CN219609460U - 一种无人机系统的测试仿真装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人机系统的测试仿真装置及系统；涉及无人机仿真测试技术领域；基于原有的测试仿真系统进行结构上的改进，一方面，设置一体化的测试仿真装置，将处理器、接口模块和电源模块统一集成到航插连接器上，实现对飞控接口的统一调理和管理，解决现有无人机飞控通信接口繁多，传统的飞控测试线缆制作耗时费力，且复用性差，线缆接头分散，飞控系统测试排故困难等问题；另一个方面，测试仿真装置内集成内核运算能力强的芯片，可以实时运行无人机动力学和运动学程序，通过串口与飞控进行数据交互，测试仿真装置兼具无人机飞行仿真机功能。

Description

一种无人机系统的测试仿真装置及系统

技术领域

本实用新型涉及无人机仿真测试技术领域，具体涉及一种无人机系统的测试仿真装置及系统。

背景技术

近年来，随着无人机技术的飞速发展，无人机已经被广泛应用到军事和民用领域。飞控计算机是无人机系统的核心部件，主要完成控制律解算、导航制导、飞行任务规划等任务，同时需要与无人机上各个设备进行通信数据交互。对飞控计算机的软硬件测试以及飞行仿真极其重要，关系到飞行安全。因此，涉及到测试和仿真两个问题。对飞控计算机做测试时，传统的做法是做一把测试线缆，根据飞控接口协议甩出所有的设备接口，测试时将相应设备连接到对应的接口上。因为飞控的通信接口多，一般在测试现场线缆分散杂乱，并且测试线缆制作麻烦，大部分测试线缆上的接头使用率低；对飞控软件进行实时仿真验证时，传统的飞行仿真计算机虽然各类输出接口丰富，计算资源充足，但一般为实验室产品，体积较大，不具备真正的便携性，满足试验外场“飞前仿真”的实际需求。一般在试验外场，飞行仿真的目的是主要验证飞控软件相关算法的正确性，仿真机只需运行无人机动力学和运动学程序，与飞控之间通过一个串口交互仿真数据即可，并不需要仿真机有太多接口。相对于外场试验环境的灵活性而言，仿真机的便携性显得尤为重要。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：现有的无人机系统测试仿真系统通信接口多，测试现场线缆分散杂乱，在外场试验环境的灵活性差；本实用新型目的在于提供一种无人机系统的测试仿真装置及系统，基于原有的测试仿真系统进行结构上的改进；设置一体化的测试仿真装置，将处理器、接口模块和电源模块统一集成到航插连接器上，实现对飞控接口的统一调理和管理，解决现有无人机飞控通信接口繁多，传统的飞控测试线缆制作耗时费力，且复用性差，线缆接头分散，无人机飞控系统测试排故困难等问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

本方案提供一种无人机系统的测试仿真装置，包括一体化设置的：

航插连接器，与飞控软件实现电连接；

处理器，通过串口连接到航插连接器上，处理器用于实现飞控软件在环的飞行仿真；

接口模块，集中连接到航插连接器上，接口模块用于实现测试信号和仿真信号的传输，

电源模块，连接到航插连接器上，用于为测试仿真装置及飞控供电。

本方案工作原理：现有的无人机系统测试仿真系统通信接口多，测试现场线缆分散杂乱，在外场试验环境的灵活性差；本方案提供的无人机系统的测试仿真装置，基于原有的测试仿真系统进行结构上的改进；一方面，设置一体化的测试仿真装置，将处理器、接口模块和电源模块统一集成到航插连接器上，实现对无人机飞控接口的统一调理和管理，解决现有无人机飞控通信接口繁多，传统的无人机飞控测试线缆制作耗时费力，且复用性差，线缆接头分散，飞控系统测试排故困难等问题。

另一个方面，测试仿真装置内集成内核运算能力强的芯片，可以实时运行无人机动力学和运动学程序，内部通过串口与飞控进行数据交互，兼具无人机飞行仿真机功能。

进一步优化方案为，所述处理器包括PowerPC内核芯片，所述PowerPC内核芯片的串口通信引脚连接到航插连接器上。

测试仿真装置内置处理器，PowerPC内核芯片，该芯片运算能力强，可运行嵌入式实时操作系统，地面笔记本通过网口将仿真程序下载到芯片上，PowerPC内核芯片的串口通信引脚连接到航插连接器上，再通过中间连接线缆与飞控软件连接，实现仿真数据的相互通信，实现飞控软件在环的半物理闭环仿真。

