WO2019037103A1 - 无人机仿真飞行系统、方法、设备及机器可读存储介质 - Google Patents

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WO2019037103A1
WO2019037103A1 PCT/CN2017/099117 CN2017099117W WO2019037103A1 WO 2019037103 A1 WO2019037103 A1 WO 2019037103A1 CN 2017099117 W CN2017099117 W CN 2017099117W WO 2019037103 A1 WO2019037103 A1 WO 2019037103A1
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WO
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aircraft
virtual
module
environment
data
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PCT/CN2017/099117
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English (en)
French (fr)
Inventor
于松周
周达超
Original Assignee
深圳市大疆创新科技有限公司
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    • 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

Definitions

  • the present application relates to the field of drone technology, and in particular, to a drone simulation flight system, method, device, and machine readable storage medium.
  • UAV Unmanned Aerial Vehicle
  • UAV Unmanned Aerial Vehicle
  • the operation of the drone is a relatively complicated process, so it has higher maneuvering requirements for the operator.
  • direct manipulation of the real drone will cause unnecessary loss.
  • a drone training simulator is provided for the operator to perform simulation training to avoid unnecessary loss and no safety hazard.
  • the drone training simulator provided in the related art includes only a simple flight control algorithm and cannot achieve high simulation.
  • the present application discloses a drone simulation flight system, method, apparatus, and machine readable storage medium.
  • FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a drone simulation flight system 100 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a block diagram of another embodiment of a drone simulation flight system of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a three-dimensional appearance model of a multi-rotor aircraft
  • Figure 5 is a block diagram of a module of the aircraft software simulation interaction system of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram of another embodiment of a drone simulation flight system of the present invention.
  • FIG. 7 is another block diagram of a module of the aircraft software simulation interaction system of the present invention.
  • FIG. 8 is a flow chart of an embodiment of a UAV simulation flight method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic structural diagram of a UAV simulation flight device according to an embodiment of the present invention.
  • the embodiment of the invention provides a UAV simulation flight system, which belongs to system simulation, and the basic principle is to control a virtual controlled object through a virtual controller.
  • the UAV simulation flight system can improve the maneuvering skill of the manipulator to the drone, and avoid unnecessary manipulation of the real drone caused by the operator being unfamiliar with the maneuvering process of the drone, which needs to be explained.
  • the operator will be faced with maneuvering the drone in various environments, for example, in a windy environment. Therefore, in the drone simulation flight system provided by the embodiment of the present invention, including the environment simulation, the simulation is performed.
  • the specific virtual environment and the interaction between the virtual aircraft and the virtual environment enable the simulation training of the drone to achieve high simulation, and more effectively improve the manipulating skills of the manipulator to the drone.
  • the UAV simulation flight system 100 includes an environment model module 101 and an aircraft model module 102.
  • the environment model module 101 is configured to simulate a virtual environment and calculate environment data of the virtual environment.
  • the environmental data of the virtual environment may include at least one of the following: the strength of the earth's magnetic field at the virtual location where the virtual aircraft is located, the air pressure at the virtual position where the virtual aircraft is located, the wind power received by the virtual aircraft, and the like.
  • the strength of the Earth's magnetic field can be calculated according to the virtual position of the virtual aircraft, combined with WMM (World Magnetic Model);
  • the air pressure can be calculated according to the virtual position of the virtual aircraft, combined with the US standard atmospheric model; It can be calculated in conjunction with the CIRA-86 model in the related art.
  • the aircraft model module 102 is configured to control the virtual aircraft based on user operations and environmental data.
  • the UAV simulation flight system 100 may further include a user input module (not shown in FIG. 1), as shown in FIG. 2, which is an example of a user input module interface map.
  • the user input module can monitor an input device (not shown in FIG. 1), such as a keyboard, a remote control input control parameter, convert the monitored control parameter into a control signal for controlling the aircraft, and output the control. signal.
  • the control parameters input by the input device are input based on user operations.
  • control parameters may include at least one of the following: aileron rudder, elevator, rudder, throttle, flight control mode, and the like.
  • the flight control mode may include one of the following: a manual control mode, an attitude control mode, a fixed point control mode, a flight control mode, a pointing flight control mode, and the like.
  • the above manual control mode means that in this mode, the aircraft controls its own angular velocity. At this time, the aircraft cannot maintain the self-stabilizing state, and the user needs to adjust the flight attitude of the aircraft in time to maintain the stability of the aircraft, and can be used to make some limits such as flipping. operating. It can be seen that in this mode, the user is required to manually adjust the flight attitude of the aircraft in time to maintain the stability of the aircraft. Based on this, this mode can be referred to as a manual control mode.
  • the attitude control mode means that in this mode, the three-dimensional attitude angle of the aircraft is controlled by the aircraft, and the aircraft can maintain the self-stabilization state at this time, and since the inertia of the aircraft is large and the air damping is small, when the user has no operation, The aircraft will not stop, but will continue to drift. It can be seen that in this mode, the aircraft is in motion even if the user has no operation, and the user operation is mainly for controlling the flight attitude of the aircraft. Based on this, this mode can be referred to as the attitude control mode.
  • the fixed point control mode means that in this mode, the three-dimensional attitude angle of the aircraft is controlled by the aircraft, and the aircraft can maintain the self-stabilizing state at this time, but unlike the attitude control mode, the aircraft will perform the braking action when the user is not in operation. The final speed drops to zero, and when the aircraft speed drops to zero, the aircraft stops moving. It can be seen that in this mode, when the user has no operation, the aircraft will eventually stay at a place, that is, stay at a position point, based on which the mode can be referred to as a fixed point control mode.
  • the flight control mode means that in this mode, the user inputs a series of waypoints in advance, thereby controlling the aircraft to move along the routes formed by these waypoints during flight. It can be seen that in this mode, the aircraft will move according to a certain route. Based on this, this mode can be called the flight control mode.
  • the pointing flight control mode means that in this mode, the user inputs a coordinate value of a specified point in a three-dimensional space in advance, so that the aircraft can know the specific position of the specified point, and then control itself to fly toward the designated point until Arriving at the designated point; or by the user pre-designating a point on the plane in which the aircraft is located, the aircraft can know the direction of the designated point relative to itself, so that the aircraft controls itself to fly in that direction. It can be seen that in this mode, by pre-pointing to control the flight of the aircraft, based on this, this mode can be referred to as the pointing flight control mode.
  • the aircraft state data of the current sampling moment may be jointly calculated with the environmental data calculated by the environment model module 101 based on a user operation to control the virtual aircraft.
  • the aircraft state data may include at least one of a series of parameters that may be used to characterize the flight state of the virtual aircraft, such as the spatial position, velocity, acceleration, attitude angle, attitude angular velocity, attitude angular acceleration, motor speed, propeller speed, etc. of the virtual aircraft.
  • controlling the virtual aircraft may include outputting a three-dimensional image of the virtual aircraft based on flight state data at the current sampling instant.
  • the UAV simulation flight system provided by the embodiment of the present invention includes an environment simulation and By simulating a specific virtual environment and realizing the interaction between the virtual aircraft and the virtual environment, the simulation training of the drone is highly simulated, and the manipulating skill of the manipulator to the drone is more effectively improved.
  • the aircraft model module 102 may include a flight control model sub-module 1021, an aircraft motion mathematical model sub-module 1022, a sensor model sub-module 1023, and an aircraft appearance model sub-module 1024.
  • the flight control model sub-module 1021 can be used to describe a flight control algorithm, which is respectively connected to the aircraft motion mathematical model sub-module 1022 and the sensor model sub-module 1023, and can be specifically used for sensor data output based on the sensor model sub-module 1023. Based on the control parameters input by the user operation, the motor control signal is calculated and sent to the aircraft motion mathematical model sub-module 1022.
  • control parameters input based on the user operation may be as described in the embodiment shown in FIG. 1 above, and will not be described in detail herein.
  • the sensor data output by the sensor model sub-module 1023 may include at least one of the following: an accelerometer measurement value, a gyroscope measurement value, a three-dimensional magnetic field strength measurement value, a barometer measurement value, an ultrasonic sensor measurement value, and a virtual aircraft.
  • an accelerometer measurement value a gyroscope measurement value
  • a three-dimensional magnetic field strength measurement value a barometer measurement value
  • an ultrasonic sensor measurement value a virtual aircraft.
  • the motor control signal may include a PWM (Pulse Width Modulation) signal for controlling the rotational speed of the virtual aircraft motor.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the aircraft motion mathematical model sub-module 1022 can be used to describe the aircraft motion, which is respectively connected to the flight control model sub-module 1021 and the aircraft appearance model sub-module 1024, and can be specifically used for the motor control based on the output of the flight control model sub-module 1021.
  • the signal calculates aircraft state data at the current sampling instant and transmits aircraft state data at the current sampling instant to the sensor model sub-module 1023.
  • the aircraft motion mathematical model sub-module 1022 outputs the aircraft state data every preset time length, for example, 2.5 milliseconds. Then, the current moment of outputting the aircraft state data is the current sampling time, and the current sampling time is before. The time of 2.5 milliseconds is the previous sampling time, that is, the time when the aircraft state data was last output.
  • the aircraft state data includes at least one of: a spatial position, a speed, an acceleration, an attitude angle, an attitude angular velocity, an attitude angular acceleration, a motor rotational speed, and a propeller rotational speed of the virtual aircraft.
  • the sensor model sub-module 1023 can be configured to calculate sensor data according to the virtual environment in which the virtual aircraft is located and the current flight state of the virtual aircraft, and the aircraft motion mathematical model sub-module 1022, the flight control model sub-module 1021, and the environment.
