CN105068444B - 一种通用型无人机数据链仿真系统 - Google Patents

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本发明公开了一种通用型无人机数据链仿真系统，包括机载设备仿真装置、飞行控制计算机、无人机数据链仿真系统；无人机数据链仿真系统包括遥控遥测仿真计算机和航迹显示计算机；机载设备仿真装置对某型号无人机的各个设备和模块进行物理仿真，并将仿真结果发送到飞行控制计算机；遥控遥测仿真计算机通过串口与待仿真型号无人机的飞行控制计算机相连，进行遥控遥测信息的交互，同时遥控遥测仿真计算机将遥测信息通过UDP协议转发到航迹显示计算机上；本发明采用常规的系统架构，降低系统成本，扩大了应用范围，可将系统应用于无人机的地面检测和模拟飞行中。

Description

一种通用型无人机数据链仿真系统
技术领域
本发明涉及无人机系统仿真技术，具体指一种适用于不同型号无人机的通用数据链仿真系统。
背景技术
无人机数据链是指无人机与地面控制中心完成信息传输的数据通信系统。无人机数据链已经成为无人机在飞行全过程中，联系无人机与舰载、地面指挥平台、设备之间资源共享的信息桥梁，其基本功能是使无人机能接收指挥平台的遥控指令，并向指挥平台发送无人机的飞行状态信息和机载任务传感器获取的情报信息。中国专利文献CN202533754U是本发明最接近的现有技术。
图1为典型的无人机数据链系统，通过地面指挥平台2与无人机平台1进行数据交互。
数据链仿真是数据链武器装备论证的重要内容和有效方法，对战术数据链系统的设计开发、测试评估、协同互联和互操作、模拟训练等重要研究领域的仿真起到了极为重要的作用。数据链仿真技术研究在我国起步较晚，目前还多以链路级和网络级数据链仿真研究为重点,并且针对各种武器装备的数据链仿真系统尚没形成统一的设计标准，系统通用性差，存在着“一种型号装备一套仿真系统”的问题，造成了资源的浪费，同时，以数据链仿真系统为基础的装备训练模拟技术研究目前在国内尚属起步阶段。之所以存在上述问题，一方面是数据链仿真系统在设计之初缺乏通用化的顶层设计，另一方面是研制仿真系统的单位往往不是数据链系统的设计单位，对数据链的功能缺乏较为透彻的理解。
与一般的通信系统不同,战术数据链传输的主要是实时的格式化作战数据,在信息传输的实时性、可靠性和安全性等方面都有较高的要求。以无人机数据链为例，其数据链系统中传输的信息除了情报信息(一般为图像信息)外，主要传输的为无人机系统的遥控遥测信息。遥控信息中除了飞行指令外，还包括无人机机载任务设备的指令，同样遥测信息中除飞行参数外，还包括机载任务设备的参数。在实际研制工作中，同一种无人机的原型机往往通过搭载不同种类的任务设备，形成不同的型号，见图2。对于同一种原型机衍生的不同型号，其飞行相关参数往往是相同的，只有任务设备部分发生了改变。然而，目前的无人机数据链仿真系统在设计时并没有将遥测遥控信息中的任务设备相关部分与飞行相关部分区分，这样便造成了对同一原型机衍生的不同型号仍需重新设计数据链仿真系统。
如图2所示，无人机原型机1、2…n代表着研制无人机的基础型号。而每一种原型机都会衍生出不同型号的无人机来对某单项性能进行实验改进，比如无人机原型机1A代表对发动机性能进行改进的衍生机型。不同的原型机衍生出大量不同型号的无人机，倘若找到一种顶层设计策略，使无人机数据链仿真系统能够通过较小的改变，便能适用于同一种原型机衍生的不同型号，甚至不同原型机衍生的各种型号，这样就能极大地缩短了无人机数据链仿真系统的研制时间，同时也节约了资源，对用户方来讲也减小了学习成本。
发明内容
本发明针对不同型号无人机数据链仿真系统缺乏同一架构，常导致重复设计的缺点，提出了一种适用于不同型号无人机的通用型数据链仿真系统，使得用户在不改变系统架构的情况下，对系统进行较小的适应性改造，便是指适用于当前不同型号无人机的数据链仿真。
本发明所述的通用型数据链仿真系统在硬件架构上使用普通的个人计算机，通过计算机的串行接口与待仿真的某型号无人机的飞行控制计算机相连，系统通过用户选择完成不同型号无人机遥控遥测编/解码模块的配置，系统在接收到飞行控制计算机发送来的遥测信息后通过遥测解码模块进行解码，并将飞行参数和任务参数分离开来，分别进行处理。系统通过添加遥控遥测编/解码库中的编/解码模块便可增加对新型号无人机的适应，由于将遥控遥测编/解码进行区分处理，由同一原型机衍生的不同型号的飞行参数编/解码模块相同，仅对任务参数编/解码模块进行修改即可。
本方法的主要优点在于：
(1)采用可配置的遥控遥测编/解码模块，将飞行参数和任务参数分割进行处理，使系统具有最大的可裁剪性；
(2)采用常规的系统架构，降低系统成本，扩大了应用范围，可将系统应用于无人机的地面检测和模拟飞行中。
附图说明
图1为无人机数据链系统的工作示意图；
图2为目前各种型号无人机的衍生关系图；
图3为本发明系统的系统硬件架构；
图4为本发明系统遥控遥测仿真计算机上的软件模块组成；
图5为本发明系统中遥控遥测编/解码模块内部组成；
图6为本发明系统的遥控遥测仿真软件界面；
图7为本发明系统的航迹显示软件界面。