进一步优化方案为，所述电源模块包括XT60电源输入接头和XT90电源输入接头，XT60电源输入接头与XT90电源输入接头并联。

电源模块可以适配XT60和XT90两种常见接头的航空动力电池，电压输入范围为9V～36V；此外，电源模块还集成总电源开关和电压显示模块，总电源开关方便控制设备通断电，电压显示模块可实时监控当前电量。所有模块和接口都集中到本测试仿真装置上的航插连接器上。

进一步优化方案为，所述接口模块包括：至少16路RS422/RS232串口、2路CAN总线接口、16路PWM接口、1路SBUS接口、2路RJ45网口和6路DIO接口。测试仿真装置作为对飞控接口信号的调理和测试功能

进一步优化方案为，RS422/RS232串口的接口为DB9标准母头接口，所有DB9标准母头接口阵列分布，每个DB9标准母头接口的1～5引脚都通过PCB板走线接到航插连接器上。

飞控软件如果需要将某个接口设置为RS422接口，则在制作飞控软件承载设备到连接器的线缆时，将飞控软件承载设备的RS422的TX+/TX-、RX+/RX-与连接器的上对应接口的1～4引脚相接，如果需要将某个接口设置为RS232接口，则类似的，将飞控软件承载设备对应引脚与连接器上对应的引脚相接，实现了不同类型的串口接口复用。

进一步优化方案为，其中一个RJ45网口用于飞控网口的映射；另一个RJ45网口与处理器连接，用于处理器的数据上传与调试接口。RJ45网口为两个，一个用于飞控的网口的映射，用于飞控程序上传、数据下载、通信交互等，另一个为PowerPC芯片的程序上传与调试接口，用于连接地面笔记本电脑，实现无人机仿真程序的上传及功能调试等。

进一步优化方案为，所述PWM接口和SBUS接口均为3引脚的插针形式。

进一步优化方案为，PWM接口的2个引脚均与航插连接器连接，其中2个引脚接收飞控软件的信号，另一个引脚接收电源模块的信号。

每个接口按照标准定义为“信号，5V正，-信号地”的形式，“信号”和“信号地”均来自飞控，“5V正”为电源模块上输入电源通过电压转换芯片降压得到，弥补了一般飞控输出电压驱动设备运行功率能力不够的问题。

进一步优化方案为，所述航插连接器为J30JA系列微矩形连接器。该航插连接器带快锁功能，该矩形连接器结构紧凑，占空间少，且安全可靠，为本发明的便携性提供了很大帮助。

本方案还提供一种无人机系统的测试仿真系统，包括外部电源、飞控计算机和上述的测试仿真装置；

所述外部电源接入测试仿真装置的电源模块，所述飞控计算机配置有飞控软件，飞控计算机与测试仿真装置通过连接线缆连接。航插连接器与飞控软件承载装置之间的线缆根据协议单独制作，针对不同种类的飞控设备，只需更换连接器到飞控端的线缆即可，实现了测试仿真装置的通用性。

在进行无人机系统单个飞控测试时：将外部电源与测试仿真装置相连，打开电源开关，给飞控和装置的相关电路通电，待测试设备与测试仿真装置相连接，无人机系统常见的测试设备如数传、舵机、遥控器接收机、发动机ECU、吊舱等。这样不需要用的接口都集成在测试仿真装置上，不会引线出来，避免了测试环境的繁杂和凌乱，排查线路、定位故障也更贱迅速，极大地提高了测试效率。

在进行无人机系统单个飞控仿真时：针对飞控系统快速仿真验证的需求，测试仿真装置同时具备仿真机的功能，板上部署的CPU芯片，运行实时操作系统，通过网口将无人机运动学与动力学程序烧录到CPU中，CPU的外设接口连接飞控、视景显示电脑等，实现了飞控软件在回路的半物理仿真。

