CN108107749A - 一种无人机投放航路自动化验证方法及系统 - Google Patents
一种无人机投放航路自动化验证方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108107749A CN108107749A CN201711174678.1A CN201711174678A CN108107749A CN 108107749 A CN108107749 A CN 108107749A CN 201711174678 A CN201711174678 A CN 201711174678A CN 108107749 A CN108107749 A CN 108107749A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- data
- module
- launches
- air route
- unmanned plane
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
- G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明涉及一种无人机投放航路自动化验证方法及系统，属于飞行控制技术领域，其通过环境模拟模块模拟仿真飞机的动力学特性、运动学特性、大气环境特性以及飞机的飞行控制系统和自动飞行控制系统、动力系统，并输出飞机的模拟飞行数据、模拟状态数据和模拟环境数据；之后通过机载投放计算模块计算投放航路点序列数据，并将投放航路点序列数据传递给环境模拟模块；通过任务规划模块规划原始航路数据；最终环境模拟模块根据所述原始航路数据和投放航路点序列数据整合生成完整航路数据。本发明的无人机投放航路自动化验证方法及系统可在地面实现验证货物航路投放的流程以及投放航路生成正确性验证，增强了系统验证全面性以及准确性。
Description
技术领域
本发明属于飞行控制技术领域，尤其涉及一种无人机投放航路自动化验证方法及系统。
背景技术
无人机投放航路是需根据飞机的实时飞行状态及要投放的目标区域等信息，在线动态生成可投放的区域范围航路信息，引导飞机进入投放区域以及退出投放区域。
无人机投放航路地面验证需要构建出飞机的动态飞行过程以及将惯性导航系统数据、大气系统数据、飞机构型数据、导弹性能数据库等输入真实机载火控计算机，形成闭环。
现有技术中，暂无一种无人机投放航路地面验证系统及方法可以完成上述目标。
发明内容
本发明的目的是提供一种无人机投放航路自动化验证方法及系统，用于解决上述任一问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种无人机投放航路自动化验证方法，其包括
第一：通过环境模拟模块模拟仿真飞机的动力学特性、运动学特性、大气环境特性以及飞机的飞行控制系统和自动飞行控制系统、动力系统，并输出飞机的模拟飞行数据、模拟状态数据和模拟环境数据；
第二：通过货物投放性能数据库存储货物的投放性能数据；
第三：通过投放指令产生模块产生货物的投放指令；
第四：机载投放计算模块根据环境模拟模块、货物投放性能数据库、投放指令产生模块产生的数据，计算投放航路点序列数据，并将投放航路点序列数据传递给环境模拟模块；
第五：通过任务规划模块规划原始航路数据；
第六：环境模拟模块根据所述原始航路数据和投放航路点序列数据整合生成完整航路数据。
进一步的，所述机载投放计算模块接收的环境模拟模块产生数据是通过惯导模块输出的仿真数据，且所述仿真数据转换为ARINC总线数据后传递给机载投放计算模块。
进一步的，所述机载投放计算模块接收的环境模拟模块产生数据是通过大气数据模块输出的大气数据，且所述大气数据转化为R232总线数据后传递给机载投放计算模块。
进一步的，所述环境模拟模块产生的模拟飞行数据、模拟状态数据和模拟环境数据、机载投放计算模块产生的投放航路点序列数据以及环境模拟模块产生完整航路数据还数据存储与分析模块存储，以供调用。
本发明还提供了一种无人机投放航路自动化验证系统，其包括
环境模拟模块，环境模拟模块模拟仿真飞机的动力学特性、运动学特性、大气环境特性以及飞机的飞行控制系统和自动飞行控制系统、动力系统，并输出飞机的模拟飞行数据、模拟状态数据和模拟环境数据；
货物投放性能数据库，所述货物投放性能数据库存储货物的投放性能数据；
投放指令产生模块，投放指令产生模块产生货物的投放指令；
机载投放计算模块，机载投放计算模块接收环境模拟模块、货物投放性能数据库、投放指令产生模块产生的数据，机载投放计算模块根据上述数据计算投放航路点序列数据，并将投放航路点序列数据传递给环境模拟模块；
任务规划模块，任务规划模块规划原始航路数据；
环境模拟模块根据原始航路数据和投放航路点序列数据整合生成完整航路数据。
进一步的，还包括惯导模块，惯导模块接收环境模拟模块输出的仿真数据，根据仿真数据转换为ARINC总线数据，并传递给机载投放计算模块。