  • the model modules 101 are respectively connected, and are specifically configured to obtain sensor data based on the environmental data output by the environment model module 101 and the aircraft state data of the previous sampling moment calculated by the aircraft motion mathematical model sub-module 1022, and send the sensor data to the sensor data.
  • Flight Control Model Sub-Module 1021 is respectively connected, and are specifically configured to obtain sensor data based on the environmental data output by the environment model module 101 and the aircraft state data of the previous sampling moment calculated by the aircraft motion mathematical model sub-module 1022, and send the sensor data to the sensor data.
  • the sensor data not only reflects the calculated measured values described above, but also reflects the noise data of the sensor itself, so that the sensor can be realistically simulated, such as compass interference and GPS satellite interference. When the aircraft reacts.
  • the aircraft appearance model sub-module 1024 can be used to establish a three-dimensional appearance model, that is, a virtual aircraft, which is connected to the aircraft motion mathematical model sub-module 1022 according to the real multi-rotor aircraft, and can be used according to the real Multi-rotor aircraft, through three-dimensional modeling software, such as Maya, 3D Coat, etc., to establish a three-dimensional appearance model of a multi-rotor aircraft, for example, as shown in Figure 4, is a three-dimensional appearance model of a multi-rotor aircraft, and can be based on aircraft motion mathematics
  • the flight state data of the current time output by the model sub-module 1022 adjusts the position and orientation of the three-dimensional appearance model of the multi-rotor aircraft illustrated in FIG. 4, and the three-dimensional appearance model of the multi-rotor aircraft illustrated in FIG. 4 is in a three-dimensional image manner. Output to feedback to the user.
  • the flight control model sub-module 1021 calculates a motor control signal based on the sensor data and user input output from the sensor model sub-module 1023, and sends the motor control signal to the motor control signal.
  • the flight control model sub-module 1021 recalculates the motor control signal based on the latest sensor data and the current user input, and outputs it to the aircraft motion mathematical model sub-module 1022 to continue the next simulation process.
  • the aircraft software simulation interaction system 500 illustrated in FIG. 5 includes a user input module 501, an aircraft software-in-the-loop simulation module 502, and an aircraft appearance model module 503.
  • a one-way arrow indicates the direction of the control flow
  • a two-way arrow indicates the direction of the data flow.
  • the function implemented by the user input module 501 is to obtain the control parameters input by the user.
  • the UAV simulation flight system the function implemented by the aircraft software in the ring simulation module 502 is to calculate the simulation result of the current simulation process based on the control flow output by the user input module 501, and save the current simulation result in the current In the aircraft state data, in order to execute the next simulation flow, the new simulation result is continuously iterated based on the aircraft state data to realize the simulation cycle; meanwhile, the aircraft software-in-the-loop simulation module 502 also controls based on the simulation result of the current simulation process described above.
  • the aircraft appearance model module 503 causes the aircraft appearance model module 503 to adjust the position and orientation of the three-dimensional appearance model of the multi-rotor aircraft illustrated in FIG. 4 based on the current aircraft state data and the control signal of the aircraft appearance model module 503, and 4 shows the three-dimensional appearance model of the multi-rotor aircraft in three dimensions
  • the image is displayed in a manner to be fed back to the user; at the same time, the aircraft appearance model module 503 also saves the current flight state of the multi-rotor aircraft in the aircraft state data to feed back the current flight state of the multi-rotor aircraft to the aircraft software in-loop simulation.
  • Module 502 implements a simulation loop.
  • the virtual aircraft interacts with the virtual environment by simulating a specific virtual environment, so that the simulation training of the UAV is highly simulated, and
  • the user is provided with the simulation operation experience of the multi-rotor aircraft, thereby more effectively improving the manipulating skill of the operator on the drone.
  • the UAV simulation flight system proposed by the embodiment of the present invention may further include a physical collision mathematical model for detecting whether the virtual UAV and the virtual environment in the virtual environment overlap spatially and occur. When the spaces overlap, the result of the collision is given to simulate the real collision situation.
  • FIG. 6 is a block diagram of another embodiment of the UAV simulation flight system of the present invention.
  • the system shown in FIG. 6 further includes a physical collision mathematical model sub-module 1025 based on the system shown in FIG.
  • the physical collision mathematical model sub-module 1025 can continuously monitor whether the virtual aircraft position spatially overlaps with other objects in the virtual environment during the simulation process, and once the spatial overlap is detected, the result of the collision is given.
  • the other modes adjusts the flight state of the virtual aircraft to the flight state at a certain moment before the collision so that the user can continue the simulation flight. Specifically, on the display interface of the UAV simulation flight system, when the virtual aircraft collides with other objects in the virtual environment, the virtual aircraft in the picture is reset to a state that is long before the collision.
  • the physical collision mathematical model sub-module 1025 can also perform simulated collision calculation.
  • the physical collision mathematical model sub-module 1025 is connected to the aircraft motion mathematical model sub-module 1022 and the environment model module 101 respectively, and is specifically configured to detect when the virtual aircraft collides with the virtual object in the virtual environment.
  • the environmental disturbances acting on the virtual aircraft are calculated and transmitted to the aircraft motion mathematical model sub-module 1022.
  • the physical collision mathematical model sub-module 1025 may be based on the speed, acceleration, angular velocity, angular acceleration, and virtual aircraft quality of the virtual aircraft at the time of collision when detecting that the virtual aircraft collides with the virtual object in the virtual environment. At least one of a spatial position of a collision point between the virtual aircraft and the virtual object, a normal vector of the collision point, and an elastic coefficient of the collision point, and the collision force and the collision force when the virtual aircraft collides with the virtual object are calculated. The moment, the collision force and the moment of the collision force act as an environment acting on the virtual aircraft.
  • the aircraft motion mathematical model sub-module 1022 once detecting the environmental interference output by the physical collision mathematical model sub-module 1025, is calculated based on the environmental interference and the motor control signal output by the flight control model sub-module 1021.
  • the flight state data of the current sampling moment is output, and the flight state data of the current sampling moment is transmitted to the aircraft appearance model sub-module 1024.
  • the flight control model sub-module 1021 calculates a motor control signal based on the sensor data and user input output from the sensor model sub-module 1023, and transmits the motor control signal to the aircraft.
  • the motion mathematical model sub-module 1022; the aircraft motion mathematical model sub-module 1022 calculates the aircraft state data at the current sampling moment based on the motor control signal and the environmental interference output by the physical collision mathematical model sub-module 1025, and calculates the current sampling moment.
  • the aircraft state data is sent to the sensor model sub-module 1023 and the aircraft appearance model sub-module 1024, wherein the physical collision mathematical model sub-module 1025 is calculated when a virtual aircraft is detected to collide with the virtual object in the virtual environment.
  • the environmental interference acting on the virtual aircraft is transmitted to the aircraft motion mathematical model sub-module 1022; the sensor model sub-module 1023 is calculated based on the flight state data of the current sampling time and the environmental data output by the environmental model module 101.
  • Sensing Data, and outputting the sensor data to the flight control module sub-module 1021; the aircraft appearance model sub-module 1024 can perform the position and orientation of the three-dimensional appearance model of the multi-rotor aircraft illustrated in FIG. 4 based on the flight state data of the current time.
  • the three-dimensional outer plane of the multi-rotor aircraft shown in Figure 4 The view model is output as a three-dimensional image to feed back to the user; at this point, a simulation process is completed. Subsequently, in the next simulation process, the flight control model sub-module 1021 recalculates the motor control signal based on the latest sensor data and the current user input, and outputs it to the aircraft motion mathematical model sub-module 1022 to continue the next simulation process. .
  • FIG. 7 is shown in FIG. 7 , which is another block diagram of the aircraft software simulation interaction system of the present invention.
  • FIG. 7 is based on the aircraft software simulation interactive system illustrated in FIG. 5 above, and a physical collision mathematical model module 504 is added.
  • a one-way arrow indicates the direction of the control flow
  • a two-way arrow indicates the direction of the data flow.
  • the function implemented by the user input module 501 is to obtain the control parameters input by the user.
  • the UAV simulation flight system the function implemented by the aircraft software in the ring simulation module 502 is to calculate the simulation result of the current simulation process based on the control flow output by the user input module 501, and save the current simulation result in the current In the aircraft state data, in order to execute the next simulation flow, the simulation results based on the aircraft state data, that is, the previous simulation flow, continue to iterate out new simulation results to realize the simulation cycle; meanwhile, the aircraft software in the loop simulation module 502 Based on the simulation result of the current simulation process, the control flow is output to the physical collision mathematical model module 504, so that the physical collision mathematical model module 504 continuously monitors whether the virtual aircraft position spatially overlaps with other objects in the virtual environment in the simulation process.
  • the result of the collision will be given and calculated.
  • the physical collision mathematical model module 504 outputs a control flow to the aircraft appearance model 503, and the aircraft appearance model 503 adjusts the position and orientation of the three-dimensional appearance model of the multi-rotor aircraft illustrated in FIG. 4 according to the aircraft state data, and The three-dimensional appearance model of the multi-rotor aircraft illustrated in FIG.
  • the aircraft appearance model module 503 also saves the flight state of the multi-rotor aircraft in the current aircraft state data, The current flight state of the multi-rotor aircraft is fed back to the aircraft software-in-the-loop simulation module 502 to implement a simulation cycle.
  • calculation results of the respective sub-modules in the aircraft model module 102 illustrated in FIGS. 3 and 6 are updated in real time based on the aircraft state data.
