无人机航路规划及视景仿真系统设计与实现

为提升无人机自主任务执行能力,对飞行特性、任务执行能力进行预演仿真,以减少实际试验投入、降低研制风险、缩短研发周期。针对某型无人机的飞行特性,开发了一套交互式无人机航路规划及视景仿真系统,解决了复杂飞行环境建模、三维空间大范围航路规划及大场景、真实环境三维场景建立等关键问题,实现对无人机的三维航路规划、视景仿真等功能,该系统是无人机模拟仿真系统的重要组成部分。仿真结果表明:该系统航路规划模块能适应不同环境的需求,规划速度快、规划结果准确,三维视景中直观显示无人机三维飞行特性,三维场景震撼真实,操作交互方便,可满足无人机任务飞行的航路规划及模拟验证等需求。     

地面站视景仿真系统的设计与优化

为了能更直观形象地展现无人机的飞行状态及攻击目标的效果,提高地面站操纵人员的操作效率,开发了无人机地面站三维视景仿真系统.论述了无人机地面站三维视景系统的设计方法,给出了系统总体结构图,研究了基于Vega Prime视景仿真软件的三维视景系统开发流程,以及如何采用大地形动态分页调度、独立通信线程等先进技术,重点解决了大场景下视景仿真刷新率低的难点.软件设计中引入多线程编程思想,详述了每个线程的具体实现,极大优化了程序性能.     

多机空战战法训练飞行视景仿真系统研究

多机空战战法训练设备研制是适应大规模分布式空战仿真训练的必然趋势.分析了战法训练的虚拟现实技术应用及其优势,对多机空战战法训练设备中飞机仿真平台的功能模型、视景流程和帧渲染顺序进行了总体设计.通过三维建模、虚拟场景配置、虚拟场景实时驱动三个步骤对视景系统进行实现,开发出一套适用于多机空战战法训练的飞行视景仿真系统.测试结果表明,所建立的飞行仿真视景系统能够满足飞行战法训练的要求.     

直升机视景仿真及座舱仪表显示系统实现

以开发一套直升机飞行视景仿真系统为目的,提出了一种基于Multigen Creator和Vega软件的三维视景仿真系统解决方案.利用三维图形开发软件Creator对座舱仪表模型进行可视化建模,使用自由度设置(DOF)技术实现仪表指针的动态交互.将模型加载到Vega的环境中,在VC++环境下,基于MFC实现了仪表的驱动程序,给出了具体的实现方法,设计了座舱仪表仿真界面.最后在Vega场景中仿真直升机的飞行状态,直观形象地反映直升机的飞行特性.实际仿真显示,该视是景系统的仿真效果形象逼真,令人满意.     

船舶运动视景仿真系统设计与实现

针对研究船舶各种运动状态,为有效验证控制器的功能提供有效平台。采用船舶运动可视化,对视景仿真系统进行开发,对各种常见的建模和驱动技术进行了重点研究。提出了船舶运动视景仿真系统的整体设计方案及流程,利用建模软件Creator建立了逼真的三维船舶实体模型,采用DOF节点技术建立了舵\翼舵、鳍\翼鳍及螺旋桨的活动模型;解决了视景仿真系统开发中的视点切换、多通道显示、仿真数据加载等关键问题;基于VC++集成开发环境和Vega API编程技术开发了系统。三维仿真结果表明系统具有较好交互性和逼真度,为船舶运动特性研究提供了可靠手段。     

无人机自主飞行三维可视化视景仿真

无人机在飞行过程中会产生大量复杂的数据,正因这些数据不易被理解使得研究人员不能直接对无人机的飞行过程做出判断分析。据此,将无人机自主飞行和三维可视化技术结合起来研究,基于三维建模工具MultiGen Creator和三维视景系统软件MultiGen Vega创建无人机三维模型和地形数据库,并完成无人机飞行环境的设置和视景驱动程序的编写。最终以一种直观的形式实时动态地再现了无人机自主飞行全过程,仿真效果理想。研究人员可根据仿真效果图直接做出判断分析,在很大程度上提高工作效率。     