进一步的，所述仿真数据包括经度、纬度、离地高度、速度。
进一步的，还包括大气数据模块，大气数据模块接收环境模拟模块输出的大气数据，根据大气数据转化为R232总线数据，并传递给机载投放计算模块。
进一步的，所述大气数据包括风速、风向、大气温度、大气密度、垂直速度、气压高度。
进一步的，还包括数据存储与分析模块，数据存储与分析模块存储环境模拟模块产生的模拟飞行数据、模拟状态数据和模拟环境数据、机载投放计算模块产生的投放航路点序列数据，以及环境模拟模块产生完整航路数据。
本发明的无人机投放航路自动化验证方法及系统可在地面实现验证货物航路投放的流程以及投放航路生成正确性验证，增强了系统验证全面性以及准确性。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明一实施例的图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
本发明提出了一种无人机投放航路自动化验证方法包括如下步骤：
S1：通过环境模拟模块模拟仿真飞机的动力学特性、运动学特性、大气环境特性以及飞机的飞行控制系统和自动飞行控制系统、动力系统，并输出飞机的模拟飞行数据、模拟状态数据和模拟环境数据，实现无人机的动态飞行过程。
上述环境模拟模块为飞行模拟软件，飞行模拟软件包括气动数据存储与飞机配置数据数据库、动力学建模模块、运动方程仿真模块、飞行控制模块、自动飞行控制模块、时钟同步仿真模块、数据输出模块等。
实际运行过程中，除上述基本数据用来对飞机进行建模之外，还需要实时采集飞机的操纵数据，操纵数据改变飞机的舵面偏转角度，角度的偏转又引起气动数据的改变，最终改变飞机的飞行轨迹。
表1：操纵数据实例
表2：输出的飞行模拟数据实例
S2：任务规划模块对无人机的任务剖面进行规划：
根据指标，例如执行任务的时间最短或者执行任务的燃油消耗最小、或者执行任务安全系数最高等指标，规划出一系列航路点，此航路点定义出飞机在空间某一时刻的三维轨迹。
假设飞机要执行的任务是从西安某地起飞，在最短时间内将1吨重的货物投放到北京某地。则在飞机起飞前，任务规划系统规划出的基本飞行航路序列为SD1＝[WP001,WP002,WP003,WP004,WP005,WP006,WP007]如下表：
表3：基本飞行航路序列表
S3:大气系统、惯性导航系统仿真实现无人机传感器信息，用于飞行数据的采集；在此步骤中，大气系统、惯性导航系统将环境模拟模块输出的数据按照表4所示格式进行封装：
表4：环境模拟模块输出的数据封装格式
| 名称 | 类型 | 标号 | 数据 | 状态矩阵 | 有效位 |
| 经度 | INT32 | 0x01 | Longtitude | 0 | 1 |
| 纬度 | INT32 | 0x02 | Lantitude | 0 | 1 |
| 速度 | INT32 | 0x03 | Speed | 0 | 1 |
| … | … | … | … | … | … |
| … | … | … | … | … | … |
S4:投放货物性能数据库读写要投放货物的性能数据；
表5为本实施例中一标准长方体货仓的投放数据表，其还可以包含其他类型的货物，例如带降落伞的无动力投放数据表、球形设备的投放数据表等。本实施例子中为1吨货物在8000m高度的无动力投放，其投放性能数据表如表5所示：
表5：投放性能数据表
S5：投放指令产生模块模拟并产生投放货物的发射指令：
投放指令产生模块为货物发射控制面板仿真器，在本实施例中，选择的是1吨货物投放，飞机沿着任务编号SD1进行自动飞行，在到达航路点WP005与WP006之前，选择投放指令，指令和货物投放性能数据将被送入机载投放计算机进行计算。
在本实施方式中，按照指标要求，任务规划模块负责在飞机起飞前规划出基本的飞行航路，同时将生成的航路信息文件(SD1＝[WP001,WP002,WP003,WP004,WP005,WP006,WP007])，传入飞行环境软件。
同时，惯性导航系统仿真器、大气数据系统仿真器从飞行环境软件获取飞机的飞行数据，同时经过总线转化，将此数据送入机载火控计算机；
机载投放计算模块周期性读取惯性导航系统和大气数据系统以货物性能数据库，以及货物类型选择数据，用于投放航路的动态生成，一旦接收到货物投放指令，机载投放计算模块将生成投放航路序列参照表6，并将此航路序列发送给飞行环境模块；
表6：投放航路序列
S6：飞行环境模块按照航路点的相对拓扑关系，对整条飞行航路进行整合，生成一条完整的飞行航路PL＝[WP001,WP002,WP003,WP004,WP005,TK001，TK002，TK003，TK004，TK005，WP006,TK006,TK007,WP007]，完整的飞行航路参照表7所示：
表7：完整的飞行航路
飞行环境模块利用其三维航路点自动跟踪功能对完整飞行航路PL进行完整航路的自动跟踪；
投放指令产生模块自动触发货物发射指令后，飞行环境模块自动跟踪投放航路，到达指定投放航路点；
飞行环境模块接收到货物发射指令后，发送载机自带的货物，开始货物的飞行仿真；