  • an embodiment of the present invention further provides a UAV simulation flight method, as shown in FIG. 8 , which is an implementation of the UAV simulation flight method according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 An example flow chart, the method comprising the following steps:
  • Step 801 Simulate the virtual environment, and calculate the environment data of the virtual environment.
  • the environmental data may include at least one of an earth magnetic field strength at a virtual position where the virtual aircraft is located, a gas pressure at a virtual position at which the virtual aircraft is located, a wind power received by the virtual aircraft, and the like.
  • the environmental data of the virtual environment may be calculated based on the aircraft state data.
  • Step 802 Control the virtual aircraft based on user operations and environmental data.
  • the motor control signal for controlling the virtual aircraft may be calculated based on the sensor data and the control parameters input based on the user operation, and the control parameters may include: aileron rudder, elevator, rudder, throttle, fly The control mode, wherein the flight control mode may include: a manual control mode, an attitude control mode, a fixed point control mode, a flight control mode, and a pointing flight control mode;
  • the sensor data may include at least one of the following: an accelerometer measurement value, a gyroscope The measured value, the measured value of the three-dimensional magnetic field strength, the measured value of the barometer, the measured value of the ultrasonic sensor, the latitude and longitude of the virtual position at which the virtual aircraft is located, the moving speed of the virtual aircraft;
  • the motor control signal may include a PWM signal to control the rotational speed of the virtual aircraft motor.
  • aircraft state data for controlling a current sampling moment of the virtual aircraft may be calculated based on the motor control signal, the flight state data may include at least one of: a spatial position, a speed, an acceleration of the virtual aircraft, Attitude angle, attitude angular velocity, attitude angular acceleration, motor speed, and propeller speed.
  • sensor data for controlling the virtual aircraft may be derived based on environmental data and aircraft state data at a previous sampling instant.
  • the three-dimensional image of the virtual aircraft is output based on the flight state data at the current time.
  • the environmental interference between the virtual aircraft and the virtual aircraft is calculated, and further, the motor control signal and the environmental interference may be jointly calculated.
  • Aircraft state data is derived for controlling the current sampling instant of the virtual aircraft.
  • the virtual aircraft when detecting that the virtual aircraft collides with the virtual object in the virtual environment, based on the speed of the virtual aircraft at the collision moment, the quality of the virtual aircraft, the virtual aircraft and the virtual Calculating a collision force between the virtual aircraft and the virtual object when at least one of a spatial position of the collision point between the objects, a normal vector of the collision point, and a spring coefficient of the collision point.
  • the method embodiment since it basically corresponds to the system embodiment described above, it can be referred to the partial description of the system embodiment.
  • the system embodiments described above are merely illustrative in which the separation is described
  • the modules of the component description may or may not be physically separated, and the components displayed as the modules may or may not be physical modules, that is, may be located in one place, or may be distributed to multiple network modules. Some or all of the modules may be selected according to actual needs to achieve the purpose of the solution of the embodiment. Those of ordinary skill in the art can understand and implement without any creative effort.
  • the UAV simulation flight device 900 includes: a processor 910 and a controller 920;
  • the processor 910 is configured to: simulate a virtual environment, and calculate environment data of the virtual environment;
  • the controller 920 is configured to control the virtual aircraft based on the user operation and the environment data.
  • the processor 910 is specifically configured to: at least one of: calculating an earth magnetic field strength of the virtual position based on a virtual position where the virtual aircraft is located; and based on a height of the virtual position where the virtual aircraft is located, Calculating the air pressure of the virtual position; calculating the wind force received by the virtual aircraft based on the size of the wind in the virtual environment.
  • the controller 920 is configured to calculate a motor control signal for controlling the virtual aircraft based on the sensor data and the control parameters input based on the user operation.
  • the controller 920 is configured to calculate aircraft state data for controlling a current sampling moment of the virtual aircraft based on the motor control signal.
  • the controller 920 is configured to: obtain sensor data for controlling the virtual aircraft based on the environmental data and the aircraft state data of the previous sampling moment.
  • the processor 910 is configured to: simulate a virtual environment, and calculate environment data of the virtual environment based on the aircraft state data.
  • the processor 910 is further configured to: when detecting that the virtual aircraft collides with the virtual object in the virtual environment, calculate an environmental interference acting on the virtual aircraft.
  • the controller 920 is configured to: calculate aircraft state data for controlling a current sampling moment of the virtual aircraft according to the motor control signal and the environmental disturbance.
  • the controller 920 is configured to: output a three-dimensional image of the virtual aircraft based on the aircraft state data at the current time.
  • the sensor data comprises at least one of: an accelerometer measurement, a gyroscope measurement, The three-dimensional magnetic field strength measurement value, the barometer measurement value, the ultrasonic sensor measurement value, the latitude and longitude of the virtual position where the virtual aircraft is located, and the movement speed of the virtual aircraft.
  • control parameter comprises at least one of the following: aileron rudder, elevator, rudder, throttle, flight control mode.
  • the flight control mode includes at least one of the following: a manual control mode, an attitude control mode, a fixed point control mode, a flight control mode, and a pointing flight control mode.
  • the aircraft state data includes at least one of: a spatial position, a speed, an acceleration, an attitude angle, an attitude angular velocity, an attitude angular acceleration, a motor rotational speed, and a propeller rotational speed of the virtual aircraft.
  • the controller 920 is configured to: when detecting that the virtual aircraft collides with the virtual object in the virtual environment, based on the speed of the virtual aircraft at the time of the collision, the quality of the virtual aircraft, Calculating that the virtual aircraft and the virtual object are generated by at least one of a spatial position of a collision point between the virtual aircraft and the virtual object, a normal vector of the collision point, and a spring coefficient of the collision point a collision force at the time of collision and a moment of the collision force, the collision force and the moment of the collision force being interfered with as an environment acting on the virtual aircraft;
  • aircraft state data for controlling the current sampling instant of the virtual aircraft is calculated.
  • the embodiment of the present invention further provides a machine readable storage medium, where the computer readable storage medium stores a plurality of computer instructions, and when the computer instructions are executed, the following processing is performed: simulating virtual Environment, and calculating environmental data of the virtual environment; controlling the virtual aircraft based on user operations and the environmental data.
  • the computer instruction is executed to perform at least one of the following processes: calculating the virtual aircraft based on the virtual location of the virtual aircraft Calculating the earth magnetic field strength of the virtual position; calculating the air pressure of the virtual position based on the height of the virtual position where the virtual aircraft is located; calculating the wind force received by the virtual aircraft based on the size of the wind power in the virtual environment .
  • the calculating in the process of controlling a virtual aircraft based on a user operation and the virtual environment, When the machine command is executed, the following processing is performed: based on the motor control signal, aircraft state data for controlling the current sampling time of the virtual aircraft is calculated.
  • the aircraft state data based on the environmental data and the previous sampling time is used for Control sensor data of the virtual aircraft.
  • the following processing is performed: simulating the virtual environment, and calculating based on the aircraft state data Out of the environment data of the virtual environment.
  • the computer instructions are further processed to perform an operation of calculating an environmental disturbance acting on the virtual aircraft upon detecting a collision between the virtual aircraft and the virtual object in the virtual environment.
  • the computer instruction is executed to perform a process of outputting a three-dimensional image of the virtual aircraft based on the aircraft state data of the current time.
  • the sensor data comprises at least one of: an accelerometer measurement value, a gyroscope measurement value, a three-dimensional magnetic field strength measurement value, a barometer measurement value, an ultrasonic sensor measurement value, and a latitude and longitude of a virtual position where the virtual aircraft is located. The speed of movement of the virtual aircraft.
  • control parameter comprises at least one of the following: aileron rudder, elevator, rudder, throttle, flight control mode.
  • the flight control mode includes at least one of the following: a manual control mode, an attitude control mode, a fixed point control mode, a flight control mode, and a pointing flight control mode.
  • the aircraft state data includes at least one of: a spatial position, a speed, an acceleration, an attitude angle, an attitude angular velocity, an attitude angular acceleration, a motor rotational speed, and a propeller rotational speed of the virtual aircraft.
  • the computer instruction when executed, performing the following processing: when detecting that the virtual aircraft collides with the virtual object in the virtual environment Based on the speed of the virtual aircraft at the moment of collision, the mass of the virtual aircraft, the virtual aircraft and the Calculating a collision between the virtual aircraft and the virtual object when at least one of a spatial position of the collision point between the virtual objects, a normal vector of the collision point, and a spring coefficient of the collision point a moment of force and a collision force that interferes with the moment of the collision force as an environment acting on the virtual aircraft;
  • aircraft state data for controlling the current sampling instant of the virtual aircraft is calculated.

