，用于根据预设的无人机模型，控制无人机模拟产生各种真实飞行数据；
所述显示模块，用于在主控模块的控制下显示所述模拟产生的各种真实飞行数据；
所述通信模块，用于在主控模块的控制下，将模拟产生的各种真实飞行数据发送给地面站或者接收地面站的控制指令；
所述显示模块及通信模块分别与所述主控模块电连接。
优选地，在所述预设的无人机模型中，预设参数包括无人机模拟起飞点经纬度坐标、飞行速度、油量或电池电量、航行角及定点巡航线路。
优选地，所述显示模块具有可供修改无人机飞行参数的界面或窗口。
优选地，所述显示模块为可触碰的LED显示屏。
本发明还提供一种无人机飞行模拟方法，包括以下步骤，
步骤S100，建立无人机模型并输入预设参数；
步骤S200，根据预设参数及地面站的控制指令模拟无人机的实际飞行状态并产生并显示各种飞行数据；
步骤S300，地面站接收所述飞行数据。
优选地，所述步骤S100具体包括建立无人机模型，输入并加载无人机模拟起飞点经纬度、飞行速度、油量或电池电量、航行角及定点巡航线路。
优选地，所述步骤S200包括，根据当前模拟的无人机经纬度坐标（X，Y）、当前航行角a及速度V计算并显示飞行时间t时的无人机经纬度坐标为（X+Vt*sina*b，Y+Vt*cosa*b），所述航偏角a以纬度作为参考基准，其中，所述无人机起飞时的经纬度坐标为预设值，b为地图比例系数。
优选地，在无人机模拟飞行过程中，可接收地面站的控制指令改变其模拟飞行方向。
优选地，所述步骤S200还包括，根据预设的定点巡航线路按照预设的航点顺序更新无人机的模拟飞行数据。
优选地，所述定点巡航线路的设置方法为：
（1）预设T个航点的经纬度坐标，每相邻两个航点间的距离L大于飞行速度V且为飞行速度V的整数倍；
（2）将每相邻两个航点之间的距离分成M份，形成M-1个分支航点，M=L/V；
（3）将该相邻两个航点之间的经纬度分别做差取绝对值，得到两个航点间的经度差J和纬度差W
（4）将J和W分成M份得到j=J/M和w=W/M，从而得到两个航点间的M-1个支航点的经纬度坐标。
（5）计算并保存所有相邻航点之间支航点的经纬度坐标，并将这些坐标点连成线且保存为所述定点巡航线路。
以上技术方案中，通过建立无人机模型，并设定相关飞行参数，根据预设飞行参数及地面站的控制指令实现模拟无人机的真实飞行，同时能够时时将飞行数据传回地面站，解决了每次调试地面站时需要启动无人机进行实际飞行的问题，不但节省了地面站调试成本，而且提高了地面站的调试效率。
附图说明
图1是本发明一种实施例的无人机飞行模拟系统结构框图；
图2是本发明一种实施例的无人机飞行模拟图；
图3是本发明一种实施例的无人机飞行模拟方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的实施例提供一种无人机飞行模拟系统，包括主控模块20、显示模块10及通信模块30；
所述主控模块20，用于根据预设的无人机模型，控制无人机模拟产生各种真实飞行数据；该模块为本模拟系统的核心部分，即模拟产生各种真实的飞行数据，也能根据收到的地面站发送来的飞行指令进行相应的逻辑处理，同时能够实现定点巡航等功能。
所述显示模块10，用于在主控模块的控制下显示所述模拟产生的各种真实飞行数据；
所述通信模块30，用于在主控模块的控制下，将模拟产生的各种真实飞行数据发送给地面站或者接收地面站的控制指令；
所述显示模块10及通信模块30分别与所述主控模块20电连接。
进一步地，在所述预设的无人机模型中需要预先设置好相关参数，预设参数包括无人机模拟起飞点经纬度坐标、飞行速度、油量或电池电量、航行角及定点巡航线路。具体地，通过显示模块10将在无人机模型中各种预设参数设置好并存储在主控模块20中，当主控模块启动模拟无人机飞行时，首先对预设参数进行加载初始化。
更近一步地，上述实例中所述显示模块10具有可供修改无人机飞行参数的界面或窗口，通过该界面或窗口可以修改无人机的各种预设数据信息，且所述显示模块10为可触碰的LED显示屏。
如图3所示，本发明还提供一种无人机飞行模拟方法，包括以下步骤：
步骤S100，建立无人机模型并输入预设参数；
步骤S200，根据预设参数及地面站的控制指令模拟无人机的实际飞行状态并产生并显示各种飞行数据；
步骤S300，地面站接收所述飞行数据。
进一步地，所述步骤S100具体包括建立无人机模型，输入并加载无人机模拟起飞点经纬度坐标、飞行速度、油量或电池电量、航行角及定点巡航线路。
更近一步地，在所述步骤S200中，模拟飞行开启后，开启一个定时器进行飞行数据的更新，可实现以下飞行状态的模拟：
A、根据当前飞机的航行角、位置和飞行速度计算出下一个位置；
B、油量或电池信息等数据按一定数值递减，该数值与速度成比例关系；
C、飞行时间或飞行距离等数据递增；
D、实现定点巡航。
具体地，在模拟飞行开启后，根据当前模拟的无人机经纬度坐标（X，Y）、当前航行角a及速度V计算并显示飞行时间t时的无人机经纬度坐标为（X+Vt*sina*b，Y+Vt*cosa*b），所述航偏角a以纬度作为参考基准，其中，所述无人机起飞时的经纬度坐标为预设值；b为地图比例系数，即实际经度或纬度距离与地图上的显示的距离之间的比值。