在货物落地后，打开数据记录与分析软件，运行数据分析，查看试验日志，显示货物是否落入指定区域以WP007为圆心，5Km为半径的圆内，试验结束。
针对上述的无人机投放航路自动化验证方法，本发明还设计了无人机投放航路自动化验证系统，其包括：
环境模拟模块，环境模拟模块模拟仿真飞机的动力学特性、运动学特性、大气环境特性以及飞机的飞行控制系统和自动飞行控制系统、动力系统，并输出飞机的模拟飞行数据、模拟状态数据和模拟环境数据；
货物投放性能数据库，所述货物投放性能数据库存储货物的投放性能数据；
投放指令产生模块，投放指令产生模块产生货物的投放指令；
机载投放计算模块，机载投放计算模块接收环境模拟模块、货物投放性能数据库、投放指令产生模块产生的数据，机载投放计算模块根据上述数据计算投放航路点序列数据，并将投放航路点序列数据传递给环境模拟模块；
任务规划模块，任务规划模块规划原始航路数据；
环境模拟模块根据原始航路数据和投放航路点序列数据整合生成完整航路数据。
在本发明的无人机投放航路自动化验证系统中，计算输出的仿真数据转化为AFDX总线数据，需要按照AFDX总线仿真协议，对仿真数据进行封装，并进行有效性判断，由于飞行环境模块或飞行环境软件运行在Windows系统，而飞行管理计算机运行在Vxworks操作系统，所以需要在Windows端对要传输的数据进行逆序传输。
飞行管理计算机输出的数据为ARINC429总线数据，在windows端需要按照ARINC429总线仿真协议，对总线数据进行解析，并进行有效性判断，由于飞行环境运行在Windows系统，而飞行管理计算机运行在Vxworks操作系统，所以需要在Windows端对传输的数据进行逆序解析。
由于飞行管理计算机运行在Vxworks系统，而非航电系统仿真器运行在Windows系统，所以需要对非航电系统仿真器输出的数据进行RS232总线封装之后进行逆序传输。
本发明的无人机投放航路自动化验证方法及系统可在地面实现验证货物航路投放的流程以及投放航路生成正确性验证，增强了系统验证全面性以及准确性。
以上所述，仅为本发明的最优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种无人机投放航路自动化验证方法，其特征在于，所述无人机投放航路自动化验证方法包括
第一：通过环境模拟模块模拟仿真飞机的动力学特性、运动学特性、大气环境特性以及飞机的飞行控制系统和自动飞行控制系统、动力系统，并输出飞机的模拟飞行数据、模拟状态数据和模拟环境数据；
第二：通过货物投放性能数据库存储货物的投放性能数据；
第三：通过投放指令产生模块产生货物的投放指令；
第四：机载投放计算模块根据环境模拟模块、货物投放性能数据库、投放指令产生模块产生的数据，计算投放航路点序列数据，并将投放航路点序列数据传递给环境模拟模块；
第五：通过任务规划模块规划原始航路数据；
第六：环境模拟模块根据所述原始航路数据和投放航路点序列数据整合生成完整航路数据。
2.根据权利1的无人机投放航路自动化验证方法，其特征在于，所述机载投放计算模块接收的环境模拟模块产生数据是通过惯导模块输出的仿真数据，且所述仿真数据转换为ARINC总线数据后传递给机载投放计算模块。
3.根据权利1的无人机投放航路自动化验证方法，其特征在于，所述机载投放计算模块接收的环境模拟模块产生数据是通过大气数据模块输出的大气数据，且所述大气数据转化为R232总线数据后传递给机载投放计算模块。
4.根据权利1的无人机投放航路自动化验证方法，其特征在于，所述环境模拟模块产生的模拟飞行数据、模拟状态数据和模拟环境数据、机载投放计算模块产生的投放航路点序列数据以及环境模拟模块产生完整航路数据还数据存储与分析模块存储，以供调用。
5.一种无人机投放航路自动化验证系统，其特征在于，所述无人机投放航路自动化验证系统包括
环境模拟模块，环境模拟模块模拟仿真飞机的动力学特性、运动学特性、大气环境特性以及飞机的飞行控制系统和自动飞行控制系统、动力系统，并输出飞机的模拟飞行数据、模拟状态数据和模拟环境数据；
货物投放性能数据库，所述货物投放性能数据库存储货物的投放性能数据；
投放指令产生模块，投放指令产生模块产生货物的投放指令；
机载投放计算模块，机载投放计算模块接收环境模拟模块、货物投放性能数据库、投放指令产生模块产生的数据，机载投放计算模块根据上述数据计算投放航路点序列数据，并将投放航路点序列数据传递给环境模拟模块；
任务规划模块，任务规划模块规划原始航路数据；
环境模拟模块根据原始航路数据和投放航路点序列数据整合生成完整航路数据。
6.根据权利5的无人机投放航路自动化验证系统，其特征在于，还包括惯导模块，惯导模块接收环境模拟模块输出的仿真数据，根据仿真数据转换为ARINC总线数据，并传递给机载投放计算模块。
7.根据权利6的无人机投放航路自动化验证系统，其特征在于，所述仿真数据包括经度、纬度、离地高度、速度。