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Abstract

一种无人机仿真飞行系统（100）、方法、设备以及机器可读存储介质，该无人机仿真飞行系统（100）包括：环境模型模块（101）、飞行器模型模块（102）；其中，该环境模型模块（101），用于模拟虚拟环境，并计算得出该虚拟环境的环境数据；该飞行器模型模块（102），用于基于用户操作与该环境数据控制虚拟飞行器。该无人机仿真飞行系统（100）及其方法，可以实现虚拟飞行器与虚拟环境的交互，使得无人机的模拟训练达到高度仿真，更加有效地提高操纵人员对无人机的操纵技能。

Description

无人机仿真飞行系统、方法、设备及机器可读存储介质 技术领域
本申请涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机仿真飞行系统、方法、设备及机器可读存储介质。
背景技术
随着飞行技术的发展，UAV(Unmanned Aerial Vehicle，无人飞行器)，也称为无人机，已经得到越来越广泛的应用。无人机的操纵是一个较为复杂的过程，因此对操纵人员有较高的操纵要求，为了避免由于操纵人员不熟悉无人机的操纵过程，直接操纵真实的无人机而造成不必要的损失，相关技术中提供了无人机训练模拟器，以供操纵人员进行模拟训练，以避免造成不必要的损失，同时不存在安全隐患。然而，相关技术中所提供的无人机训练模拟器仅包括了简单的飞行控制算法，并无法实现高度仿真。
发明内容
有鉴于此，本申请公开了无人机仿真飞行系统、方法、设备及机器可读存储介质。
附图说明
图1为本发明实施例提供的无人机仿真飞行系统100的一个实施例框图；
图2为用户输入模块接口图的一种示例；
图3为本发明无人机仿真飞行系统的另一个实施例框图；
图4为多旋翼飞行器的三维外观模型示意图；
图5为本发明飞行器软件仿真交互系统的一个模块框图；
图6为本发明无人机仿真飞行系统的另一个实施例框图；
图7为本发明飞行器软件仿真交互系统的另一个模块框图；
图8为本发明实施例无人机仿真飞行方法的一个实施例流程图；
图9为本发明实施例提供的无人机仿真飞行设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通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，都属于本申请保护的范围。
本发明实施例提供一种无人机仿真飞行系统，该无人机仿真飞行系统属于系统仿真，其基本原理是通过虚拟控制器控制虚拟的被控对象。该无人机仿真飞行系统可以提高操纵人员对无人机的操纵技能，避免由于操纵人员不熟悉无人机的操纵过程，直接操纵真实的无人机而造成不必要的损失，需要说明的是，在真实情况下，操纵人员会面临在各种环境下操纵无人机，例如在大风环境下，因此，在本发明实施例提供的无人机仿真飞行系统中，包括环境模拟，通过模拟出特定的虚拟环境，并实现虚拟飞行器与虚拟环境的交互，使得无人机的模拟训练达到高度仿真，更加有效地提高操纵人员对无人机的操纵技能。
请参见图1，为本发明实施例提供的无人机仿真飞行系统100的一个实施例框图，该无人机仿真飞行系统100包括：环境模型模块101、飞行器模型模块102。
环境模型模块101，用于模拟虚拟环境，并计算得出虚拟环境的环境数据。
在一实施例中，虚拟环境的环境数据可以包括以下至少一种：虚拟飞行器所处虚拟位置的地球磁场强度、虚拟飞行器所处虚拟位置的气压、虚拟飞行器受到的风力等等。其中，地球磁场强度可以依据虚拟飞行器所处虚拟位置，结合WMM(World Magnetic Model，世界地磁模型)计算得出；气压可以依据虚拟飞行器所处虚拟位置，结合美国标准大气模型计算得出；风力则可以结合相关技术中的CIRA-86模型计算得出。
具体计算得出虚拟环境的环境数据的过程本申请不再一一详述。
飞行器模型模块102，用于基于用户操作与环境数据控制虚拟飞行器。
在一实施例中，无人机仿真飞行系统100中还可以包括用户输入模块(图1中并未示出)，如图2所示，为用户输入模块接口图的一种示例。该用户输入模块可以监听输入设备(图1中并未示出)，例如键盘、远程遥控器输入的控制参数，将所监听到的控制参数转换为用于控制飞行器的控制信号，并输出该控制信号。其中，输入设备所输入的控制参数是基于用户操作而输入的。
在一实施例中，上述控制参数可以包括以下至少一种：副翼舵、升降舵、方向舵、油门、飞控模式等等。其中，飞控模式可以包括以下其中一种：手动控制模式、姿态控制模式、定点控制模式、航线飞行控制模式、指点飞行控制模式等等。
上述手动控制模式是指，在这个模式下，由飞行器控制自身的角速度，此时飞行器无法保持自稳状态，需要用户及时调整飞行器的飞行姿态才可以使得飞行器维持稳定，可用以做一些空翻等极限操作。由此可见，在这个模式下，需要用户及时地手动调整飞行器的飞行姿态以维持飞行器的稳定，基于此，可以将这个模式称为手动控制模式。
姿态控制模式是指，在这个模式下，由飞行器控制自身的三维姿态角度，此时飞行器可以保持自稳状态，并且，由于飞行器惯性较大，并且空气阻尼较小，从而在用户无操作时，飞行器也不会停止，而是继续漂移。由此可见，在这个模式下，即使用户无操作，飞行器也处于运动状态，用户操作主要是为了控制飞行器的飞行姿态，基于此，可以将这个模式称为姿态控制模式。
定点控制模式是指，在这个模式下，由飞行器控制自身的三维姿态角度，此时飞行器可以保持自稳状态，但与姿态控制模式不同的是，在用户无操作时，飞行器将执行刹车动作，最终速度降为0，当飞行器速度降为0时，飞行器停止位移。由此可见，在这个模式下，当用户无操作时，飞行器最终会静止停留在一个地方，也即停留在一个位置点，基于此，可以将这个模式称为定点控制模式。
航线飞行控制模式是指，在这个模式下，由用户预先输入一系列航点，从而控制飞行器在飞行时沿着这些航点连成的航线进行运动。由此可见，在这个模式下，飞行器将按照某一航线进行运动，基于此，可以将这个模式称为航线飞行控制模式。
指点飞行控制模式是指，在这个模式下，由用户预先输入一个三维空间中指定点的坐标值，从而飞行器可以得知该指定点的具体位置，继而控制自身朝着该指定点进行飞行，直至抵达该指定点；或者由用户预先在飞行器所处平面上指定一个点，那么飞行器可以得知所指定的点相对于自身的方向，从而飞行器控制自身沿着该方向进行飞行。由此可见，在这个模式下，通过预先指点以控制飞行器的飞行，基于此，可以将这个模式称为指点飞行控制模式。
在一实施例中，可以基于用户操作，与环境模型模块101计算得出的环境数据，共同计算出当前采样时刻的飞行器状态数据，以控制虚拟飞行器。飞行器状态数据可以包括虚拟飞行器的空间位置、速度、加速度、姿态角、姿态角速度、姿态角加速度、电机转速、螺旋桨转速等等可以用于表征虚拟飞行器的飞行状态的一系列参数中的至少一个。
在一实施例中，控制虚拟飞行器可以包括根据当前采样时刻的飞行状态数据输出虚拟飞行器的三维图像。
由上述实施例可见，在本发明实施例提供的无人机仿真飞行系统中，包括环境模拟，通 过模拟出特定的虚拟环境，并实现虚拟飞行器与虚拟环境的交互，使得无人机的模拟训练达到高度仿真，更加有效地提高操纵人员对无人机的操纵技能。
至此完成图1所示实施例的描述。
请参见图3，为本发明无人机仿真飞行系统的另一个实施例框图，图3所示系统在上述图1所示系统的基础上，着重描述了飞行器模型模块102，如图3所示，飞行器模型模块102可以包括：飞行控制模型子模块1021、飞行器运动数学模型子模块1022、传感器模型子模块1023、飞行器外观模型子模块1024。
如下，对图3所示例的无人机仿真飞行系统进行详细描述：
飞行控制模型子模块1021，可以用于描述飞行控制算法，其与飞行器运动数学模型子模块1022，以及传感器模型子模块1023分别相连接，具体可用于，基于传感器模型子模块1023输出的传感器数据与基于用户操作而输入的控制参数，计算得出电机控制信号，并将该电机控制信号发送至飞行器运动数学模型子模块1022。
在一实施例中，基于用户操作而输入的控制参数可以如上述图1所示实施例中的描述，在此不再详述。
在一实施例中，传感器模型子模块1023输出的传感器数据可以包括以下至少一个：加速度计测量值、陀螺仪测量值、三维磁场强度测量值、气压计测量值、超声波传感器测量值、虚拟飞行器所处虚拟位置的经纬度、虚拟飞行器的运动速度等等。
在一实施例中，电机控制信号可以包括PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号，用于控制虚拟飞行器电机的转速。
飞行器运动数学模型子模块1022，可以用于描述飞行器运动，其与飞行控制模型子模块1021，以及飞行器外观模型子模块1024分别相连接，具体可用于，基于飞行控制模型子模块1021输出的电机控制信号计算得出当前采样时刻的飞行器状态数据，并将当前采样时刻的飞行器状态数据发送至传感器模型子模块1023。
在一实施例中，飞行器运动数学模型子模块1022每隔预设时长，例如2.5毫秒，输出一次飞行器状态数据，那么，当前输出飞行器状态数据的时刻即为当前采样时刻，该当前采样时刻的前2.5毫秒的时刻即为前一采样时刻，即上一次输出飞行器状态数据的时刻。
在一实施例中，上述飞行器状态数据包括一下至少一个：虚拟飞行器的空间位置、速度、加速度、姿态角、姿态角速度、姿态角加速度、电机转速、螺旋桨转速。
