CN105427704B - 一种面向无人机飞控与任务系统的使用维护模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种面向无人机飞控与任务系统的使用维护模拟器，该使用维护模拟器由仿真无人机分系统、飞行操作分系统、任务设备操作分系统、教学评估分系统、示教演示分系统和局域网组成，其中仿真无人机分系统由无人机仿真模型和任务设备组成，在无人机仿真模型中还设有故障模拟模块。由于不需动用实装无人机，而且在无人机仿真模型中引入了风场和大气环境的模拟，在保证飞行安全的同时，使得模拟训练的操作的仿真度更高，而且还可以进行故障排查能力的训练。

Description

一种面向无人机飞控与任务系统的使用维护模拟器

技术领域

本发明涉及模拟器领域，尤其是无人机的使用维护模拟训练领域，特别是一种面向无人机飞控与任务系统的使用维护模拟器，可用于无人机专业人员的专业学习和教学培训。

背景技术

在现有技术条件下，利用无人机执行各种任务是一个复杂的过程，对操作人员具有很高的要求。除了要求操作人员了解一定的飞行原理、大气紊流知识外，还要求熟悉无人机的飞行特性、载荷特性、使用维护特性、飞控原理，并且具备一定的操控经验和良好的心理素质。尤其是在无人机起飞和返场降落时，由于近地飞行且地面风场变化等因素，稍有不慎，便会使装备受损，从而对地面站操控员提出了较高的要求。另外，无人机系统一般具有指挥和控制多机飞行能力。在实际飞行中，操控员的多机操作压力及难度相对较大，需要多人配合、协调操作。

为了使操作人员能够正确、熟练地操作无人机，从而保障各种任务的遂行，需要对操作人员进行必要的培训和训练。目前，现有的无人机模拟训练通常仅仅是依托实装地面站进行简单的模拟操作，由于仅仅是模拟操作，无人机并不飞行，缺少外部环境对无人机的影响反馈，因此模拟操作与无人机实际飞行时的差异性较大。由于没有完整的无人机飞行模拟训练装备，因此在现阶段还无法进行有针对性和直观的实际操作训练。

发明内容

为了解决现有无人机模拟操作训练中存在的模拟操作与无人机实际飞行时差异性较大的问题，以及无人机操作人员的故障排查和使用维护能力较弱的问题。

本发明提出了一种面向无人机飞控与任务系统的使用维护模拟器，该使用维护模拟器由仿真无人机分系统、飞行操作分系统、任务设备操作分系统、教学评估分系统、示教演示分系统和局域网组成；

仿真无人机分系统由无人机仿真模型和任务设备组成；

任务设备操作分系统通过仿真无人机分系统中的无人机仿真模型与任务设备电连接；

局域网由操控采集局域网、测控局域网和参数采集局域网组成；其中操控采集局域网用于将飞行操作分系统和任务设备操作分系统的信息传输至教学评估分系统和示教演示分系统；测控局域网用于实现飞行操作分系统、任务设备操作分系统与仿真无人机分系统之间的双向通信；参数采集局域网用于将仿真无人机分系统的信息传输至教学评估分系统和示教演示分系统。

上述使用维护模拟器可实现无人机飞行全流程的模拟，逼真度高、实际操作能力强，将其应用到教学和训练中，无人机操作人员能够在较短的时间熟悉和掌握无人机系统的使用与维护。

附图说明

图1为面向无人机飞控与任务系统的使用维护模拟器的结构组成示意图。

图2为飞行操作分系统的结构组成示意图。

图3为使用维护模拟器中各机柜设置及机柜结构示意图。

具体实施方式

本发明提出了一种面向无人机飞控与任务系统的使用维护模拟器，是一种主要面向无人机飞控系统和任务系统的模拟器，可应用于无人机装备教学和无人机操作人员训练。下面结合附图1-3对本发明进行详细地说明。

如图1所示，本发明的一种面向无人机飞控与任务系统的使用维护模拟器具体由仿真无人机分系统、飞行操作分系统、任务设备操作分系统、教学评估分系统、示教演示分系统和局域网组成。