8.根据权利5的无人机投放航路自动化验证系统，其特征在于，还包括大气数据模块，大气数据模块接收环境模拟模块输出的大气数据，根据大气数据转化为R232总线数据，并传递给机载投放计算模块。
9.根据权利5的无人机投放航路自动化验证系统，其特征在于，所述大气数据包括风速、风向、大气温度、大气密度、垂直速度、气压高度。
10.根据权利5的无人机投放航路自动化验证系统，其特征在于，还包括数据存储与分析模块，数据存储与分析模块存储环境模拟模块产生的模拟飞行数据、模拟状态数据和模拟环境数据、机载投放计算模块产生的投放航路点序列数据，以及环境模拟模块产生完整航路数据。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711174678.1A CN108107749A (zh) | 2017-11-22 | 2017-11-22 | 一种无人机投放航路自动化验证方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711174678.1A CN108107749A (zh) | 2017-11-22 | 2017-11-22 | 一种无人机投放航路自动化验证方法及系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108107749A true CN108107749A (zh) | 2018-06-01 |
Family
ID=62206877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711174678.1A Pending CN108107749A (zh) | 2017-11-22 | 2017-11-22 | 一种无人机投放航路自动化验证方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108107749A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101763443A (zh) * | 2008-12-23 | 2010-06-30 | 江西洪都航空工业集团有限责任公司 | 航电系统数字化设计验证系统与方法 |
| WO2015061008A1 (en) * | 2013-10-26 | 2015-04-30 | Amazon Technologies, Inc. | Unmanned aerial vehicle delivery system |
| CN105373010A (zh) * | 2015-11-24 | 2016-03-02 | 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所 | 一种小型无人机自动驾驶仪半物理仿真验证系统 |
| CN106444429A (zh) * | 2016-11-16 | 2017-02-22 | 北京航空航天大学 | 具有故障诊断能力无人直升机的飞控仿真系统 |
| CN106843281A (zh) * | 2017-03-09 | 2017-06-13 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种智能精确空降空投系统 |
-
2017
- 2017-11-22 CN CN201711174678.1A patent/CN108107749A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101763443A (zh) * | 2008-12-23 | 2010-06-30 | 江西洪都航空工业集团有限责任公司 | 航电系统数字化设计验证系统与方法 |
| WO2015061008A1 (en) * | 2013-10-26 | 2015-04-30 | Amazon Technologies, Inc. | Unmanned aerial vehicle delivery system |
| CN105373010A (zh) * | 2015-11-24 | 2016-03-02 | 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所 | 一种小型无人机自动驾驶仪半物理仿真验证系统 |
| CN106444429A (zh) * | 2016-11-16 | 2017-02-22 | 北京航空航天大学 | 具有故障诊断能力无人直升机的飞控仿真系统 |
| CN106843281A (zh) * | 2017-03-09 | 2017-06-13 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种智能精确空降空投系统 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| SIRI H. MATHISEN 等: "Approach Methods for Autonomous Precision Aerial Drop from a Small Unmanned Aerial Vehicle", 《IFAC PAPERS ONLINE》 * |