传感器模型子模块1023，可以用于根据虚拟飞行器所处的虚拟环境以及虚拟飞行器当前的飞行状态，计算得出传感器数据，其与飞行器运动数学模型子模块1022、飞行控制模型子模块1021，以及环境模型模块101分别相连接，具体可用于，基于环境模型模块101输出的环境数据与飞行器运动数学模型子模块1022计算得出的前一采样时刻的飞行器状态数据得到传感器数据，并将传感器数据发送至飞行控制模型子模块1021。
在一实施例中，传感器数据不仅反应了上述所描述的计算得出的测量值，同时还可以反应传感器自身的噪声数据，从而可以实现真实地模拟传感器受到干扰，例如罗盘干扰、GPS丢星干扰时，飞行器的反应。
飞行器外观模型子模块1024，可以用于根据真实的多旋翼飞行器，通过三维建模软件建立三维外观模型，即虚拟飞行器，其与飞行器运动数学模型子模块1022相连接，具体可用于，根据真实的多旋翼飞行器，通过三维建模软件，例如Maya、3D Coat等，建立多旋翼飞行器的三维外观模型，例如，如图4所示，为多旋翼飞行器的三维外观模型示意图，并可以基于飞行器运动数学模型子模块1022输出的当前时刻的飞行状态数据对图4所示例的多旋翼飞行器的三维外观模型的位置和朝向进行调整，将图4所示例的多旋翼飞行器的三维外观模型以三维图像的方式输出，以反馈给用户。
下面结合图3对无人机仿真飞行系统的一个实施例进行描述。在图3所示的无人机仿真飞行系统中，飞行控制模型子模块1021，基于传感器模型子模块1023输出的传感器数据与用户输入，计算得出电机控制信号，并将该电机控制信号发送至飞行器运动数学模型子模块1022；飞行器运动数学模型子模块1022则基于该电机控制信号计算得出当前采样时刻的飞行器状态数据，并将该当前采样时刻的飞行器状态数据发送至传感器模型子模块1023以及飞行器外观模型子模块1024；传感器模型子模块1023则可以基于该当前采样时刻的飞行状态数据以及环境模型模块101输出的环境数据计算得出传感器数据，并将该传感器数据输出至飞行控制模块子模块1021；飞行器外观模型子模块1024则基于该当前时刻的飞行状态数据对图4所示例的多旋翼飞行器的三维外观模型的位置和朝向进行调整，将图4所示例的多旋翼飞行器的三维外观模型以三维图像的方式输出，以反馈给用户；至此，完成一次仿真流程。后续，在下一仿真流程中，飞行控制模型子模块1021则基于最新的传感器数据与当前用户输入，重新计算得出电机控制信号，并输出至飞行器运动数学模型子模块1022，以继续下一仿真流程。
为了使得本领域技术人员可以更加清晰地了解图3所示例的无人机仿真飞行系统的在环仿真流程，示出如下图5，如图5所示，为本发明飞行器软件仿真交互系统的一个模块框图， 图5所示例的飞行器软件仿真交互系统500包括：用户输入模块501、飞行器软件在环仿真模块502，以及飞行器外观模型模块503。
首先说明，在图5中，单向箭头表示控制流的走向，双向箭头则表示数据流的走向。
在图5中，用户输入模块501所实现的功能则为获取用户输入的控制参数，具体的，可参见上述图1所示示例中的相关描述，在此不再详述；结合图3所示例的无人机仿真飞行系统，飞行器软件在环仿真模块502所实现的功能则为基于用户输入模块501输出的控制流计算得出当前仿真流程的仿真结果，并将当前的仿真结果保存在当前的飞行器状态数据中，以便在执行下一个仿真流程时，基于飞行器状态数据继续迭代出新的仿真结果，实现仿真循环；同时，飞行器软件在环仿真模块502还基于上述当前仿真流程的仿真结果，控制飞行器外观模型模块503，使得飞行器外观模型模块503基于当前的飞行器状态数据，以及飞行器外观模型模块503的控制信号，调整图4所示例的多旋翼飞行器的三维外观模型的位置和朝向，并将图4所示例的多旋翼飞行器的三维外观模型以三维图像的方式进行显示，以反馈给用户；同时，飞行器外观模型模块503还将多旋翼飞行器当前的飞行状态保存在飞行器状态数据中，以将多旋翼飞行器当前的飞行状态反馈至飞行器软件在环仿真模块502，实现仿真循环。
由上述实施例可见，在本发明实施例提供的无人机仿真飞行系统中，通过模拟出特定的虚拟环境，实现虚拟飞行器与虚拟环境的交互，使得无人机的模拟训练达到高度仿真，并通过实现在环仿真，为用户提供多旋翼飞行器的仿真操作体验，从而更加有效地提高操纵人员对无人机的操纵技能。
至此完成图3所示实施例的描述。
在实际应用中，操作无人机过程中还有可能会与其他物体，例如建筑物发生碰撞，从而为了实现高度仿真，使得用户使用本发明提出的无人机仿真飞行系统可以体验到“身临其境”的操作感，本发明实施例提出的无人机仿真飞行系统还可以进一步包括物理碰撞数学模型，用于检测虚拟无人机与虚拟环境中的虚拟物是否发生空间重叠，并在发生空间重叠时，给出发生碰撞这一结果，以实现模拟真实碰撞情境。
请参见图6，为本发明无人机仿真飞行系统的另一个实施例框图，该图6所示系统在上述图3所示系统的基础上，进一步包括物理碰撞数学模型子模块1025。
物理碰撞数学模型子模块1025，可以在仿真过程中持续监测虚拟飞行器位置是否与虚拟环境中其他物体发生空间重叠，一旦检测到空间重叠，则会给出发生碰撞这一结果。
在一实施例中，当物理碰撞数学模型子模块1025检测到虚拟飞行器发生碰撞后，其他模 块将虚拟飞行器的飞行状态调整到碰撞前某一时刻的飞行状态，以便用户可以继续进行仿真飞行。具体的，在无人机仿真飞行系统的显示界面上，当虚拟飞行器与虚拟环境中其他物体发生碰撞时，画面中的虚拟飞行器复位到碰撞前一定时长时的状态。
进一步的，物理碰撞数学模型子模块1025还可以进行仿真碰撞计算。
具体的，物理碰撞数学模型子模块1025，与飞行器运动数学模型子模块1022，以及环境模型模块101分别相连接，具体可用于，在检测到虚拟飞行器与所述虚拟环境中的虚拟物发生碰撞时，计算得出作用于虚拟飞行器的环境干扰，并将所述环境干扰发送至飞行器运动数学模型子模块1022。
在一实施例中，物理碰撞数学模型子模块1025在检测到虚拟飞行器与虚拟环境中的虚拟物发生碰撞时，可以基于虚拟飞行器在碰撞时刻的速度、加速度、角速度、角加速度、虚拟飞行器的质量、虚拟飞行器与虚拟物之间的碰撞点的空间位置、碰撞点的法向量、碰撞点的弹性系数中的至少一项，计算得出虚拟飞行器与虚拟物发生碰撞时的碰撞力与碰撞力的力矩，将该碰撞力与该碰撞力的力矩作为作用于虚拟飞行器的环境干扰。
此外，在此基础上，飞行器运动数学模型子模块1022一旦检测到物理碰撞数学模型子模块1025输出的环境干扰，则要基于该环境干扰与飞行控制模型子模块1021输出的电机控制信号共同计算得出当前采样时刻的飞行状态数据，并将该当前采样时刻的飞行状态数据发送至飞行器外观模型子模块1024。由此可见，通过建立物理碰撞数学模型，可以真实的反应出飞行器与其他物体发生碰撞时，飞行器的反应。
下面结合图6对无人机仿真飞行系统的一个实施例进行描述。在图6所示无人机仿真飞行系统中，飞行控制模型子模块1021，基于传感器模型子模块1023输出的传感器数据与用户输入，计算得出电机控制信号，并将该电机控制信号发送至飞行器运动数学模型子模块1022；飞行器运动数学模型子模块1022则基于该电机控制信号以及物理碰撞数学模型子模块1025输出的环境干扰，计算得出当前采样时刻的飞行器状态数据，并将该当前采样时刻的飞行器状态数据发送至传感器模型子模块1023以及飞行器外观模型子模块1024，其中，物理碰撞数学模型子模块1025是在检测到虚拟飞行器与所述虚拟环境中的虚拟物发生碰撞时，计算得出作用于虚拟飞行器的环境干扰，并将该环境干扰发送至飞行器运动数学模型子模块1022的；传感器模型子模块1023则基于该当前采样时刻的飞行状态数据以及环境模型模块101输出的环境数据计算得出传感器数据，并将该传感器数据输出至飞行控制模块子模块1021；飞行器外观模型子模块1024则可以基于该当前时刻的飞行状态数据对图4所示例的多旋翼飞行器的三维外观模型的位置和朝向进行调整，将图4所示例的多旋翼飞行器的三维外 观模型以三维图像的方式输出，以反馈给用户；至此，完成一次仿真流程。后续，在下一仿真流程中，飞行控制模型子模块1021则基于最新的传感器数据与当前用户输入，重新计算得出电机控制信号，并输出至飞行器运动数学模型子模块1022，以继续下一仿真流程。
为了使得本领域技术人员可以更加清晰地了解图6所示例的无人机仿真飞行系统的在环仿真流程，示出如下图7，图7为本发明飞行器软件仿真交互系统的另一个模块框图，图7在上述图5所示例的飞行器软件仿真交互系统的基础上，增加了物理碰撞数学模型模块504。
首先说明，在图7中，单向箭头表示控制流的走向，双向箭头则表示数据流的走向。
在图7中，用户输入模块501所实现的功能则为获取用户输入的控制参数，具体的，可参见上述图1所示示例中的相关描述，在此不再详述；结合图6所示例的无人机仿真飞行系统，飞行器软件在环仿真模块502所实现的功能则为基于用户输入模块501输出的控制流计算得出当前仿真流程的仿真结果，并将当前的仿真结果保存在当前的飞行器状态数据中，以便在执行下一个仿真流程时，基于飞行器状态数据，也即前一仿真流程的仿真结果继续迭代出新的仿真结果，实现仿真循环；同时，飞行器软件在环仿真模块502还基于上述当前仿真流程的仿真结果，向物理碰撞数学模型模块504输出控制流，使得物理碰撞数学模型模块504在仿真流程中持续监测虚拟飞行器位置是否与虚拟环境中其他物体发生空间重叠，一旦检测到空间重叠，则会给出发生碰撞这一结果，并计算得出作用于虚拟飞行器的环境干扰，将该环境干扰保存在飞行器状态数据中，以将环境干扰反馈至飞行器软件在环仿真模块502，使得飞行器软件在环仿真模块502基于环境干扰调整飞行器状态数据，实现仿真循环；同时，物理碰撞数学模型模块504向飞行器外观模型503输出控制流，飞行器外观模型503则根据飞行器状态数据调整图4所示例的多旋翼飞行器的三维外观模型的位置和朝向，并将图4所示例的多旋翼飞行器的三维外观模型以三维图像的方式进行显示，以反馈给用户；同时，飞行器外观模型模块503还将多旋翼飞行器的飞行状态保存在当前的飞行器状态数据中，以将多旋翼飞行器当前的飞行状态反馈至飞行器软件在环仿真模块502，实现仿真循环。