在小范围内，地图上的经纬度可近似为平面坐标系，按照地球周长计算，经纬度上的每一数值可类比为平面上的直线距离。结合图2所示，当前无人机坐标位置为O，航行角为a，以速度V画一个圆，则下一飞机坐标位置应为p，由此可根据三角函数计算出On和Om距离，则可根据这个距离近似获取到相应的经纬度差值，O位置的经纬度加上这些差值得到的新的坐标位置则可认为可p点的坐标位置。
如O点坐标（114.265864,35.484646），飞行速度为50米/秒，航行角为a为45°，则op=50米，op*sin45°=on=om=50*1.414/2=35.36米，假定35.36米在经纬度上对应为（0.000015,0.000015），即地图比例系数为b，则A点坐标可近似表示为（114.265864+0.000015，35.484646+0.000015）。
在上述无人机的模拟飞行过程中，可接收地面站的控制指令改变其模拟飞行方向，具体可通过改变航行角实现，转向后，在计算无人机的下一个位置时，采用新的航行角。
更进一步地，所述步骤S200还包括，根据预设的定点巡航线路按照预设的航点顺序更新无人机的模拟飞行数据。
所述定点巡航线路的设置方法为：
（1）预设T个航点的经纬度坐标，每相邻两个航点间的距离L大于飞行速度V且为飞行速度V的整数倍；
（2）将每相邻两个航点之间的距离分成M份，形成M-1个分支航点，M=L/V；
（3）将该相邻两个航点之间的经纬度分别做差取绝对值，得到两个航点间的经度差J和纬度差W
（4）将J和W分成M份得到j=J/M和w=W/M，从而得到两个航点间的M-1个支航点的经纬度坐标。
（5）计算并保存所有相邻航点之间支航点的经纬度坐标，并将这些坐标点连成线且保存为所述定点巡航线路。
在模拟无人机的定点巡航时，飞行数据更新是按顺序从保存的航点信息中读取数据的，没过一个航点的飞行数据都会进行记录和显示，同时将该数据传输给所述地面站。
在以上所述的无人机模拟飞行过程中，根据预设的油耗或电耗和飞行速度可以时刻记录并显示无人机的当前剩余油量或电量信息及所飞行的距离数据。
通过上述实施例可知，使用该无人机飞行模拟系统及方法，在室内即可完成地面站调试开发工作，只要将所述无人机飞行模拟系统安装在PC机或者笔记本上，并接上无线通讯设备，启动系统后，飞行模拟系统则可像一台正在空中飞行的无人机一样与地面站进行通信。助开发人员克服无人机实际飞行受场地、时间、天气的影响，室内则可完成地面站的开发测试工作，有效提高工作效率，节约开发成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种无人机飞行模拟系统，其特征在于：包括主控模块、显示模块及通信模块；
所述主控模块，用于根据预设的无人机模型，控制无人机模拟产生各种真实飞行数据；
所述显示模块，用于在主控模块的控制下显示所述模拟产生的各种真实飞行数据；
所述通信模块，用于在主控模块的控制下，将模拟产生的各种真实飞行数据发送给地面站或者接收地面站的控制指令；
所述显示模块及通信模块分别与所述主控模块电连接。
2.根据权利要求1所述的无人机飞行模拟系统，其特征在于：在所述预设的无人机模型中，预设参数包括无人机模拟起飞点经纬度坐标、飞行速度、油量或电池电量、航行角及定点巡航线路。
3.根据权利要求2所述的无人机飞行模拟系统，其特征在于：所述显示模块具有可供修改无人机飞行参数的界面或窗口。
4.根据权利要求3所述的无人机飞行模拟系统，其特征在于：所述显示模块为可触碰的LED显示屏。
5.一种无人机飞行模拟方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤S100，建立无人机模型并输入预设参数；
步骤S200，根据预设参数及地面站的控制指令模拟无人机的实际飞行状态，产生并显示各种飞行数据；
步骤S300，地面站接收所述飞行数据。
6.根据权利要求5所述的无人机飞行模拟方法，其特征在于：所述步骤S100具体包括建立无人机模型，输入并加载无人机模拟起飞点经纬度坐标、飞行速度、油量或电池电量、航行角及定点巡航线路。
7.根据权利要求6所述的无人机飞行模拟方法，其特征在于：所述步骤S200包括，根据当前模拟的无人机经纬度坐标（X，Y）、当前航行角a及速度V计算并显示飞行时间t时的无人机经纬度坐标为（X+Vt*sina*b，Y+Vt*cosa*b），所述航偏角a以纬度作为参考基准，其中，所述无人机起飞时的经纬度坐标为预设值，b为地图比例系数。
8.根据权利要求7所述的无人机飞行模拟方法，其特征在于：在无人机模拟飞行过程中，可接收地面站的控制指令改变其模拟飞行方向。
9.根据权利要求6所述的无人机飞行模拟方法，其特征在于：所述步骤S200还包括，根据预设的定点巡航线路按照预设的航点顺序更新无人机的模拟飞行数据。
10根据权利要求9所述的无人机飞行模拟方法，其特征在于：所述定点巡航线路的设置方法为：
（1）预设T个航点的经纬度坐标，每相邻两个航点间的距离L大于飞行速度V且为飞行速度V的整数倍；
（2）将每相邻两个航点之间的距离分成M份，形成M-1个分支航点，M=L/V；
（3）将该相邻两个航点之间的经纬度分别做差取绝对值，得到两个航点间的经度差J和纬度差W
（4）将J和W分成M份得到j=J/M和w=W/M，从而得到两个航点间的M-1个支航点的经纬度坐标。
（5）计算并保存所有相邻航点之间支航点的经纬度坐标，并将这些坐标点连成线且保存为所述定点巡航线路。
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