无人机飞行控制与管理系统动态仿真测试技术研究

无人机飞行控制与管理系统担负着飞行控制、飞行管理、任务设备管理和火力控制等重要使命,在无人机系统研制中至关重要。根据对无人机飞行控制与管理系统组成与功能分析,介绍了基于仿真测试仪的控制与管理计算机动态仿真与测试方法,重点阐述了故障注入与测试方法;进而提出了飞行控制与管理系统动态仿真测试环境的构建原则和动态测试方法,最后指出了无人机飞行控制与管理系统动态仿真测试的后续发展趋势。     

航天远洋测控应用软件系统仿真测试平台

针对传统测试方法的不足,提出通过构建一套近似任务的仿真测试环境实现对航天远洋测控应用软件系统的充分测试。首先介绍MSTCAS(航天远洋测控应用软件系统)仿真测试平台的功能需求;其次描述MSTCAS仿真测试平台的系统组成和信息交互关系,提出了可重构的MSTCAS仿真测试平台系统设计方案,给出了仿真模型说明和基于平台的测试流程;最后进行了实践应用。应用证明,该测试平台系统设计合理、灵活通用,能够满足MSTCAS的全面测试需求。     

空间信息传输协议测试平台研究

未来空间任务的复杂性不断提高,开发一个低成本的地面综合测试平台环境,通过模拟和仿真以确认、优化和验证空间信息传输的协议体系结构、先进技术和应用服务具有十分重要意义。文章描述了空间信息传输协议测试平台的应用对象和研究目标,提出了总体技术框架和功能组成,以未来月球任务为研究对象,分析了测试平台实验场景及测试方法步骤。     

面向航天器系统级测试的虚拟测试方法及应用

航天器总体设计正确性和接口实现正确性的及时验证,是提高航天器这类复杂系统可靠性的重要手段。本文提出一种基于模型检测的虚拟测试方法。方法采用窗口树模型(WTM)对复杂系统进行建模,采用状态转移图(STG)作为系统规约刻画系统行为的正确性。方法通过提出基于自动机的模型检测机制,实现了一种面向航天器系统级测试的虚拟测试平台(VTP)原型系统。该平台支持虚拟测试准备、虚拟测试执行和虚拟测试评估等功能,模拟并实现复杂系统总体设计正确性的验证和接口实现正确性的验证。     

基于OODA环的对地攻击流程半实物仿真验证方法

针对无人机（UAV）机载设备和软件在不具备真实飞行环境下的对地攻击流程验证问题,提出了一种基于观察-判断-决策-行动（OODA）循环的对地攻击流程半实物仿真验证方法。首先,采用OODA环思想对无人机对地攻击流程进行分析,设计了一套基于OODA环的半实物仿真验证系统。然后,将无人机对地攻击流程精度模型分为感知、判断和攻击3种,建立了半实物仿真验证系统主要的精度模型。最后,运用该验证方法对某无人机的3个机载软件进行了试验,验证了该方法的有效性。该方法可以验证无人机对地攻击流程的设计效果,在飞机设计阶段为攻击流程的工程设计提供参考。     

基于多传感器融合的无人机应急着陆功能研究

无人机作为一种新型飞行器,在城市空中交通领域得到了飞速的突破和发展。电动垂直起降（eVTOL）无人机因具有低碳环保、运行成本低等优势成为当下研究的热点。为了保证飞行器的运行安全性和可靠性,本文针对无人机在应急特殊情况下的着陆功能进行研究,针对不同飞行高度场景并结合传感器性能要求对可着陆区域进行识别筛选,基于相机与激光雷达多传感器数据融合,提出了一种无人机在城市未知环境中的应急着陆方法,同时进行城市应用场景仿真环境的测试,初步实现无人机在城市未知场景下获取着陆位置,为保证无人机在未知场景下的着陆安全性提供方向。     