在进行无人机系统集群飞控仿真时：当验证多个飞控在回路的集群飞行策略时，只需要将多个单飞控仿真系统放在一起，用网线将所有测试仿真装置连接在一个交换机上，同时交换机连接运行集群编队地面站的电脑，即可实现飞控硬件在环的一定规模的集群编队仿真，且没有繁杂的多余的线缆，仿真环境简洁整齐。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本实用新型提供一种无人机系统的测试仿真装置及系统，基于原有的测试仿真系统进行结构上的改进，一方面，设置一体化的测试仿真装置，将处理器、接口模块和电源模块统一集成到航插连接器上，实现对飞控接口的统一调理和管理，解决现有无人机飞控通信接口繁多，传统的飞控测试线缆制作耗时费力，且复用性差，线缆接头分散，飞控系统测试排故困难等问题。

另一个方面，测试仿真装置内集成内核运算能力强的芯片，可以实时运行无人机动力学和运动学程序，内部通过串口与飞控进行数据交互，兼具无人机飞行仿真机功能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为无人机系统的测试仿真装置原理图；

图2为无人机系统的测试仿真装置结构示意图；

图3为无人机系统的测试仿真系统原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

本实施例提供一种无人机系统的测试仿真装置，如图1和图2所示包括一体化设置的：

航插连接器，与飞控软件实现电连接；

处理器，通过串口连接到航插连接器上，处理器用于实现飞控软件在环的飞行仿真；

接口模块，集中连接到航插连接器上，接口模块用于实现测试信号和仿真信号的传输，

电源模块，连接到航插连接器上，用于为测试仿真装置供电。

所述处理器包括PowerPC内核芯片，所述PowerPC内核芯片的串口通信引脚连接到航插连接器上。

测试仿真装置内置处理器，PowerPC内核芯片，该芯片运算能力强，可运行嵌入式实时操作系统，地面笔记本通过网口将仿真程序下载到芯片上，PowerPC内核芯片的串口通信引脚连接到航插连接器上，再通过中间连接线缆与飞控软件连接，实现仿真数据的相互通信，实现飞控软件在环的半物理闭环仿真。

所述电源模块包括XT60电源输入接头和XT90电源输入接头，XT60电源输入接头与XT90电源输入接头并联。

电源模块可以适配XT60和XT90两种常见接头的航空动力电池，电压输入范围为9V～36V；此外，电源模块还集成总电源开关和电压显示模块，总电源开关方便控制设备通断电，电压显示模块可实时监控当前电量。所有模块和接口都集中到本测试仿真装置上的航插连接器上。

所述接口模块包括：至少16路RS422/RS232串口、2路CAN总线接口、16路PWM接口、1路SBUS接口、2路RJ45网口和6路DIO接口。测试仿真装置作为对飞控接口信号的调理和测试功能

RS422/RS232串口的接口为DB9标准母头接口，所有DB9标准母头接口阵列分布，每个DB9标准母头接口的1～5引脚都通过PCB板走线接到航插连接器上。

飞控软件如果需要将某个接口设置为RS422接口，则在制作飞控软件承载设备到连接器的线缆时，将飞控软件承载设备的RS422的TX+/TX-、RX+/RX-与连接器的上对应接口的1～4引脚相接，如果需要将某个接口设置为RS232接口，则类似的，将飞控软件承载设备对应引脚与连接器上对应的引脚相接，实现了不同类型的串口接口复用。

其中一个RJ45网口用于飞控网口的映射；另一个RJ45网口与处理器连接，用于处理器的数据上传与调试接口。RJ45网口为两个，一个用于飞控的网口的映射，用于飞控程序上传、数据下载、通信交互等，另一个为PowerPC芯片的程序上传与调试接口，用于连接地面笔记本电脑，实现无人机仿真程序的上传及功能调试等。

所述PWM接口和SBUS接口均为3引脚的插针形式。

PWM接口的2个引脚均与航插连接器连接，其中2个引脚接收飞控软件的信号，另一个引脚接收电源模块的信号。

每个接口按照标准定义为“信号，5V正，信号地”的形式，“信号”和“信号地”均来自飞控，“5V正”为电源模块上输入电源通过电压转换芯片降压得到，弥补了一般飞控输出电压驱动设备运行功率能力不够的问题。