至此完成图6所示实施例的描述。
此外，在本发明中，需要说明的是，图3和图6所示例的飞行器模型模块102中各个子模块的运算结果是根据飞行器状态数据进行实时更新的。
基于与上述无人机仿真飞行系统同样的发明构思，本发明实施例中还提供一种无人机仿真飞行方法，如图8所示，为本发明实施例无人机仿真飞行方法的一个实施例流程图，该方法包括以下步骤：
步骤801：模拟虚拟环境，并计算得出虚拟环境的环境数据。
在一实施例中，环境数据可以包括虚拟飞行器所处虚拟位置的地球磁场强度、虚拟飞行器所处虚拟位置的气压、虚拟飞行器受到的风力、等等数据中的至少一项。
在一实施例中，可以基于飞行器状态数据，计算得出虚拟环境的环境数据。
步骤802：基于用户操作与环境数据控制虚拟飞行器。
在一实施例中，可以基于传感器数据与基于用户操作而输入的控制参数，计算得出用于控制虚拟飞行器的电机控制信号，该控制参数可以包括：副翼舵、升降舵、方向舵、油门、飞控模式，其中，飞控模式可以包括：手动控制模式、姿态控制模式、定点控制模式、航线飞行控制模式、指点飞行控制模式；该传感器数据可以包括以下至少一项：加速度计测量值、陀螺仪测量值、三维磁场强度测量值、气压计测量值、超声波传感器测量值、虚拟飞行器所处虚拟位置的经纬度、虚拟飞行器的运动速度；电机控制信号可以包括PWM信号，以控制虚拟飞行器电机的转速。
在一实施例中，可以基于电机控制信号，计算得出用于控制虚拟飞行器的当前采样时刻的飞行器状态数据，该飞行状态数据可以包括以下至少一项：虚拟飞行器的空间位置、速度、加速度、姿态角、姿态角速度、姿态角加速度、电机转速、螺旋桨转速。
在一实施例中，可以基于环境数据与前一采样时刻的飞行器状态数据得到用于控制虚拟飞行器的传感器数据。
在一实施例中，基于当前时刻的飞行状态数据输出虚拟飞行器的三维图像。
此外，在本发明实施例中，在检测到虚拟飞行器与虚拟环境中的虚拟物发生碰撞时，计算得出作用与虚拟飞行器的环境干扰，进一步的，可以根据电机控制信号与环境干扰，共同计算得出用于控制虚拟飞行器的当前采样时刻的飞行器状态数据。
在一实施例中，在检测到虚拟飞行器与虚拟环境中的虚拟物发生碰撞时，基于所述虚拟飞行器在所述碰撞时刻的速度、所述虚拟飞行器的质量、所述虚拟飞行器与所述虚拟物之间的碰撞点的空间位置、所述碰撞点的法向量、所述碰撞点的弹性系数中的至少一项，计算得出所述虚拟飞行器与所述虚拟物发生碰撞时的碰撞力与碰撞力的力矩，将所述碰撞力与所述碰撞力的力矩作为作用于虚拟飞行器的环境干扰。
对于方法实施例而言，由于其基本对应于上述所描述的系统实施例，所以相关之处参见系统实施例的部分说明即可。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离 部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
至此完成对本发明实施例提供的无人机仿真飞行方法的描述。
基于与上述系统同样的发明构思，本发明实施例中还提供一种无人机仿真飞行设备，如图9所示，该无人机仿真飞行设备900包括：处理器910、控制器920；该处理器910用于：模拟虚拟环境，并计算得出所述虚拟环境的环境数据；该控制器920，用于基于用户操作与所述环境数据控制虚拟飞行器。
在一实施例中，处理器910具体用于下述至少一项：基于虚拟飞行器所处虚拟位置，计算得出所述虚拟位置的地球磁场强度；基于所述虚拟飞行器所处虚拟位置的高度，计算得出所述虚拟位置的气压；基于所述虚拟环境中风力的大小，计算得出所述虚拟飞行器受到的风力。
在一实施例中，控制器920用于：基于传感器数据与基于用户操作而输入的控制参数，计算得出用于控制虚拟飞行器的电机控制信号。
在一实施例中，控制器920用于：基于电机控制信号，计算得出用于控制虚拟飞行器的当前采样时刻的飞行器状态数据。
在一实施例中，控制器920用于：基于环境数据与前一采样时刻的飞行器状态数据得到用于控制虚拟飞行器的传感器数据。
在一实施例中，处理器910用于：模拟虚拟环境，基于飞行器状态数据，计算得出所述虚拟环境的环境数据。
在一实施例中，处理器910还用于：在检测到虚拟飞行器与虚拟环境中的虚拟物发生碰撞时，计算得出作用于所述虚拟飞行器的环境干扰。
在一实施例中，控制器920用于：根据电机控制信号与所述环境干扰，计算得出用于控制虚拟飞行器的当前采样时刻的飞行器状态数据。
在一实施例中，控制器920用于：基于当前时刻的飞行器状态数据输出虚拟飞行器的三维图像。
在一实施例中，所述传感器数据包括下述至少一个：加速度计测量值、陀螺仪测量值、 三维磁场强度测量值、气压计测量值、超声波传感器测量值、虚拟飞行器所处虚拟位置的经纬度、虚拟飞行器的运动速度。
在一实施例中，所述控制参数包括下述至少一个：副翼舵、升降舵、方向舵、油门、飞控模式。
在一实施例中，所述飞控模式包括下述至少一个：手动控制模式、姿态控制模式、定点控制模式、航线飞行控制模式、指点飞行控制模式。
在一实施例中，所述飞行器状态数据包括下述至少一个：所述虚拟飞行器的空间位置、速度、加速度、姿态角、姿态角速度、姿态角加速度、电机转速、螺旋桨转速。
在一实施例中，控制器920用于：在检测到虚拟飞行器与虚拟环境中的虚拟物发生碰撞时，基于所述虚拟飞行器在所述碰撞时刻的速度、所述虚拟飞行器的质量、所述虚拟飞行器与所述虚拟物之间的碰撞点的空间位置、所述碰撞点的法向量、所述碰撞点的弹性系数中的至少一项，计算得出所述虚拟飞行器与所述虚拟物发生碰撞时的碰撞力与碰撞力的力矩，将所述碰撞力与所述碰撞力的力矩作为作用于虚拟飞行器的环境干扰；
根据电机控制信号与所述环境干扰，计算得出用于控制虚拟飞行器的当前采样时刻的飞行器状态数据。
至此完成对本发明实施例提供的无人机仿真飞行设备的描述。
基于与上述系统同样的发明构思，本发明实施例中还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有若干计算机指令，所述计算机指令被执行时进行如下处理：模拟虚拟环境，并计算得出所述虚拟环境的环境数据；基于用户操作与所述环境数据控制虚拟飞行器。
在一实施例中，所述计算得出所述虚拟环境的环境数据的过程中，所述计算机指令被执行时至少进行下述至少一项处理：基于虚拟飞行器所处虚拟位置，计算得出所述虚拟位置的地球磁场强度；基于所述虚拟飞行器所处虚拟位置的高度，计算得出所述虚拟位置的气压；基于所述虚拟环境中风力的大小，计算得出所述虚拟飞行器受到的风力。
在一实施例中，所述基于用户操作与所述虚拟环境控制虚拟飞行器的过程中，所述计算机指令被执行时进行下述处理：基于传感器数据与基于用户操作而输入的控制参数，计算得出用于控制虚拟飞行器的电机控制信号。
在一实施例中，所述基于用户操作与所述虚拟环境控制虚拟飞行器的过程中，所述计算 机指令被执行时进行下述处理：基于电机控制信号，计算得出用于控制虚拟飞行器的当前采样时刻的飞行器状态数据。
在一实施例中，所述基于用户操作与所述虚拟环境控制虚拟飞行器的过程中，所述计算机指令被执行时进行下述处理：基于环境数据与前一采样时刻的飞行器状态数据得到用于控制虚拟飞行器的传感器数据。
在一实施例中，所述模拟虚拟环境，并计算得出所述虚拟环境的环境数据的过程中，所述计算机指令被执行时进行下述处理：模拟虚拟环境，基于飞行器状态数据，计算得出所述虚拟环境的环境数据。
在一实施例中，所述计算机指令被执行时还进行如下处理：在检测到虚拟飞行器与虚拟环境中的虚拟物发生碰撞时，计算得出作用于所述虚拟飞行器的环境干扰。
在一实施例中，所述基于用户操作与所述虚拟环境控制虚拟飞行器的过程中，所述计算机指令被执行时进行下述处理：根据电机控制信号与所述环境干扰，计算得出用于控制虚拟飞行器的当前采样时刻的飞行器状态数据。
在一实施例中，所述基于用户操作与所述虚拟环境控制虚拟飞行器的过程中，所述计算机指令被执行时进行下述处理：基于当前时刻的飞行器状态数据输出虚拟飞行器的三维图像。
在一实施例中，所述传感器数据包括下述至少一个：加速度计测量值、陀螺仪测量值、三维磁场强度测量值、气压计测量值、超声波传感器测量值、虚拟飞行器所处虚拟位置的经纬度、虚拟飞行器的运动速度。
在一实施例中，所述控制参数包括下述至少一个：副翼舵、升降舵、方向舵、油门、飞控模式。
在一实施例中，所述飞控模式包括下述至少一个：手动控制模式、姿态控制模式、定点控制模式、航线飞行控制模式、指点飞行控制模式。
在一实施例中，所述飞行器状态数据包括下述至少一个：所述虚拟飞行器的空间位置、速度、加速度、姿态角、姿态角速度、姿态角加速度、电机转速、螺旋桨转速。
在一实施例中，所述基于用户操作与所述虚拟环境控制虚拟飞行器的过程中，所述计算机指令被执行时进行下述处理：在检测到虚拟飞行器与虚拟环境中的虚拟物发生碰撞时，基于所述虚拟飞行器在所述碰撞时刻的速度、所述虚拟飞行器的质量、所述虚拟飞行器与所 述虚拟物之间的碰撞点的空间位置、所述碰撞点的法向量、所述碰撞点的弹性系数中的至少一项，计算得出所述虚拟飞行器与所述虚拟物发生碰撞时的碰撞力与碰撞力的力矩，将所述碰撞力与所述碰撞力的力矩作为作用于虚拟飞行器的环境干扰；
