CN111208842B - 一种虚拟无人机与实体无人机混合集群任务控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种虚拟无人机与实体无人机混合集群任务控制系统，包括闭合通信连接的固定视觉摄像系统、环境控制系统、无人机仿真系统、地面控制系统、实物无人机集群。固定视觉摄像系统包括环境边界标记桩、视觉摄像头组。环境控制系统包括环境编辑软件和虚拟地形数据库。无人机仿真系统包括无人机仿真软件和无人机编队软件。地面控制系统包括飞行控制计算机、数据采集设备、图形显示系统、无线通讯设备。实物无人机集群包括若干个无人机。本发明使用灵活，功能丰富，同时大幅降低演训成本。
Description
技术领域
本发明属于无人机控制技术领域，具体涉及一种虚拟无人机与实体无人机混合集群任务控制系统。
背景技术
在无人机编队演训中，通过仿真系统构建虚拟无人机和虚拟环境，与实体无人机编队进行对抗或者协同完成任务，是一种降低演训成本的重要技术。
在现有的技术中，主要以虚拟单架无人机在真实环境，或在单架实物无人机和无人机集群飞行中加入虚拟环境，或在全虚拟环境中构建无人机集群，还未实现虚拟无人机集群与实物无人机集群混合编队模拟演训过程中红蓝对抗或多任务无人机协调，此项技术可用于无人机集群战术研究意义重大。
发明内容
本发明的目的是提供一种虚拟无人机与实体无人机混合集群任务控制系统，使用灵活，功能丰富，同时大幅降低演训成本。
本发明所采用的技术方案是，一种虚拟无人机与实体无人机混合集群任务控制系统，包括闭合通信连接的固定视觉摄像系统、环境控制系统、无人机仿真系统、地面控制系统、实物无人机集群。
本发明的特点还在于：
固定视觉摄像系统包括环境边界标记桩、视觉摄像头组。
环境控制系统包括环境编辑软件和虚拟地形数据库。
无人机仿真系统包括无人机仿真软件和无人机编队软件。
地面控制系统包括飞行控制计算机、数据采集设备、图形显示系统、无线通讯设备。
实物无人机集群包括若干个无人机。
视觉摄像头组及环境边界标记桩捕捉位置信息，由环境构建系统生成实物无人机集群演训环境，同时导入虚拟地形环境信息将两者融合形成虚拟演训环境；无人机仿真系统接入虚拟演训环境后可通过内置软件编辑虚拟无人机集群信息，包括虚拟无人机单机的飞行路径，虚拟无人机飞行编队队形变换函数，并将这些数据发送到飞行控制计算机；同时视觉摄像头组实时捕捉实物无人机飞行轨迹，将捕捉到的实物无人机位置信息和姿态信息导入飞行控制计算机，飞控计算机经过解算形成指令信息，并将指令信息发送到图形显示系统、数据采集系统、无线通讯系统，图形显示系统将指令处理后以影像形式显示并将图形数据发送给数据采集系统，数据采集系统将收到的指令信息及图形显示系统发送的图形数据采集记录，无线通讯系统将指令信息发送给无人机集群中的每一个无人机，无人机通过无线通讯接收端接收指令信息后执行指令。
本发明的有益效果是：
本发明的虚拟无人机与实体无人机混合集群任务控制系统，相对于以虚拟单架无人机在真实环境，或在全虚拟环境中构建无人机集群传统的无人机集群的控制系统，能够通过实物无人机集群与虚拟无人机集群混合实现更大规模蜂群的演训，可模拟更复杂的无人机集群任务协同，无人机集群对抗，复杂的无人机集群战术研究及对策，即可将实物无人机集群作为红方，虚拟无人机集群做蓝方，亦可实物无人机集群作为蓝方，虚拟无人机集群做红方。也可实物无人机集群和虚拟无人机集群均做红方，模拟多任务集群协同合作。也可以实物无人机集群和虚拟无人机集群混合编队分别做红方和蓝方，使用灵活，功能丰富，同时大幅降低演训成本。
附图说明
图1是本发明虚拟无人机与实体无人机混合集群任务控制系统的连接示意图。
图中，1.固定视觉摄像系统，2.环境控制系统，3.无人机仿真系统，4.实物无人机集群。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明一种虚拟无人机与实体无人机混合集群任务控制系统，包括闭合通信连接的固定视觉摄像系统1、环境控制系统2、无人机仿真系统3、地面控制系统4、实物无人机集群5。
固定视觉摄像系统1包括环境边界标记桩、视觉摄像头组。
环境控制系统2包括环境编辑软件和虚拟地形数据库。
无人机仿真系统3包括无人机仿真软件和无人机编队软件。
地面控制系统4包括飞行控制计算机、数据采集设备、图形显示系统、无线通讯设备。
实物无人机集群5包括若干个无人机。
视觉摄像头组及环境边界标记桩捕捉位置信息，由环境构建系统生成实物无人机集群演训环境，同时导入虚拟地形环境信息将两者融合形成虚拟演训环境；无人机仿真系统接入虚拟演训环境后可通过内置软件编辑虚拟无人机集群信息，包括虚拟无人机单机的飞行路径，虚拟无人机飞行编队队形变换函数，并将这些数据发送到飞行控制计算机；同时视觉摄像头组实时捕捉实物无人机飞行轨迹，将捕捉到的实物无人机位置信息和姿态信息导入飞行控制计算机，飞控计算机经过解算形成指令信息，并将指令信息发送到图形显示系统、数据采集系统、无线通讯系统，图形显示系统将指令处理后以影像形式显示并将图形数据发送给数据采集系统，数据采集系统将收到的指令信息及图形显示系统发送的图形数据采集记录，无线通讯系统将指令信息发送给无人机集群中的每一个无人机，无人机通过无线通讯接收端接收指令信息后执行指令。