所述航插连接器为J30J系列微矩形连接器。该航插连接器带快锁功能，该矩形连接器结构紧凑，占空间少，且安全可靠，为本发明的便携性提供了很大帮助。

实施例2

本实施例提供一种无人机系统的测试仿真系统，如图3所示，包括外部电源(+9V-+36V)、飞控计算机和上一实施例的测试仿真装置；

所述外部电源接入测试仿真装置的电源模块，所述飞控计算机配置有飞控软件，飞控计算机与测试仿真装置通过连接线缆连接。

在进行无人机系统单个飞控测试时：将外部电源与测试仿真装置相连，打开电源开关，给飞控和装配的相关电路通电，待测试设备与测试仿真装置相连接，无人机系统常见的测试设备如数传、舵机、遥控器接收机、发动机ECU、吊舱等。这样不需要用的接口都集成在测试仿真装置上，不会引线出来，避免了测试环境的繁杂和凌乱，排查线路、定位故障也更贱迅速，极大地提高了测试效率。

在进行无人机系统单个飞控仿真时：针对飞控系统快速仿真验证的需求，测试仿真装置同时具备仿真机的功能，板上部署的CPU芯片，运行实时操作系统，通过网口将无人机运动学与动力学程序烧录到CPU中，CPU的外设接口连接飞控、视景显示电脑等，实现了飞控软件在回路的半物理仿真。

在进行无人机系统集群飞控仿真时：当验证多个飞控在回路的集群飞行策略时，只需要将多个单飞控仿真系统放在一起，用网线将所有测试仿真装置连接在一个交换机上，同时交换机连接运行集群编队地面站的电脑，即可实现飞控硬件在环的一定规模的集群编队仿真，且没有繁杂的多余的线缆，仿真环境简洁整齐。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人机系统的测试仿真装置，其特征在于，包括一体化设置的：

航插连接器，与飞控软件实现电连接；

处理器，通过串口连接到航插连接器上，处理器用于实现飞控软件在环的飞行仿真；

接口模块，集中连接到航插连接器上，接口模块用于实现测试信号和仿真信号的传输，

电源模块，连接到航插连接器上，用于为测试仿真装置供电。

2.根据权利要求1所述的一种无人机系统的测试仿真装置，其特征在于，所述处理器包括PowerPC内核芯片，所述PowerPC内核芯片的串口通信引脚连接到航插连接器上。

3.根据权利要求1所述的一种无人机系统的测试仿真装置，其特征在于，所述电源模块包括XT60电源输入接头和XT90电源输入接头，XT60电源输入接头与XT90电源输入接头并联。

4.根据权利要求1所述的一种无人机系统的测试仿真装置，其特征在于，所述接口模块包括：至少16路RS422/RS232串口、2路CAN总线接口、16路PWM接口、1路SBUS接口、2路RJ45网口和6路DIO接口。

5.根据权利要求4所述的一种无人机系统的测试仿真装置，其特征在于，RS422/RS232串口的接口为DB9标准母头接口，所有DB9标准母头接口阵列分布，每个DB9标准母头接口的TX+引脚、TX-引脚、RX+引脚、RX-引脚和GND引脚都通过PCB板走线接到航插连接器上。

6.根据权利要求4所述的一种无人机系统的测试仿真装置，其特征在于，其中一个RJ45网口用于飞控网口的映射；另一个RJ45网口与处理器连接，用于处理器的数据上传与调试接口。

7.根据权利要求4所述的一种无人机系统的测试仿真装置，其特征在于，所述PWM接口和SBUS接口均为3引脚的插针形式。

8.根据权利要求7所述的一种无人机系统的测试仿真装置，其特征在于，PWM接口的2个引脚均与航插连接器连接，其中2个引脚接收飞控软件的信号，另一个引脚接收电源模块的信号。

9.根据权利要求1所述的一种无人机系统的测试仿真装置，其特征在于，所述航插连接器为J30JA系列微矩形连接器。

10.一种无人机系统的测试仿真系统，其特征在于，包括外部电源、飞控计算机和权利要求1-9任意一项所述的测试仿真装置；

所述外部电源接入测试仿真装置的电源模块，所述飞控计算机配置有飞控软件，飞控计算机与测试仿真装置通过连接线缆连接。