Vega开发无人机模拟飞行视景系统

"某型无人机模拟飞行系统"是一个用于模拟无人机飞行的全任务试飞仿真系统,而视景系统作为整个仿真系统的终端显示平台,其开发的优劣直接影响到整个系统的综合性能;针对传统视景系统建模周期慢、仿真效果差等特点,提出了一种利用仿真软件Vega开发视景系统的方法,使用Creator中的"贯通面"、LOD、DOF技术建立了逼真的无人机和地景模型,Lynx搭建底层模型文件,基于MFC的Vega编程控制无人机位姿、视点、舵面偏转等,至此完成无人机视景系统的驱动;无人机试飞实验证明,该视景系统取得了比传统视景系统更好的效果。     

基于Vega Prime的飞行复现仿真系统设计

将视景仿真技术应用于飞机的飞行复现仿真分析,为飞行员提供了飞行训练时的真实世界景象和场景的渲染效果,对于提高飞行训练效果具有重要的作用。文章基于Vega Prime开展飞行训练视景仿真系统研究,对视景仿真系统中的关键技术开展了研究,实现了飞行过程的复现、作战轰炸过程的再现,并对对地攻击结果给出评估。     

飞行视景仿真系统研究与实现

针对视景仿真系统开发费用大、周期长的缺陷,提出了一种利用开源的Irrlicht图形渲染引擎的开发方法.首先,基于飞机六自由度运动模型,提出了Irrlicht环境中飞行运动数学表示和C++语言描述方法;通过对Irrlicht的二次开发,构建了交互式飞行视景仿真系统的模块化功能结构,仿真了一个逼真的飞行三维视景.基于以上设计,通过键盘输入命令来改变飞行状态,从而驱动Irrlicht图形渲染引擎,最终实现了飞机运动的交互式飞行视景仿真系统.通过试验可以证明,飞行视景仿真系统具有良好的交互性和实时性,可扩展性强,开发周期短,系统建设简单,使用方便等优点.     

无人机视景仿真平台设计与实现

在Visual Studio开发环境下,利用DirectX 9.0设计并实现了无人机视景仿真平台;仿真平台的通信系统可通过多种通信方式获取仿真数据;根据DirectX中3D仿真技术特点以及无人机视景仿真需求,设计并实现了无人机在DirectX世界坐标系中的姿态变换方法;根据无人机视景仿真特点,设计了虚拟摄像机视场角控制方法;仿真平台仿真效果生动逼真且运行稳定,具有很强的实用价值,在无人机研制过程中起到了重要作用。     

基于Multigen的无人机任务飞行仿真系统

介绍基于Multigen仿真软件Multigen Creator, Creator Terrain Studio和Vega Prime的无人机任务飞行仿真系统,在Vega Prime中建立无人机的飞行控制运动函数,实现无人机模型在虚拟仿真场景中的六自由度运动。基于.NET 2003环境下多线程编程技术和SBS网络数据传输,实现该系统的实时应用。仿真结果表明该系统能较好地模拟无人机作战飞行任务。     

Trajectory planning and trajectory tracking for a small-scale helicopter in autorotation

The design of a high-performance guidance and control system for a small-scale helicopterUnmanned Aerial Vehicle (UAV), with an engine OFF flight condition (i.e. autorotation), is known to be a challenging task. It is the purpose of this paper to present a Trajectory Planning (TP) and Trajectory Tracking (TT) system, having onlinecomputational tractability. The presented Flight Control System (FCS) is anchored within the aggregated paradigms of differential flatness based optimal planning, and robust control based tracking. In particular the first real-time feasible, model-based TP and model-based TT, for a small-scale helicopter in autorotation is being demonstrated using a high-fidelity, high-order, nonlinear helicopter simulation.     

无人机仿真训练系统

为了满足无人机地面操纵人员的训练需求,以某新型无人机为应用背景设计并实现了一种“无人机仿真训练系统”,该文介绍了该系统的构成及其在计算机上的实现过程,并提出了运用小波分析的方法对飞行数据进行滤波。该系统集指挥控制、链路通信、飞控模块、任务载荷及视景显示于一体,重现了无人机操纵人员控制该新型无人机的全过程。对于训练操纵人员,该“无人机仿真训练系统”是一种缩短培训周期,减少费用,更为先进的训练方法。该系统的研制成功,对于提高训练无人机操纵人员的效率和扩大新型无人机的广泛应用具有重要意义。     