环境边界标记桩用于提供封闭环境空间边界信息；
视觉摄像头组由布置在摄像头组件上的多个摄像头组成，用于捕捉环境边界标记桩的位置信息和无人机的三轴位置信息及三轴姿态信息，并将这些信息发送给飞行控制计算机。同时将环境位置信息发送给环境构建系统中的环境编辑软件；
环境编辑软件根据视觉摄像头组发送的环境位置信息构建实物无人机的环境几何空间，同时将虚拟地形数据库中调出的地形数据与实物无人机环境几何空间相融合，形成虚拟演训环境；并将虚拟演训环境输出给无人机仿真系统中的无人机仿真软件；
虚拟地形数据库储存了不同类型、不同区域的地形数据，同时也可将环境编辑软件所构建的虚拟地形也保存在虚拟地形数据库中；
无人机仿真软件在环境编辑软件构建的虚拟演训环境中构建虚拟无人机仿真模型，并将虚拟无人机仿真模型数据输出到无人机编队软件；
无人机编队软件在环境编辑软件构建的虚拟演训环境中，以无人机仿真软件构建的虚拟无人机仿真模型为单位，设计虚拟无人机编队，并将虚拟无人机的飞行路径以及虚拟无人机飞行编队队形变换函数发送给地面控制系统中的飞行控制计算机；
飞行控制计算机根据视觉摄像头组捕捉的实物无人机集群中每架飞机的三轴位置信息及姿态信息，以及无人机编队软件发送的虚拟无人机的飞行路径以及虚拟无人机飞行编队队形变换函数，解算形成实物无人机集群的飞行路径、编队队形及指令信息，并将指令信息发送到图形显示系统、数据采集系统、无线通讯系统；
图形显示系统根据飞控计算机发送的无人机飞行路径和指令信息处理后以影像形式显示并将图形数据发送给数据采集系统；
数据采集设备将飞行控制计算机发送的无人机飞行路径和指令信息及图形显示系统发送的图形数据采集记录；
无线通讯设备将飞行控制计算机发送的无人机指令信息发送给无人机集群中的每一个无人机；
实物无人机集群由众多实物无人机组成；实物无人机接收到飞行控制计算机发送的指令信息后，按照指令飞行或悬停或执行任务。
本发明的虚拟无人机与实体无人机混合集群任务控制系统，相对于以虚拟单架无人机在真实环境，或在全虚拟环境中构建无人机集群传统的无人机集群的控制系统，能够通过实物无人机集群与虚拟无人机集群混合实现更大规模蜂群的演训，可模拟更复杂的无人机集群任务协同，无人机集群对抗，复杂的无人机集群战术研究及对策，即可将实物无人机集群作为红方，虚拟无人机集群做蓝方，亦可实物无人机集群作为蓝方，虚拟无人机集群做红方。也可实物无人机集群和虚拟无人机集群均做红方，模拟多任务集群协同合作。也可以实物无人机集群和虚拟无人机集群混合编队分别做红方和蓝方，使用灵活，功能丰富，同时大幅降低演训成本。
Claims (5)
1.一种虚拟无人机与实体无人机混合集群任务控制系统，其特征在于：包括闭合通信连接的固定视觉摄像系统(1)、环境控制系统(2)、无人机仿真系统(3)、地面控制系统(4)、实物无人机集群(5)；
所述固定视觉摄像系统(1)包括环境边界标记桩、视觉摄像头组；
所述视觉摄像头组及环境边界标记桩捕捉位置信息，由环境构建系统生成实物无人机集群演训环境，同时导入虚拟地形环境信息将两者融合形成虚拟演训环境；无人机仿真系统接入虚拟演训环境后可通过内置软件编辑虚拟无人机集群信息，包括虚拟无人机单机的飞行路径，虚拟无人机飞行编队队形变换函数，并将这些数据发送到飞行控制计算机；同时视觉摄像头组实时捕捉实物无人机飞行轨迹，将捕捉到的实物无人机位置信息和姿态信息导入飞行控制计算机，飞控计算机经过解算形成指令信息，并将指令信息发送到图形显示系统、数据采集系统、无线通讯系统，图形显示系统将指令处理后以影像形式显示并将图形数据发送给数据采集系统，数据采集系统将收到的指令信息及图形显示系统发送的图形数据采集记录，无线通讯系统将指令信息发送给无人机集群中的每一个无人机，无人机通过无线通讯接收端接收指令信息后执行指令。
2.如权利要求1所述的虚拟无人机与实体无人机混合集群任务控制系统，其特征在于：所述环境控制系统(2)包括环境编辑软件和虚拟地形数据库。
3.如权利要求2所述的虚拟无人机与实体无人机混合集群任务控制系统，其特征在于：所述无人机仿真系统(3)包括无人机仿真软件和无人机编队软件。
4.如权利要求3所述的虚拟无人机与实体无人机混合集群任务控制系统，其特征在于：所述地面控制系统(4)包括飞行控制计算机、数据采集设备、图形显示系统、无线通讯设备。
5.如权利要求4所述的虚拟无人机与实体无人机混合集群任务控制系统，其特征在于：所述实物无人机集群(5)包括若干个无人机。
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