仿真无人机分系统由无人机仿真模型和任务设备组成。

其中，无人机仿真模型为通过计算机呈现的虚拟无人机模型，使用无人机仿真模型的目的在于在传统的模拟操作训练的基础上，增加操作对象无人机的反馈，主要是以图形的形式展示无人机的实时姿态，并以数据的形式展示无人机的各种参数；而且无人机仿真模型在设计时引入了风场和大气环境的模拟，为无人机仿真模拟提供了模拟飞行环境，从而使得无人机的操作训练更加接近无人机的实际飞行，通过上述方法还可有效降低实际装备在训练过程中的受损概率，可实现在保证训练效果的前提下，进一步提高飞行训练的安全性。为了进一步增加该使用维护模拟器的仿真度，并用于培养操作人员在无人机出现故障时的应对能力和故障排查能力，在无人机的仿真模型中设置有故障模拟模块，可以实现故障的注入、设置和模拟，可以模拟多种无人机故障，诸如：磁航向传感器故障、垂直陀螺故障、高度传感器故障、空速传感器故障、油量传感器故障、缸温传感器故障、机载发射机故障、机载伺服天线故障、机载接收机故障、地面发射机故障、地面伺服天线故障、地面接收机故障、导航设备故障、光电平台故障等。在本实施例中，无人机仿真模型设置在仿真无人机机柜中。

其中，任务设备为实装无人机的任务设备，其目的在于通过实装任务设备的训练，可以使得操作人员更好地掌握任务设备的特性。本实施例中的任务设备为常见的光电成像任务设备，具体包括：光电平台、红外成像设备和激光测距设备。任务设备除了光电成像任务设备外，还可以替换为合成孔径雷达等其他任务设备。

如图2所示，飞行操作分系统用于实现对无人机飞行及导航操作，任务规划操作和无线电数据链路操作；本实施例中，具体由飞行及导航操作机柜、任务规划操作机柜、无线电数据链路操作机柜三个机柜组成，三个机柜依次可完成无人机飞行及导航操作，任务规划操作和无线电数据链路操作。

任务设备操作分系统通过仿真无人机分系统中的无人机仿真模型与任务设备电连接，用于模拟无人机任务设备的地面操纵台；

教学评估分系统用于实现对学员飞行操控和故障排查情况进行考核；教学评估分系统可对学员进行操作效果评估、故障排查效果评估，并对学员进行综合成绩考核等。

示教演示分系统用于展示系统工作原理和示范教学，示教演示分系统以动画演示的形式展示系统工作原理和示范教学，由系统介绍模块、工作原理模块、操作示例模块和使用维护模块四部分组成。

前述的任务设备操作分系统、教学评估分系统、示教演示分系统各设置一个机柜，分别为任务设备操作机柜、教学评估机柜和示教演示机柜。

如图3所示，本实施例中的七个机柜上部均设置一个显示器，中部设置一个操纵台板，下部设置一台工控机，其中操纵台板上设置输入按键、鼠标和键盘，便于操作人员操作使用。输入按键的设置布局模仿真实地面站操控台输入按键的布局。

局域网由操控采集局域网、测控局域网和参数采集局域网组成；其中操控采集局域网用于将飞行操作分系统和任务设备操作分系统的信息传输至教学评估分系统和示教演示分系统；测控局域网用于实现飞行操作分系统、任务设备操作分系统与仿真无人机分系统之间的双向通信；参数采集局域网用于将仿真无人机分系统的信息传输至教学评估分系统和示教演示分系统。

为了进一步提高本发明所述使用维护模拟器的适用范围，仿真无人机分系统中的无人机仿真模型采用变稳定度设计，是一种变稳定的无人机仿真模型。通过变稳定度设计，可以实现对多种不同型号无人机的模拟，进而实现一套模拟器实现对多种不同型号、不同特性无人机的模拟。

本发明采用模块式设计，前述的每一个机柜为一个独立的模块，各模块通过局域网可进行有机的组合。在院校教学的装备和飞行操作教学过程中，由于场地限制较少，教学内容较多，可采用如本实施例中所提及的全模块组成方案；在部队或飞行一线的教学中，可仅使用仿真无人机分系统，并通过仿真无人机机柜上的接口，与无人机的实装地面站进行通讯，从而依靠无人机系统中除了实装无人机平台部分的其它部分，来展开和实施各种飞行训练。

为了更好地描述本发明提出的一种面向无人机飞控与任务系统的使用维护模拟器的组成和连接关系，下面介绍一下本实施例中各种信息在各组成部分间的传输关系。

仿真无人机分系统将模拟的飞行状态参数以遥测通信协议的格式通过测控局域网发送到飞行及导航操作机柜、任务规划操作机柜、无线电数据链路操作机柜和任务设备操作机柜中，即反馈飞行状态、飞行航迹、链路状态和任务设备状态，供无人机操作人员监视和控制无人机。