无人机编队飞行视景仿真关键技术研究

针对真实无人机编队飞行实验成本及风险较高的问题,提出一种基于Vega的虚拟验证平台,以克服OpenGL等视景开发工具代码可移植性较差、执行效率较低等缺点。分析无人机编队飞行视景仿真的系统需求,采用Vega的三维模型驱动与MFC灵活控制相结合的方法,研究多机飞行中的协同机制、仿真数据通信、编队飞行的实时控制、显示、记录与回放等编队仿真技术。结果证明,该虚拟验证平台仿真度高、实时性好、可移植性强、数据传输可靠。     

无人机PCA故障检测与诊断技术研究

无人机（UAV）飞控系统传感器故障检测和诊断常采用基于解析模型的方法,但飞行控制系统（FCS）的精确数学模型往往获取困难。针对此问题,提出了一种UAV-PCA算法。该算法在传统主成分分析（PCA）方法的基础上结合方差敏感自适应阈值的故障检测方法和基于特征方向的故障诊断方法,实现UAV飞控系统传感器的故障检测和诊断。算法不需要系统的数学模型,解决了应用传统PCA方法进行FCS故障检测与诊断时易出现暂态过程虚警和误诊断的问题。仿真结果证明该算法可以快速准确地检测传感器故障,而且可以有效地降低暂态过程虚警和提高诊断结果准确度。     

基于GPS、磁罗盘与大气数据计算机的无人机风估计

针对无人机实时航路规划及适应环境变化的自主能力发展需求,提出了一种新的风估计与空速校准的方法;该方法基于GPS接收机、大气计算机和磁罗盘等传感器实现;针对定常风模型,风速、风向能够利用地速、风速和空速之间的速度矢量三角形关系计算得到;采用无导扩展卡尔曼滤波(DEKF),估计风场信息以及真空速的比例校准系数;利用某型无人机数字仿真平台,在2D定常风条件下进行了全过程自主飞行仿真;仿真结果表明:该方法在航路跟随的直线段、转弯段均能准确估计。     

高空长航时无人机系统的总体方案评价准则研究

在对有人驾驶飞机作战效能评估方法的分析研究基础上,建立了高空长航时无人机总体方案的一般评价准则及具体的数学评估公式;详细分析了影响高空长航时无人机侦察效能的总体性能参数,并在此基础上建立了侦察效能的评估公式;分析了当高空长航时无人机具备攻击能力时,影响其攻击效能的参数,在此基础上建立了攻击效能的评估公式;并运用该方法对“全球鹰”和“捕食者”两种长航时无人机的效能指数进行了定量评估,验证了该评估准则的可用性。     

具有JTIDS接口的无人机仿真系统

建立了一个具有联合战术信息分发系统接口的无人机仿真系统.在该系统中建立了某型无人机的动力学仿真模型,其气动系数均通过风洞试验获得,并采用单纯形调优法求取无人机初始状态;设计了控制无人机姿态和控制飞行轨迹的内外环控制系统模型;根据联合战术信息分发系统特性,采用模块化方法建立了联合战术信息分发系统接口,使操作员能通过仿真数据链对无人机动力学模型进行任务控制和状态监视.最后进行了虚拟任务仿真试验,结果表明该系统可以满足一定的战术任务需求.     

无人机飞控系统故障诊断专家系统设计

针对无人机飞控系统的特点和维护要求,本文介绍了MBIT故障诊断专家系统的设计思路和实现方法,构建了无人机飞控系统故障诊断专家系统的体系结构,深入研究了如何建立故障知识库,制定推理机制,组建综合数据库和故障解释等问题。并结合某型号给出了具体的示例。在工程实际应用过程中,可以利用本系统对无人机飞控系统进行有效维护。     

多约束复杂环境下UAV航迹规划策略自学习方法

在多约束复杂环境下,多数无人飞行器（UAV）航迹规划方法无法从历史经验中获得先验知识,导致对多变的环境适应性较差。提出一种基于深度强化学习的航迹规划策略自学习方法,利用飞行约束条件设计UAV的状态及动作模式,从搜索宽度和深度2个方面降低航迹规划搜索规模,基于航迹优化目标设计奖惩函数,利用由卷积神经网络引导的蒙特卡洛树搜索（MCTS）算法学习得到航迹规划策略。仿真结果表明,该方法自学习得到的航迹规划策略具有泛化能力,相对未迭代训练的网络,该策略仅需17%的NN-MCTS仿真次数就可引导UAV在未知飞行环境中满足约束条件并安全无碰撞地到达目的地。