根据电机控制信号与所述环境干扰，计算得出用于控制虚拟飞行器的当前采样时刻的飞行器状态数据。
至此完成对本发明实施例提供的机器可读存储介质的描述。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明实施例所提供的系统、方法、设备，以及机器可读存储介质进行了详细介绍，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，对于本领域的一般技术人员，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 (57)

  1. 一种无人机仿真飞行系统，其特征在于，所述系统包括：环境模型模块、飞行器模型模块；其中，
    所述环境模型模块，用于模拟虚拟环境，并计算得出所述虚拟环境的环境数据；
    所述飞行器模型模块，用于基于用户操作与所述环境数据控制虚拟飞行器。
  2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述环境模型模块包括下述至少一个：
    地磁强度计算子模块、气压计算子模块、风力计算子模块；其中，
    所述地磁强度计算子模块，用于基于虚拟飞行器所处虚拟位置，计算得出所述虚拟位置的地球磁场强度；
    所述气压计算子模块，用于基于所述虚拟飞行器所处虚拟位置的高度，计算得出所述虚拟位置的气压；
    所述风力计算子模块，用于基于所述虚拟环境中风力的大小，计算得出所述虚拟飞行器受到的风力。
  3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述飞行器模型模块包括：飞行控制模型子模块、飞行器运动数学模型子模块、传感器模型子模块；
    所述飞行控制模型子模块，用于基于所述传感器模型子模块输出的传感器数据与基于用户操作而输入的控制参数，计算得出电机控制信号，并将所述电机控制信号发送至所述飞行器运动数学模型子模块。
  4. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述飞行器模型模块包括：飞行控制模型子模块、飞行器运动数学模型子模块、传感器模型子模块；
    所述飞行器运动数学模型子模块，用于基于所述飞行控制模型子模块输出的电机控制信号，计算得出当前采样时刻的飞行器状态数据，并将所述当前采样时刻的飞行器状态数据发送至所述传感器模型子模块。
  5. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述飞行器模型模块包括：传感器模型子模块、飞行控制模型子模块；
    所述传感器模型子模块，用于基于所述环境模型模块输出的所述环境数据与前一采样时刻的飞行器状态数据得到传感器数据，并将所述传感器数据发送至所述飞行控制模型子模块。
  6. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述飞行器模型模块包括：飞行器运动数学模型子模块、传感器模型子模块；
    所述环境模型，用于模拟虚拟环境，并基于所述飞行器运动数学模型子模块输出的飞行 器状态数据，计算得出所述虚拟环境的环境数据，并将所述环境数据发送至所述传感器模型子模块。
  7. 根据权利要求4或6所述的系统，其特征在于，所述飞行器模型模块还包括：物理碰撞数学模型子模块；
    所述物理碰撞数学模型子模块，用于在检测到虚拟飞行器与所述虚拟环境中的虚拟物发生碰撞时，计算得出作用于所述虚拟飞行器的环境干扰，并将所述环境干扰发送至所述飞行器运动数学模型子模块。
  8. 根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述飞行器运动数学模型子模块，具体用于：基于所述飞行控制模型子模块输出的电机控制信号与所述环境干扰，计算得出当前采样时刻的飞行器状态数据，并将所述当前采样时刻的飞行器状态数据发送至所述传感器模型子模块。
  9. 根据权利要求1～8任一所述的系统，其特征在于，所述飞行器模型模块还包括：飞行器外观模型子模块；
    所述飞行器外观模型子模块，用于基于所述飞行器运动数学模型子模块输出的当前时刻的飞行器状态数据输出虚拟飞行器的三维图像。
  10. 根据权利要求1～9任一所述的系统，其特征在于，所述飞行器模型模块中保存有飞行器状态数据；
    所述飞行器模型模块中各个子模块的运算结果根据所述飞行器内部状态数据进行实时更新。
  11. 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述传感器数据包括下述至少一个：
    加速度计测量值、陀螺仪测量值、三维磁场强度测量值、气压计测量值、超声波传感器测量值、虚拟飞行器所处虚拟位置的经纬度、虚拟飞行器的运动速度。
  12. 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制参数包括下述至少一个：
    副翼舵、升降舵、方向舵、油门、飞控模式。
  13. 根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述飞控模式包括下述至少一个：
    手动控制模式、姿态控制模式、定点控制模式、航线飞行控制模式、指点飞行控制模式。
  14. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述飞行器状态数据包括下述至少一个：
    所述虚拟飞行器的空间位置、速度、加速度、姿态角、姿态角速度、姿态角加速度、电机转速、螺旋桨转速。
  15. 根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述物理碰撞数学模型子模块具体用于： 在检测到虚拟飞行器与虚拟环境中的虚拟物发生碰撞时，基于所述虚拟飞行器在所述碰撞时刻的速度、所述虚拟飞行器的质量、所述虚拟飞行器与所述虚拟物之间的碰撞点的空间位置、所述碰撞点的法向量、所述碰撞点的弹性系数中的至少一项，计算得出所述虚拟飞行器与所述虚拟物发生碰撞时的碰撞力与碰撞力的力矩，将所述碰撞力与所述碰撞力的力矩作为作用于虚拟飞行器的环境干扰；并将所述环境干扰发送至所述飞行器运动数学模型子模块。
  16. 一种无人机仿真飞行方法，其特征在于，所述方法包括：
    模拟虚拟环境，并计算得出所述虚拟环境的环境数据；
    基于用户操作与所述环境数据控制虚拟飞行器。
  17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述计算得出所述虚拟环境的环境数据，包括下述至少一项：
    基于虚拟飞行器所处虚拟位置，计算得出所述虚拟位置的地球磁场强度；
    基于所述虚拟飞行器所处虚拟位置的高度，计算得出所述虚拟位置的气压；
    基于所述虚拟环境中风力的大小，计算得出所述虚拟飞行器受到的风力。
  18. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述基于用户操作与所述环境数据控制虚拟飞行器，包括：
    基于传感器数据与基于用户操作而输入的控制参数，计算得出用于控制虚拟飞行器的电机控制信号。
  19. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述基于用户操作与所述环境数据控制虚拟飞行器，包括：
    基于电机控制信号，计算得出用于控制虚拟飞行器的当前采样时刻的飞行器状态数据。
  20. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述基于用户操作与所述环境数据控制虚拟飞行器，包括：
    基于环境数据与前一采样时刻的飞行器状态数据得到用于控制虚拟飞行器的传感器数据。
  21. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述模拟虚拟环境，并计算得出所述虚拟环境的环境数据，包括：
    模拟虚拟环境，基于飞行器状态数据，计算得出所述虚拟环境的环境数据。
  22. 根据权利要求19或21所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
    在检测到虚拟飞行器与虚拟环境中的虚拟物发生碰撞时，计算得出作用于所述虚拟飞行器的环境干扰。
  23. 根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述基于用户操作与所述环境数据控制虚拟飞行器，包括：
    根据电机控制信号与所述环境干扰，计算得出用于控制虚拟飞行器的当前采样时刻的飞行器状态数据。
  24. 根据权利要求16～23任一所述的方法，其特征在于，所述基于用户操作与所述环境数据控制虚拟飞行器，包括：
    基于当前时刻的飞行器状态数据输出虚拟飞行器的三维图像。
  25. 根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述传感器数据包括下述至少一个：
    加速度计测量值、陀螺仪测量值、三维磁场强度测量值、气压计测量值、超声波传感器测量值、虚拟飞行器所处虚拟位置的经纬度、虚拟飞行器的运动速度。