图中：
1.无人机 2.地面控制站 3.无人机数据链仿真系统
4.遥控遥测仿真计算机 5.航迹显示计算机 6.飞行控制计算机
7.机载设备仿真装置 8.飞控设备仿真装置 9.导航设备仿真装置
10.电气系统仿真装置 11.任务设备仿真装置 12.遥测接收模块
13.遥控发送模块 14.遥控遥测编/解码模块 15.被选择的编/解码模块库
16.遥测解码模块 17.遥控编码模块 18.遥测参数处理模块
19.遥控参数处理模块 20.飞控参数处理模块 21.导航参数处理模块
22.电气系统参数处理模块 23.任务设备参数处理模块 24.飞行控制处理模块
25.航线输入模块 26.任务设备参数设置模块 27.型号nC的遥控遥测编/解码模块
28.遥控飞行参数编码模块 29.遥测飞行参数解码模块 30.遥控任务参数编码模块
31.遥测任务参数解码模块
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本发明的一种通用型无人机数据链仿真系统，如图3所示，硬件上包括遥控遥测仿真计算机4和航迹显示计算机5。遥控遥测仿真计算机4和航迹显示计算机5组成无人机数据链仿真系统3。
遥控遥测仿真计算机4通过串口与待仿真型号无人机的飞行控制计算机6相连，进行遥控遥测信息的交互，同时遥控遥测仿真计算机4将遥测信息通过UDP协议转发到航迹显示计算机5上。飞行控制计算机6和机载设备仿真装置7完成对某型号无人机的物理仿真，其中机载设备仿真装置7包括飞控设备仿真装置8、导航设备仿真装置9、电气系统仿真装置10和任务设备仿真装置11。
遥控遥测仿真计算机4上的软件模块组成如图4所示，包括遥测接收模块12、遥控发送模块13、遥控遥测编/解码模块库14、编/解码模块15、遥测参数处理模块18、遥控参数处理模块19。
遥测接收模块12接收来自飞行控制计算机6的遥测数据，遥控发送模块13将仿真的遥控指令发送到飞行控制计算机6上。用户根据当前仿真的无人机型号，从遥控遥测编/解码模块库14选择无人机相应的遥控遥测编/解码模块15，其中被选择的编/解码模块15包括遥测解码模块16和遥控编码模块17，遥测解码模块16对遥测信息进行解码，并按照飞行参数和任务参数对解码后的参数进行分类，并发送到遥测参数处理模块18中进行处理(主要为参数的计算、判定和显示)，遥测参数处理模块18包括飞行参数相关的飞控参数处理模块20、导航参数处理模块21、电气系统参数处理模块22，以及任务参数相关的任务设备参数处理模块23。
遥测参数处理模块18中飞控参数处理模块20的功能是对飞行过程中的各种状态参数做分析处理用来对飞机的姿态、飞行速率等进行处理。导航参数处理模块21主要对传感器参数和数据链接收到的卫星数据进行处理来对飞机的航路进行规划恶化调整。电气系统参数处理模块22主要对飞机的供电设备和用电设备的状态参数进行处理，来保证飞机的安全飞行和完成任务。任务设备参数处理模块23主要用来对接收到地面指挥站的任务进行处理，来相应地对航路、飞行状态进行调整。
本发明将上述模块整合在一个遥测参数处理模块中便于对所有飞行过程中的各个参数进行统一处理，简化了参数处理的流程、节省了系统资源，也方便了在实际应用中对于无人机飞行状态的控制和管理。
同时，用户通过遥控参数处理模块19中的飞行控制处理模块24和航线输入模块25对遥控信息中的飞行参数进行输入，通过任务设备参数设置模块26对遥控信息中的任务参数进行输入，两类参数在遥控编码模块17中进行编码，发送至遥控发送模块13。
遥控遥测编/解码模块15内部组成如图5所示，以型号nC为例，型号nC的遥控遥测编/解码模块27包含型号n的遥控飞行参数编码模块28、型号n的遥测飞行参数解码模块29、型号nC的遥控任务参数编码模块30和型号nC的遥测任务参数解码模块31。由于将遥控遥测信息中的飞行参数进行分离处理，因此对于从无人机原型机n衍生出的各种型号nA、nB、Nc……，其遥控遥测编/解码模块中的遥控飞行参数编码模块和遥测飞行参数解码模块是相同的，仅对其任务参数编/解码模块进行更改即可。
本发明系统的遥控遥测仿真软件界面如图6所示，界面左侧为遥测参数显示界面，右侧为遥控参数输入界面，其各种参数包含了当前系统适用的各型号无人机，具有普适性和通用性。
本发明系统的航迹显示软件界面如图7所示，航迹显示软件运行于航迹显示计算机5之上，由于航迹显示计算机5仅接收遥测信息并显示飞行航迹，航迹显示软件仅调用待仿真型号无人机(以型号nC为例)的遥测飞行参数解码模块29。
本发明的使用流程如下：首先，如图3所示，包括飞控设备仿真装置、导航设备仿真装置、电气系统仿真装置、任务设备仿真装置的机载设备仿真装置7对某型号无人机的各个设备和模块进行物理仿真并将仿真结果发送到飞行控制计算机6。接着，飞行控制计算机将数据通过串口发送到遥控遥测仿真计算机4，遥控遥测仿真计算机4进行处理后将遥控遥测数据一方面通过UDP协议发送给航迹显示计算机5并在航迹显示计算机5上显示无人机的航路，另一方面将数据通过飞行控制计算机发送到机载设备仿真装置7，而机载设备仿真装置7中的各个模块根据数据处理结果对机载设备进行相应的处理和调整。