| 徐东甫 等: "基于六轴多旋翼飞行器的赤眼蜂投放系统设计与试验", 《农业机械雪学报》 * |
| 杨俊超: "一种人-自动化系统协作的无人机航迹规划方法", 《计算机测量与控制》 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jordan et al. | AirSTAR: A UAV platform for flight dynamics and control system testing | |
| CN106502263B (zh) | 使用非线性规划的飞行路径优化 | |
| CN108053714A (zh) | 基于输电线路巡检的多旋翼无人机巡视作业仿真培训系统 | |
| CN104007661B (zh) | 一种单台模拟器实现多机编队的仿真方法 | |
| CN110928201A (zh) | 一种飞机航电系统半物理试验方法及系统 | |
| Fontaine et al. | Use of flight simulation to complement flight testing of low-cost UAVs | |
| CN111125935B (zh) | 一种面向临近空间飞行器的仿真系统 | |
| CN114117794A (zh) | 一种基于功能模块化的飞行管理仿真测试方法及系统 | |
| CN106855693A (zh) | 一种临近空间浮空器半物理仿真系统、航电系统测试与飞控半物理仿真方法及地面操纵方法 | |
| Valavanis et al. | Unmanned aircraft systems | |
| CN114329766A (zh) | 面向深度强化学习的飞行动力学模型可信度评估方法 | |
| CN114333466A (zh) | 一种面向机载武器验证的载机模拟器 | |
| CN113985920A (zh) | 一种便携式异构无人机编队飞行飞机模拟器 | |
| CN108107749A (zh) | 一种无人机投放航路自动化验证方法及系统 | |
| Belokon’ et al. | Architecture of a platform for hardware-in-the-loop simulation of flying vehicle control systems | |
| Al-Radaideh et al. | UAV testbed building and development for research purposes at the american university of sharjah | |
| CN108052116A (zh) | 飞行管理系统的垂直导航引导模式自动化验证系统及方法 | |
| CN112612297A (zh) | 一种民机自动飞行控制系统的适航验证系统及验证方法 | |
| Kaden et al. | Hardware-in-the-loop flight simulator–an essential part in the development process for the automatic flight control system of a utility aircraft | |
| Cassaro et al. | Overview of the multipurpose aircraft simulation laboratory experience | |
| CN113433836B (zh) | 一种无人机半物理集成验证平台 | |
| Yang et al. | Research of Simulation Method for UAV Fault Generation Facing Emergency Operation Training | |
| Ryan et al. | Developing aerial refueling simulation models from flight test data using alternative PID methods | |
| Phillips et al. | Parameter identification for application within a fault-tolerant flight control system | |
| Chen et al. | IMFlySim: A High-Fidelity Simulation Platform for UAV Swarms |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180601 |