视觉与惯性融合的多旋翼飞行机器人室内定位技术

随着人工智能技术的发展，无人机的应用场景趋向多元，人们对无人机的需求也不仅仅满足于简单的飞行任务，而是赋予其飞行机器人的角色，对其自主导航、复杂环境下的定位以及智能协同方面提出了更高的要求。针对室内场景下的定位需求，融合视觉与惯性数据实现了多旋翼飞行机器人的室内定位。在视觉前端加入图像增强算法以提高图像灰度对比度，减少了光流跟踪的误匹配点数。提出了一种基于图像信息的特征点提取和图像帧发布策略提高了定位精度，解决了室内环境下的定位漂移问题。针对飞行机器人室内自主跟踪及降落任务，设计了基于视觉定位的飞行机器人自主降落系统。在Gazebo中搭建飞行机器人模型仿真验证自主降落系统有效性，在EuRoC数据集下对定位算法进行对比评估，搭建飞行机器人平台在真实场景下进行室内定位实验，完成了室内场景下平台自主跟踪及降落任务，并采用运动捕捉系统获取的定位真值数据进行了误差分析，结果表明该定位技术满足室内场景下的自主跟踪及降落任务需求。     

无人机飞控软件测试方法研究

飞控软件是无人机飞行控制系统的控制神经中枢,对无人机飞控软件进行有效的测试是保证飞控系统质量的重要手段.根据某型无人机飞控软件及其开发特点,提出一种与软件开发过程同步的、基于多个测试环境的软件测试模型,重点阐述该模型涉及的单元和配置项测试方法.测试结果表明,提出的测试模型,测试工作能有效地发现无人机飞控软件在不同开发阶段引入的不同类型的软件缺陷,有效地保障了无人机飞控软件的安全性、可靠性和质量.     

基于Simulink的小型无人机弹射架性能仿真

建立弹射系统的动态模型,为弹射起飞提供可信度高的分析设计、仿真验证平台。文章以弹力弹射系统为研究对象,建立无人机弹射起飞过程动力学、运动学模型,基于Matlab/Simulink模块,对弹性元件弹力系数、导轨长度、离架速度等参数进行了系统分析。在仿真过程中,通过改变系统的不同参数,得到了这些参数对系统弹射性能的影响规律。合理的匹配这些参数,可使用此系统弹射多种型号的无人机,提高了效率,节省了试验资源和经费。同时为无人机弹射系统优化和设计研发提供了理论依据。     

红外导引系统快速原型仿真中的场景生成技术

介绍了基于Vega视景引擎红外场景生成方法,并应用于基于RT—LAB快速原型平台空空导弹红外导引系统快速原型仿真。设计了空空导弹红外导引系统快速原型仿真框架,根据框架建立了弹目6自由度运动学／动力学、红外导引系统Simulink仿真模型及目标等三维几何模型,采用Vega传感器模块和粒子系统模块实现目标各部件温度和干扰弹的自定义设置,同时针对快速原型实时仿真的要求设计了高精度的帧频控制方法。将红外场景生成软件与某空空导弹快速原型仿真系统进行联合仿真进行验证,对空空导弹导引系统的研制与开发起到了重要作用。     

VxWorks下飞行模拟系统研究与设计

介绍了基于嵌入式实时操作系统VxWorks的无人机仿真系统。建立了无人机动力学及运动学数学模型,给出了气动系数的拉格朗日插值计算方法,采用一种全新的方法实现飞行模拟,即利用RTW接口下载飞机数学模型到VxWorks操作系统。最后给出了半物理仿真和全数字仿真的对比曲线,验证了仿真系统的正确性。该系统的研制成功,对于验证无人机飞控/导航控制律及加快无人机研制进度有重要意义。     

基于Stateflow的 无人机多模态控制转换逻辑设计

针对基于Simulink建立的无人机飞行管理系统存在逻辑复杂、全飞行状态航迹仿真建模繁琐等缺点,文章利用有限状态机建立无人机全状态、多种导航控制模态下的控制和逻辑切换流程,并结合飞行管理系统、飞行控制系统和无人机运动学模型建立无人机全状态仿真系统,通过仿真对飞行工作模式的切换效果进行了验证。     

基于蜂群编队形式的气动耦合优化模型研究

为提高小型蜂群无人机紧密编队协同飞行时的整体气动效率,强化系统作战效能,文中以某蜂群无人机平台为研究对象,对其集群编队飞行时的气动耦合问题进行了深入研究。针对不同作战任务场景,设计了几类以典型长-僚机编队为模块单元的编队飞行结构,利用耦合涡流模型的数值仿真方法,完成了双机编队单元的寻优设计,同时基于双机编队单元优化结果,运用遗传算法,得到集群飞行时,各无人机单元气动增量数据传递信息,并辅以计算流体力学仿真验证,确定了完整的气动数据传递体系。最终建立了多任务、多条件、多目标导向的气动耦合优化模型,实现了集群优化飞行策略方法,达到了作战能力倍增的效果。     

