CN114019828A - 一种无人机集群多模态虚实交互仿真系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人机集群多模态虚实交互仿真系统及方法，其系统包括：交互模块、多架仿真无人机、与多架仿真无人机对应的多个无人机控制模块，无人机控制模块包括不可交互无人机控制模块以及与交互模块通信连接的可交互无人机控制模块；交互模块用于向可交互无人机控制模块发送飞行控制指令和/或模态控制指令；可交互无人机控制模块用于根据飞行控制指令控制与可交互无人机控制模块对应的仿真无人机的飞行模态，和/或，根据模态控制指令控制与可交互无人机控制模块对应的仿真无人机的飞行模态。本发明提高了对无人机控制模块控制的可靠性和冗余性；并且通过设置根据模态控制指令控制仿真无人机的飞行模态，提高了仿真的多样性。

Description

一种无人机集群多模态虚实交互仿真系统及方法

技术领域

本发明涉及无人机仿真技术领域，具体涉及一种无人机集群多模态虚实交互仿真系统及方法。

背景技术

无人机是现代科技发展的产物，在军事和民用领域都具有广阔的应用前景。在军事上，它可作为空中侦察平台和武器平台，通过携带不同的设备，执行侦察监视、对地攻击、电子干扰、通信中继、目标定位、攻击损伤有效评估等任务。无人机在民用方面也大有可为，它可用于气象探测、公路巡视、勘探测绘、水灾监视、电力线路查巡、森林火灾防救等。多个无人机协同运动时可以分散携带不同种类和数量的任务载荷和电子设备，完成单个无人机无法实现的通讯中继、高精度定位、对地攻击、多角度三维立体成像等任务，使其系统的综合效能和任务执行的冗余性能得到大幅提升。目前，多无人机协同作战的技术需要认真地进行研究，以实验、试验为基础，以仿真为辅助的研究工作需要不断地循环深化，以更好的适应未来作战需求。

传统的无人机集群仿真系统存在以下两个问题：1、只能实现地面控制站控制无人机飞行过程中的仿真，无法实现多种控制方式遥控无人机飞行过程的仿真，从而导致对无人机的操控出现错误，进而导致仿真出现错误。2、只能实现单一模态的仿真，例如：仅能实现无人机编队仿真等，无法在同一个仿真系统上实现多种类型的仿真。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种无人机集群多模态虚实交互仿真系统及系统，用以解决现有技术中存在的控制方式单一以及所能进行的仿真类型单一的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无人机集群多模态虚实交互仿真系统，包括：交互模块、多架仿真无人机以及与所述多架仿真无人机一一对应的多个无人机控制模块，所述多个无人机控制模块包括至少一个不可交互无人机控制模块以及与所述交互模块通信连接的至少一个可交互无人机控制模块；

所述交互模块用于向所述可交互无人机控制模块发送飞行控制指令和/或模态控制指令；

所述可交互无人机控制模块用于接收所述飞行控制指令和/或所述模态控制指令；

所述可交互无人机控制模块还用于根据所述飞行控制指令控制与所述可交互无人机控制模块对应的所述仿真无人机的飞行模态，和/或，根据所述模态控制指令控制与所述可交互无人机控制模块对应的所述仿真无人机的飞行模态。

在一些可能的实现方式中，所述可交互无人机控制模块包括目标模态获取单元、当前模态获取单元以及模态控制单元；

所述目标模态获取单元用于对所述模态控制指令进行解析，确定目标飞行模态；

所述当前模态获取单元用于获取与所述可交互无人机控制模块对应的所述仿真无人机的当前飞行模态；

所述模态控制单元用于当所述目标飞行模态与所述当前飞行模态不相同时，控制与所述可交互无人机控制模块对应的所述仿真无人机的飞行模态切换为所述目标飞行模态。

在一些可能的实现方式中，所述飞行模态包括长机模态、僚机模态以及障碍物模态。

在一些可能的实现方式中，当所述仿真无人机的飞行模态为所述长机模态时，所述可交互无人机控制模块包括飞行控制指令解析单元、飞行状态监测单元以及任务分发单元；

所述控制指令解析单元用于对所述飞行控制指令进行解析，获得与所述可交互无人机控制模块对应的仿真无人机的目标飞行路径；

所述飞行状态监测单元用于监测与所述可交互无人机控制模块对应的仿真无人机的实时飞行状态；

所述任务分发单元用于根据所述目标飞行路径和所述实时飞行状态对所述不可交互无人机控制模块的飞行路径进行规划，生成规划路径，并将规划路径分发给所述不可交互无人机控制模块。