测控局域网模拟天-地-链回路，将飞行及导航操作、任务规划操作、无线电数据链路操作、任务设备操作和仿真无人机分系统联系起来，上行操控指令通过该网络发送到仿真无人机分系统中，无人机仿真模型和/或任务设备根据上行指令执行相应的动作。

参数采集局域网将教学评估分系统、示教演示分系统和仿真无人机分系统联系起来，通过采集无人机仿真模型的飞行参数、状态参数，评估在当前学员发送的控制指令状态下无人机所处的飞行状态、机载设备状态等，分析学员控制操控无人机的正确性，并对其效果进行评估。

示教演示分系统将采集到的无人机状态反应到动画信息流图中，为学员演示当前无人机的工作状态和工作原理。

操作效果评估通过操控采集局域网采集操作人员在飞行操作分系统中对无人机的各项操作，包括发送的遥控指令、无人机仿真模型所模拟的无人机状态、特情和故障排查等，通过综合分析，比对并结合正确的操作规则给出受训人员的操作成绩。

故障设置可对无人机仿真模型进行虚拟故障的注入，使其处于某种或某几种故障状态下，考核学员对该故障的分析、排查与处理能力。

本发明提出的技术方案不仅可以模拟无人机飞行全流程的操作，而且还可以进行故障排查的训练，另外还可以依托该模拟器进行飞控系统、任务系统和数据链系统结构和工作原理示范教学等。使用本使用维护模拟器可以将无人机飞行训练常态化、实验室化，并保障无人机操作人员在不动用实装无人机的条件下，进行整体训练和实战化训练实施教学和训练，可使相应的培训人员较快地熟悉和掌握无人机系统的使用与维护，提高装备教学的质量和效果。

Claims (9)

1.一种面向无人机飞控与任务系统的使用维护模拟器，其特征在于：由仿真无人机分系统、飞行操作分系统、任务设备操作分系统、教学评估分系统、示教演示分系统和局域网组成；

所述仿真无人机分系统由无人机仿真模型和任务设备组成，所述任务设备为实装无人机的任务设备；

所述飞行操作分系统由飞行及导航操作机柜、任务规划操作机柜、无线电数据链路操作机柜三个机柜组成，三个机柜依次用于完成无人机飞行及导航操作，任务规划操作和无线电数据链路操作；

所述任务设备操作分系统通过仿真无人机分系统中的无人机仿真模型与任务设备电连接；

所述局域网由操控采集局域网、测控局域网和参数采集局域网组成；其中操控采集局域网用于将飞行操作分系统和任务设备操作分系统的信息传输至教学评估分系统和示教演示分系统；测控局域网用于实现飞行操作分系统、任务设备操作分系统与仿真无人机分系统之间的双向通信；参数采集局域网用于将仿真无人机分系统的信息传输至教学评估分系统和示教演示分系统。

2.如权利要求1所述的使用维护模拟器，其特征在于：所述无人机仿真模型中设有故障模拟模块。

3.如权利要求1所述的使用维护模拟器，其特征在于：所述任务设备包括光电平台、红外成像设备和激光测距设备。

4.如权利要求1所述的使用维护模拟器，其特征在于：所述仿真无人机分系统、任务设备操作分系统、教学评估分系统、示教演示分系统各设置一个机柜。

5.如权利要求4所述的使用维护模拟器，其特征在于：所述机柜的上部设置一个显示器，中部设置一个操纵台板，下部设置一台工控机。

6.如权利要求5所述的使用维护模拟器，其特征在于：所述操纵台板上设置输入按键、鼠标和键盘。

7.如权利要求1所述的使用维护模拟器，其特征在于：所述仿真无人机分系统中的无人机仿真模型为变稳定度无人机仿真模型。

8.如权利要求1所述的使用维护模拟器，其特征在于：所述仿真无人机分系统的机柜上还设有与实装地面站通讯的接口。

9.如权利要求1所述的使用维护模拟器，其特征在于：所述示教演示分系统以动画演示的形式展示系统工作原理和示范教学，由系统介绍模块、工作原理模块、操作示例模块和使用维护模块四部分组成。