  26. 根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述控制参数包括下述至少一个：
    副翼舵、升降舵、方向舵、油门、飞控模式。
  27. 根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述飞控模式包括下述至少一个：
    手动控制模式、姿态控制模式、定点控制模式、航线飞行控制模式、指点飞行控制模式。
  28. 根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述飞行器状态数据包括下述至少一个：
    所述虚拟飞行器的空间位置、速度、加速度、姿态角、姿态角速度、姿态角加速度、电机转速、螺旋桨转速。
  29. 根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述基于用户操作与所述环境数据控制虚拟飞行器，包括：
    在检测到虚拟飞行器与虚拟环境中的虚拟物发生碰撞时，基于所述虚拟飞行器在所述碰撞时刻的速度、所述虚拟飞行器的质量、所述虚拟飞行器与所述虚拟物之间的碰撞点的空间位置、所述碰撞点的法向量、所述碰撞点的弹性系数中的至少一项，计算得出所述虚拟飞行器与所述虚拟物发生碰撞时的碰撞力与碰撞力的力矩，将所述碰撞力与所述碰撞力的力矩作为作用于虚拟飞行器的环境干扰；
    根据电机控制信号与所述环境干扰，计算得出用于控制虚拟飞行器的当前采样时刻的飞行器状态数据。
  30. 一种无人机仿真飞行设备，其特征在于，所述设备包括：
    处理器，用于模拟虚拟环境，并计算得出所述虚拟环境的环境数据；
    控制器，用于基于用户操作与所述环境数据控制虚拟飞行器。
  31. 根据权利要求30所述的设备，其特征在于，所述处理器用于下述至少一项：
    基于虚拟飞行器所处虚拟位置，计算得出所述虚拟位置的地球磁场强度；
    基于所述虚拟飞行器所处虚拟位置的高度，计算得出所述虚拟位置的气压；
    基于所述虚拟环境中风力的大小，计算得出所述虚拟飞行器受到的风力。
  32. 根据权利要求30所述的设备，其特征在于，所述控制器用于：
    基于传感器数据与基于用户操作而输入的控制参数，计算得出用于控制虚拟飞行器的电机控制信号。
  33. 根据权利要求30所述的设备，其特征在于，所述控制器用于：
    基于电机控制信号，计算得出用于控制虚拟飞行器的当前采样时刻的飞行器状态数据。
  34. 根据权利要求30所述的设备，其特征在于，所述控制器用于：
    基于环境数据与前一采样时刻的飞行器状态数据得到用于控制虚拟飞行器的传感器数据。
  35. 根据权利要求30所述的设备，其特征在于，所述处理器用于：
    模拟虚拟环境，基于飞行器状态数据，计算得出所述虚拟环境的环境数据。
  36. 根据权利要求33或35所述的设备，其特征在于，所述处理器还用于：
    在检测到虚拟飞行器与虚拟环境中的虚拟物发生碰撞时，计算得出作用于所述虚拟飞行器的环境干扰。
  37. 根据权利要求36所述的设备，其特征在于，所述控制器用于：
    根据电机控制信号与所述环境干扰，计算得出用于控制虚拟飞行器的当前采样时刻的飞行器状态数据。
  38. 根据权利要求30～37任一所述的设备，其特征在于，所述控制器用于：
    基于当前时刻的飞行器状态数据输出虚拟飞行器的三维图像。
  39. 根据权利要求31所述的设备，其特征在于，所述传感器数据包括下述至少一个：
    加速度计测量值、陀螺仪测量值、三维磁场强度测量值、气压计测量值、超声波传感器测量值、虚拟飞行器所处虚拟位置的经纬度、虚拟飞行器的运动速度。
  40. 根据权利要求31所述的设备，其特征在于，所述控制参数包括下述至少一个：
    副翼舵、升降舵、方向舵、油门、飞控模式。
  41. 根据权利要求40所述的设备，其特征在于，所述飞控模式包括下述至少一个：
    手动控制模式、姿态控制模式、定点控制模式、航线飞行控制模式、指点飞行控制模式。
  42. 根据权利要求32所述的设备，其特征在于，所述飞行器状态数据包括下述至少一个：
    所述虚拟飞行器的空间位置、速度、加速度、姿态角、姿态角速度、姿态角加速度、电 机转速、螺旋桨转速。
  43. 根据权利要求35所述的设备，其特征在于，所述控制器用于：
    在检测到虚拟飞行器与虚拟环境中的虚拟物发生碰撞时，基于所述虚拟飞行器在所述碰撞时刻的速度、所述虚拟飞行器的质量、所述虚拟飞行器与所述虚拟物之间的碰撞点的空间位置、所述碰撞点的法向量、所述碰撞点的弹性系数中的至少一项，计算得出所述虚拟飞行器与所述虚拟物发生碰撞时的碰撞力与碰撞力的力矩，将所述碰撞力与所述碰撞力的力矩作为作用于虚拟飞行器的环境干扰；
    根据电机控制信号与所述环境干扰，计算得出用于控制虚拟飞行器的当前采样时刻的飞行器状态数据。
  44. 一种机器可读存储介质，其特征在于，所述机器可读存储介质上存储有若干计算机指令，所述计算机指令被执行时进行如下处理：
    模拟虚拟环境，并计算得出所述虚拟环境的环境数据；
    基于用户操作与所述环境数据控制虚拟飞行器。
  45. 根据权利要求44所述的机器可读存储介质，其特征在于，所述计算得出所述虚拟环境的环境数据的过程中，所述计算机指令被执行时至少进行下述至少一项处理：
    基于虚拟飞行器所处虚拟位置，计算得出所述虚拟位置的地球磁场强度；
    基于所述虚拟飞行器所处虚拟位置的高度，计算得出所述虚拟位置的气压；
    基于所述虚拟环境中风力的大小，计算得出所述虚拟飞行器受到的风力。
  46. 根据权利要求44所述的机器可读存储介质，其特征在于，所述基于用户操作与所述虚拟环境控制虚拟飞行器的过程中，所述计算机指令被执行时进行下述处理：
    基于传感器数据与基于用户操作而输入的控制参数，计算得出用于控制虚拟飞行器的电机控制信号。
  47. 根据权利要求44所述的机器可读存储介质，其特征在于，所述基于用户操作与所述虚拟环境控制虚拟飞行器的过程中，所述计算机指令被执行时进行下述处理：
    基于电机控制信号，计算得出用于控制虚拟飞行器的当前采样时刻的飞行器状态数据。
  48. 根据权利要求44所述的机器可读存储介质，其特征在于，所述基于用户操作与所述虚拟环境控制虚拟飞行器的过程中，所述计算机指令被执行时进行下述处理：
    基于环境数据与前一采样时刻的飞行器状态数据得到用于控制虚拟飞行器的传感器数据。
  49. 根据权利要求44所述的机器可读存储介质，其特征在于，所述模拟虚拟环境，并计 算得出所述虚拟环境的环境数据的过程中，所述计算机指令被执行时进行下述处理：
    模拟虚拟环境，基于飞行器状态数据，计算得出所述虚拟环境的环境数据。
  50. 根据权利要求47或49所述的机器可读存储介质，其特征在于，所述计算机指令被执行时还进行如下处理：
    在检测到虚拟飞行器与虚拟环境中的虚拟物发生碰撞时，计算得出作用于所述虚拟飞行器的环境干扰。
  51. 根据权利要求50所述的机器可读存储介质，其特征在于，所述基于用户操作与所述虚拟环境控制虚拟飞行器的过程中，所述计算机指令被执行时进行下述处理：
    根据电机控制信号与所述环境干扰，计算得出用于控制虚拟飞行器的当前采样时刻的飞行器状态数据。
  52. 根据权利要求44～51任一所述的机器可读存储介质，其特征在于，所述基于用户操作与所述虚拟环境控制虚拟飞行器的过程中，所述计算机指令被执行时进行下述处理：
    基于当前时刻的飞行器状态数据输出虚拟飞行器的三维图像。
  53. 根据权利要求45所述的机器可读存储介质，其特征在于，所述传感器数据包括下述至少一个：
    加速度计测量值、陀螺仪测量值、三维磁场强度测量值、气压计测量值、超声波传感器测量值、虚拟飞行器所处虚拟位置的经纬度、虚拟飞行器的运动速度。
  54. 根据权利要求45所述的机器可读存储介质，其特征在于，所述控制参数包括下述至少一个：
    副翼舵、升降舵、方向舵、油门、飞控模式。
  55. 根据权利要求54所述的机器可读存储介质，其特征在于，所述飞控模式包括下述至少一个：
    手动控制模式、姿态控制模式、定点控制模式、航线飞行控制模式、指点飞行控制模式。
  56. 根据权利要求46所述的机器可读存储介质，其特征在于，所述飞行器状态数据包括下述至少一个：
    所述虚拟飞行器的空间位置、速度、加速度、姿态角、姿态角速度、姿态角加速度、电机转速、螺旋桨转速。
  57. 根据权利要求49所述的机器可读存储介质，其特征在于，所述基于用户操作与所述虚拟环境控制虚拟飞行器的过程中，所述计算机指令被执行时进行下述处理：
    在检测到虚拟飞行器与虚拟环境中的虚拟物发生碰撞时，基于所述虚拟飞行器在所述碰 撞时刻的速度、所述虚拟飞行器的质量、所述虚拟飞行器与所述虚拟物之间的碰撞点的空间位置、所述碰撞点的法向量、所述碰撞点的弹性系数中的至少一项，计算得出所述虚拟飞行器与所述虚拟物发生碰撞时的碰撞力与碰撞力的力矩，将所述碰撞力与所述碰撞力的力矩作为作用于虚拟飞行器的环境干扰；
    根据电机控制信号与所述环境干扰，计算得出用于控制虚拟飞行器的当前采样时刻的飞行器状态数据。
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