在一些可能的实现方式中，当所述仿真无人机的飞行模态为所述僚机模态时，所述交互模块还用于向所述可交互无人机控制模块发送扰动指令，与所述可交互无人机控制模块对应的所述仿真无人机根据所述扰动指令进行飞行；所述无人机集群多模态虚实交互仿真系统还包括集群监测模块以及集群分析模块；

所述集群监测模块用于在所述交互模块向所述可交互无人机控制模块发送扰动指令后，监测所述多架仿真无人机的实时编队信息；

所述集群分析模块用于根据所述实时编队信息和预设的目标编队信息验证所述多架仿真无人机的编队抗干扰性能。

在一些可能的实现方式中，当所述仿真无人机的飞行模态为所述障碍物模态时，所述交互模块还用于向所述可交互无人机控制模块发送机动指令，与所述可交互无人机控制模块对应的所述仿真无人机根据所述机动指令进行飞行；所述无人机集群多模态虚实交互仿真系统还包括第一路径确定模块、第二路径确定模块以及避碰验证模块；

所述第一路径确定模块用于在所述交互模块向所述可交互无人机控制模块发送机动指令后，确定与所述不可交互无人机控制模块对应的仿真无人机的实时飞行路径；

所述第二路径确定模块用于确定在所述机动指令控制下的与所述可交互无人机控制模块对应的仿真无人机的机动飞行路径；

所述避碰验证模块用于根据所述实时飞行路径和所述机动飞行路径验证所述多架仿真无人机的避碰性能。

在一些可能的实现方式中，所述可交互无人机控制模块包括可交互上位机和可交互自驾仪。

在一些可能的实现方式中，所述无人机集群多模态虚实交互仿真系统还包括环境场景模块，所述环境场景模块用于向所述仿真无人机添加环境干扰。

在一些可能的实现方式中，所述交互模块为遥控手柄、体感传感器、键盘鼠标输入模块、触屏输入模块、蓝牙输入模块、语音输入模块等中的任意一种。

另一发明，本发明还提供了一种无人机集群多模态虚实交互仿真方法，适用于上述任意一种实现方式中所述的无人机集群多模态虚实交互仿真系统，所述无人机集群多模态虚实交互仿真方法包括：

通过交互模块向可交互无人机控制模块发送飞行控制指令和/或模态控制指令；

可交互无人机控制模块接收所述飞行控制指令和/或所述模态控制指令；

可交互无人机控制模块根据所述飞行控制指令控制与所述可交互无人机控制模块对应的所述仿真无人机的飞行模态，和/或，根据所述模态控制指令控制与所述可交互无人机控制模块对应的所述仿真无人机的飞行模态。

采用上述实施例的有益效果是：本发明提供的无人机集群多模态虚实交互仿真系统，通过增加交互模块，并通过交互模块向可交互无人机控制模块发送飞行控制指令和/或模态控制指令，为无人机控制模块的控制提供了处地面站之外的另外一种控制方式，增加了控制方式的多样性，从而可提高对无人机控制模块控制的可靠性和冗余性。进一步地，本发明通过设置交互模块可向交互无人机控制模块发送模态控制指令，可交互无人机控制模块根据模态控制指令控制与可交互无人机控制模块对应的仿真无人机的飞行模态，可实现多种飞行模态的仿真，提高了仿真的多样性。更进一步地，本发明通过设置仿真无人机和真实的无人机控制模块，实现了半实物仿真，在节省仿真成本的同时也提高了仿真结果的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的无人机集群多模态虚实交互仿真系统的一个实施例结构示意图；

图2为本发明提供的当仿真无人机的飞行模态为长机模态时可交互无人机控制模块的一个实施例结构示意图；

图3为本发明提供的无人机集群多模态虚实交互仿真方法的实施例流程示意图。

具体实施方式

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清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如：A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明提供了一种无人机集群多模态虚实交互仿真系统及方法，以下分别进行说明。

图1为本发明提供的无人机集群多模态虚实交互仿真系统的一个实施例结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的无人机集群多模态虚实交互仿真系统10包括：交互模块100、多架仿真无人机200以及与多架仿真无人机200一一对应的多个无人机控制模块300，多个无人机控制模块300包括至少一个不可交互无人机控制模块310以及与交互模块100通信连接的至少一个可交互无人机控制模块320；