Claims (1)

1.一种通用型无人机数据链仿真系统，包括机载设备仿真装置、飞行控制计算机、无人机数据链仿真系统；
无人机数据链仿真系统包括遥控遥测仿真计算机和航迹显示计算机；
机载设备仿真装置包括飞控设备仿真装置、导航设备仿真装置、电气系统仿真装置和任务设备仿真装置，飞控设备仿真装置、导航设备仿真装置、电气系统仿真装置和任务设备仿真装置对某型号无人机的各个设备和模块进行物理仿真，并将仿真结果发送到飞行控制计算机；遥控遥测仿真计算机通过串口与待仿真型号无人机的飞行控制计算机相连，进行遥控遥测信息的交互，同时遥控遥测仿真计算机将遥测信息通过UDP协议转发到航迹显示计算机上；
遥控遥测仿真计算机包括遥测接收模块、遥控发送模块、遥控遥测编/解码模块库、编/解码模块、遥测参数处理模块、遥控参数处理模块；
遥测接收模块接收来自飞行控制计算机的遥测数据，遥控发送模块将仿真的遥控指令发送到飞行控制计算机上；用户根据当前仿真的无人机型号，从遥控遥测编/解码模块库选择无人机相应的遥控遥测编/解码模块，其中被选择的编/解码模块包括遥测解码模块和遥控编码模块，遥测解码模块对遥测信息进行解码，并按照飞行参数和任务参数对解码后的参数进行分类，并发送到遥测参数处理模块，遥测参数处理模块包括飞行参数相关的飞控参数处理模块、导航参数处理模块、电气系统参数处理模块，以及任务参数相关的任务设备参数处理模块；
遥测参数处理模块中飞控参数处理模块对飞机的飞控参数进行处理；导航参数处理模块对传感器参数和数据链接收到的卫星数据进行处理，进而对飞机的航路进行规划调整；电气系统参数处理模块对飞机的供电设备和用电设备的状态参数进行处理；任务设备参数处理模块对接收到地面指挥站的任务进行处理，对航路、飞行状态进行调整；
用户通过遥控参数处理模块中的飞行控制处理模块和航线输入模块对遥控信息中的飞行参数进行输入，通过任务设备参数设置模块对遥控信息中的任务参数进行输入，两类参数在遥控编码模块中进行编码，发送至遥控发送模块；
遥控遥测编/解码模块内根据无人机型号，设置每个型号的遥控飞行参数编码模块以及遥测飞行参数解码模块，遥控飞行参数编码模块和遥测飞行参数解码模块分别对遥控飞行参数进行编码和解码。
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Assignee: Beijing northern sky long hawk UAV Technology Co.,Ltd.

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Denomination of invention: A general UAV data link simulation system

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License type: Exclusive License

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