无人机地面座舱语音控制系统验证平台开发

介绍了一种面向无人机地面座舱的语音控制系统的综合验证平台的设计方案,从系统与实现层面对构成平台的各个组成部分进行了具体功能阐述,并提出了一种动态显示语音指令控件的配置格式,为无人机语音控制系统的测试提供了一种新的解决方案。     

FireBlade系统仿真测试平台在航电设备研发中的应用

FireBlade系统仿真测试平台基于用户实用角度,能够辅助进行系统方案验证、调试环境构建、子系统联调联试、设计验证及测试,推进了半实物仿真的理论应用,并提出了虚拟设备这一具有优秀实践性的设计思想,在航电领域获得了广泛关注和好评.     

基于HIL的车用电机控制器故障保护策略测试

随着新能源汽车电控系统的发展以及复杂度和集成度的提高,整车故障保护策略已成为软件开发的重要组成部分之一,但测试难度较大且风险较高,尤其针对电机控制系统,传统的台架和实车测试往往不能满足需求。通过对电机控制系统故障保护策略及硬件在环(HIL)测试方案的介绍,并结合dSPACE仿真系统,针对车用电机控制单元搭建了信号级HIL仿真测试平台。借助上位机实时模拟电机不同故障工况,并进行试验和测试结果的分析,验证了电机控制器故障保护策略的正确性,同时体现出HIL测试方法的优越性。     

基于BDI模型的管制员Agent行为建模研究

针对空中交通仿真系统中的管制员Agent建模问题，通过分析管制操作行为特点，采用BDI结构，建立了基于决策树模型的管制规则知识库，设计了慎思型管制员Agent。基于Jadex平台，构建了管制员Agent模型，将由JADE平台建立的航空器Agent和模拟空管自动化系统Agent与Jadex平台建立的管制员Agent进行通信与协调，通过仿真系统构建仿真场景并验证管制员Agent的BDI推理过程，实现了对管制员的日常指挥行为的模拟。实验结果表明，所构建的管制员Agent模型可以顺利进行推理过程并对飞行冲突进行探测与解脱。     

面向任务协同的云端融合计算架构研究

以有人机/无人机自组云为场景,研究了基于云数据中心、有人机和无人机任务协同的云端融合任务协同处理架构,在该架构中,有人机作为边缘计算处理节点,无人机作为端节点。通过分层设计,将基于无人机自组云的云端融合架构自顶往下划分为用户应用层、组件服务层、资源抽象层、操作系统层、物理资源层五个层级,并对各层级进行功能划分设计。最后通过典型实例仿真试验做了架构性验证。     

探测与避让系统监视跟踪算法的设计与实现

无人机的探测与避让(Detect and Avoid, DAA)系统是无人机防撞的重要保证，监视跟踪算法对于DAA系统的可靠工作至关重要。基于DAA最低性能标准的描述，以雷达跟踪器、广播式自动相关监视和主动监视应答器监视跟踪入侵飞机的航迹信息，先用α-β滤波保证稳定跟踪，然后再用扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter, EKF)进行航迹估计，通过航迹管理算法计算出中心航迹，以供DAA系统作出警报和导引。通过基于ARM的嵌入式Linux平台设计的仿真验证系统和实验平台，验证了设计的DAA系统监视跟踪算法具有良好的监视跟踪性能。     

无人机防相撞空中威胁态势的探测与告警研究

空中威胁态势探测与告警是无人机飞行防相撞预警的关键。为此,提出一种基于航迹预测的无人机防相撞空中威胁态势探测与告警方法。在该方法中,先采用滑动窗多项式拟合法对入侵机航迹进行动态预测,然后,在航迹预测基础上,利用无人机与入侵机飞行信息,建立针对入侵机的无人机动态避撞区,最后,结合静态保护区原理,对特定飞行场景下的无人机飞行冲突趋势、空中危险接近趋势和飞行碰撞趋势的探测与告警。仿真实例验证了所提出方法的有效性,也验证了其用于无人机飞行防相撞预警的可行性。