交互模块100用于向可交互无人机控制模块320发送飞行控制指令和/或模态控制指令；

可交互无人机控制模块320用于接收飞行控制指令和/或模态控制指令；

可交互无人机控制模块320还用于根据飞行控制指令控制与可交互无人机控制模块320对应的仿真无人机200的飞行模态，和/或，根据模态控制指令控制与可交互无人机控制模块320对应的仿真无人机200的飞行模态。

与现有技术相比，本发明实施例提供的无人机集群多模态虚实交互仿真系统10，通过增加交互模块100，并通过交互模块100向可交互无人机控制模块320发送飞行控制指令和/或模态控制指令，为无人机控制模块300的控制提供了处地面站之外的另外一种控制方式，增加了控制方式的多样性，从而可提高对无人机控制模块300控制的可靠性和冗余性。进一步地，本发明实施例通过设置交互模块100可向交互无人机控制模块320发送模态控制指令，可交互无人机控制模块320根据模态控制指令控制与可交互无人机控制模块320对应的仿真无人机200的飞行模态，可实现多种飞行模态的仿真，提高了仿真的多样性。更进一步地，本发明实施例通过设置仿真无人机200和真实的无人机控制模块300，实现了半实物仿真，在节省仿真成本的同时也提高了仿真结果的可靠性。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，可交互无人机控制模块320包括目标模态获取单元321、当前模态获取单元322以及模态控制单元323；

目标模态获取单元321用于对模态控制指令进行解析，确定目标飞行模态；

当前模态获取单元322用于获取与可交互无人机控制模块320对应的仿真无人机200的当前飞行模态；

模态控制单元323用于当目标飞行模态与当前飞行模态不相同时，控制与可交互无人机控制模块320对应的仿真无人机200的飞行模态切换为目标飞行模态。

通过模态控制单元323控制是否对仿真无人机200的飞行模态进行切换，可避免不必要的切换，提高切换的准确性。

在本发明的一些实施例中，飞行模态包括长机模态、僚机模态以及障碍物模态。

具体地：当飞行模态为长机模态时，可交互无人机控制模块320对应的仿真无人机200即为编队长机，在长机模态下，其他仿真无人机200为僚机，跟随长机运动，此时，通过控制编队长机，即可实现控制无人机集群的编队对应以及飞行区域。

当飞行模态为僚机模态时，可交互无人机控制模块320对应的仿真无人机200即为编队僚机，在僚机模态下，可通过控制可交互无人机控制模块320对应的仿真无人机200，方便地向仿真无人机200增加认为扰动，验证无人机集群编队队形变换以及保持协同控制算法的稳定性和抗干扰性能。

当飞行模态为障碍物模态时，可遥控与可交互无人机控制模块320对应的仿真无人机200作为其他仿真无人机200的障碍物，以验证无人机集群的避碰性能。

因此，通过设置飞行模态包括长机模态、僚机模态以及障碍物模态，可实现对无人机集群多个性能的仿真，提高无人机集群多模态虚实交互仿真系统10的适用性。

应当理解的是：飞行模态不限于上述三种飞行模态，还可根据实际仿真需求进行调整和拓展，在此不做一一赘述。

在本发明的一个具体实施例中，如图2所示，当仿真无人机200的飞行模态为长机模态时，可交互无人机控制模块320包括飞行控制指令解析单元324、飞行状态监测单元325以及任务分发单元326；

控制指令解析单元324用于对飞行控制指令进行解析，获得与可交互无人机控制模块320对应的仿真无人机200的目标飞行路径；

飞行状态监测单元325用于监测与可交互无人机控制模块320对应的仿真无人机200的实时飞行状态；

任务分发单元326用于根据目标飞行路径和实时飞行状态对不可交互无人机控制模块310的飞行路径进行规划，生成规划路径，并将规划路径分发给不可交互无人机控制模块310。

在本发明的一个具体实施例中，如图1所示，当仿真无人机的飞行模态为僚机模态时，交互模块100还用于向可交互无人机控制模块320发送扰动指令，与可交互无人机控制模块320对应的仿真无人机200根据扰动指令进行飞行；无人机集群多模态虚实交互仿真系统10还包括集群监测模块400以及集群分析模块500；

集群监测模块400用于在交互模块100向可交互无人机控制模块320发送扰动指令后，监测多架仿真无人机200的实时编队信息；

集群分析模块500用于根据实时编队信息和预设的目标编队信息验证多架仿真无人机200的编队抗干扰性能。

在本发明的一个具体实施例中，如图1所示，当仿真无人机200的飞行模态为障碍物模态时，交互模块100还用于向可交互无人机控制模块320发送机动指令，与可交互无人机控制模块320对应的仿真无人机200根据机动指令进行飞行；无人机集群多模态虚实交互仿真系统10还包括第一路径确定模块600、第二路径确定模块700以及避碰验证模块800；

第一路径确定模块600用于在交互模块100向可交互无人机控制模块320发送机动指令后，确定与不可交互无人机控制模块310对应的仿真无人机200的实时飞行路径；

第二路径确定模块700用于确定在机动指令控制下的与可交互无人机控制模块320对应的仿真无人机200的机动飞行路径；

避碰验证模块800用于根据实时飞行路径和机动飞行路径验证多架仿真无人机200的避碰性能。

为了实现对无人机集群的控制，并提供多样的控制方式，在本发明的一些实施例中，如图1所示，可交互无人机控制模块320包括可交互上位机321和可交互自驾仪322，即：交互模块100可以向可交互上位机321和/或可交互自驾仪322发送飞行控制指令和/或模态控制指令。

为了模拟雨、雪等天气对仿真无人机的影响，在本发明的一些实施例中，如图1所示，无人机集群多模态虚实交互仿真系统10还包括环境场景模块900，环境场景模块900用于向仿真无人机200添加环境干扰。

在本发明的一些实施例中，交互模块100为遥控手柄、体感传感器、键盘鼠标输入模块、触屏输入模块、蓝牙输入模块、语音输入模块等中的任意一种。

另一方面，本发明实施例还提供了一种无人机集群多模态虚实交互仿真方法，适用于上述任意实施例中的无人机集群多模态虚实交互仿真系统10，如图3所示，无人机集群多模态虚实交互仿真方法包括：

S301、通过交互模块100向可交互无人机控制模块320发送飞行控制指令和/或模态控制指令；

S302、可交互无人机控制模块320接收飞行控制指令和/或模态控制指令；

S303、可交互无人机控制模块320根据飞行控制指令控制与可交互无人机控制模块320对应的仿真无人机200的飞行模态，和/或，根据模态控制指令控制与可交互无人机控制模块320对应的仿真无人机200的飞行模态。

本发明实施例提供的无人机集群多模态虚实交互仿真方法，通过设置通过交互模块100向可交互无人机控制模块320发送飞行控制指令和/或模态控制指令，为无人机控制模块300的控制提供了处地面站之外的另外一种控制方式，增加了控制方式的多样性，从而可提高对无人机控制模块300控制的可靠性和冗余性。进一步地，本发明实施例通过设置交互模块100可向交互无人机控制模块320发送模态控制指令，可交互无人机控制模块320根据模态控制指令控制与可交互无人机控制模块320对应的仿真无人机200的飞行模态，可实现多种飞行模态的仿真，提高了仿真的多样性。更进一步地，本发明实施例通过设置仿真无人机200和真实的无人机控制模块300，实现了半实物仿真，在节省仿真成本的同时也提高了仿真结果的可靠性。

上述实施例提供的无人机集群多模态虚实交互仿真方法可实现上述无人机集群多模态虚实交互仿真系统实施例中描述的技术方案，上述步骤具体实现的原理可参见上述无人机集群多模态虚实交互仿真系统实施例中的相应内容，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上对本发明所提供的无人机集群多模态虚实交互仿真系统及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种无人机集群多模态虚实交互仿真系统，其特征在于，包括：交互模块、多架仿真无人机以及与所述多架仿真无人机一一对应的多个无人机控制模块，所述多个无人机控制模块包括至少一个不可交互无人机控制模块以及与所述交互模块通信连接的至少一个可交互无人机控制模块；

所述交互模块用于向所述可交互无人机控制模块发送飞行控制指令和/或模态控制指令；

所述可交互无人机控制模块用于接收所述飞行控制指令和/或所述模态控制指令；

所述可交互无人机控制模块还用于根据所述飞行控制指令控制与所述可交互无人机控制模块对应的所述仿真无人机的飞行模态，和/或，根据所述模态控制指令控制与所述可交互无人机控制模块对应的所述仿真无人机的飞行模态。

2.根据权利要求1所述的无人机集群多模态虚实交互仿真系统，其特征在于，所述可交互无人机控制模块包括目标模态获取单元、当前模态获取单元以及模态控制单元；

所述目标模态获取单元用于对所述模态控制指令进行解析，确定目标飞行模态；

所述当前模态获取单元用于获取与所述可交互无人机控制模块对应的所述仿真无人机的当前飞行模态；

所述模态控制单元用于当所述目标飞行模态与所述当前飞行模态不相同时，控制与所述可交互无人机控制模块对应的所述仿真无人机的飞行模态切换为所述目标飞行模态。

3.根据权利要求1或2所述的无人机集群多模态虚实交互仿真系统，其特征在于，所述飞行模态包括长机模态、僚机模态以及障碍物模态。

4.根据权利要求3所述的无人机集群多模态虚实交互仿真系统，其特征在于，当所述仿真无人机的飞行模态为所述长机模态时，所述可交互无人机控制模块包括飞行控制指令解析单元、飞行状态监测单元以及任务分发单元；

所述控制指令解析单元用于对所述飞行控制指令进行解析，获得与所述可交互无人机控制模块对应的仿真无人机的目标飞行路径；

所述飞行状态监测单元用于监测与所述可交互无人机控制模块对应的仿真无人机的实时飞行状态；

所述任务分发单元用于根据所述目标飞行路径和所述实时飞行状态对所述不可交互无人机控制模块的飞行路径进行规划，生成规划路径，并将规划路径分发给所述不可交互无人机控制模块。

5.根据权利要求3所述的无人机集群多模态虚实交互仿真系统，其特征在于，当所述仿真无人机的飞行模态为所述僚机模态时，所述交互模块还用于向所述可交互无人机控制模块发送扰动指令，与所述可交互无人机控制模块对应的所述仿真无人机根据所述扰动指令进行飞行；所述无人机集群多模态虚实交互仿真系统还包括集群监测模块以及集群分析模块；

所述集群监测模块用于在所述交互模块向所述可交互无人机控制模块发送扰动指令后，监测所述多架仿真无人机的实时编队信息；

所述集群分析模块用于根据所述实时编队信息和预设的目标编队信息验证所述多架仿真无人机的编队抗干扰性能。

6.根据权利要求3所述的无人机集群多模态虚实交互仿真系统，其特征在于，当所述仿真无人机的飞行模态为所述障碍物模态时，所述交互模块还用于向所述可交互无人机控制模块发送机动指令，与所述可交互无人机控制模块对应的所述仿真无人机根据所述机动指令进行飞行；所述无人机集群多模态虚实交互仿真系统还包括第一路径确定模块、第二路径确定模块以及避碰验证模块；

所述第一路径确定模块用于在所述交互模块向所述可交互无人机控制模块发送机动指令后，确定与所述不可交互无人机控制模块对应的仿真无人机的实时飞行路径；

所述第二路径确定模块用于确定在所述机动指令控制下的与所述可交互无人机控制模块对应的仿真无人机的机动飞行路径；

所述避碰验证模块用于根据所述实时飞行路径和所述机动飞行路径验证所述多架仿真无人机的避碰性能。

7.根据权利要求1所述的无人机集群多模态虚实交互仿真系统，其特征在于，所述可交互无人机控制模块包括可交互上位机和可交互自驾仪。

8.根据权利要求1所述的无人机集群多模态虚实交互仿真系统，其特征在于，所述无人机集群多模态虚实交互仿真系统还包括环境场景模块，所述环境场景模块用于向所述仿真无人机添加环境干扰。

9.根据权利要求1所述的无人机集群多模态虚实交互仿真系统，其特征在于，所述交互模块为遥控手柄或、体感传感器、键盘鼠标输入模块、触屏输入模块、蓝牙输入模块、语音输入模块等中的任意一种。

10.一种无人机集群多模态虚实交互仿真方法，其特征在于，适用于如权利要求1所述的无人机集群多模态虚实交互仿真系统，所述无人机集群多模态虚实交互仿真方法包括：

通过交互模块向可交互无人机控制模块发送飞行控制指令和/或模态控制指令；

可交互无人机控制模块接收所述飞行控制指令和/或所述模态控制指令；

可交互无人机控制模块根据所述飞行控制指令控制与所述可交互无人机控制模块对应的所述仿真无人机的飞行模态，和/或，根据所述模态控制指令控制与所述可交互无人机控制模块对应的所述仿真无人机的飞行模态。

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