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无人机模仿训练体系设计与兑现

发布时间:2018-12-06 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    无人机模仿训练体系设计与兑现作者:未知   摘要:当代化战争出现出较着的无人化趋向,当代无人机被普遍用于执行种种非杀伤性和软、硬杀伤性义务。无人机在执行伺探、看管、进攻义务时,对操作手都有严峻要求。无人机模仿训练体系作为培训无人机操作手的手腕,能使操作手熟识无人机的各项操作,是以,研制功能完好的无人机模仿训练体系对更好地训练无人机的操作手有严重意义。
  关头词:无人机;模仿训练体系;当代化战争;伺探义务;看管义务;进攻义务 文献标识码:A
  中图分类号:TP391 文章编号:1009-2374(2015)31-0030-03 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.014
  1 概述
  本模仿训练体系是在无人机大地站体系硬件根本上搭建的,该体系包罗遨游飞翔把握谋略机、遨游飞翔模子谋略机、三维视景谋略机、义务谋略机、飞控机和网络互换机。各局部软件功能如下:
  1.1 测控软件
  安装于遨游飞翔把握谋略机,领受来自模仿训练服务器的遨游飞翔数据,显示虚拟无人机的遨游飞翔参数和遨游飞翔航迹,并联合遨游飞翔把握面板一同发送把握下令给飞控机,完成对虚拟无人机的把握。
  1.2 飞控软件
  安装于飞控机,首要完成导航谋略和把握率解算。飞控机领受来自遨游飞翔把握谋略机和遨游飞翔把握面板的把握指令,解算后将舵面把握指令发送给飞机模子谋略机,同时领受来自飞机模子谋略机的遨游飞翔高度、空速、飞机姿态、动员机转速等信息,按通讯和谈打包后,发给模仿训练服务器。
  1.3 网络服务器步骤
  安装于义务把握谋略机,完成将422串口数据转化为网络通讯数据,网络通讯数据转化为422串口数据的数据转换事情,同时领受来自飞控机的遨游飞翔参数以及来自训练经管谋略机的阻碍模仿旌旗灯号,将两者叠加后,发送给遨游飞翔把握谋略机。
  1.4 飞机模子软件
  安装于飞机模子谋略机,选取有气动参数设立的非线性飞机模子,对飞机的遨游飞翔高度、空速、飞机姿态以及动员机转速进行模仿。
  1.5 三维视景仿真软件
  安装于三维视景谋略机,议决网络领受来自飞机模子谋略机的飞机姿态、位置坐标等信息和来自模仿训练服务器的遨游飞翔把握指令,在三维视景中将虚拟无人机的遨游飞翔状况实时显示出来,反映了操作职员的操作过程,给考官及训练职员最直观的感受。
  1.6 训练评估经管软件
  安装于谍报剖析谋略机,议决网络互换机领受来自模仿训练服务器的遨游飞翔把握指令和虚拟无人机的遨游飞翔参数,议决比对,判别训练职员的操作准确与否,并予与评分,同时可进行阻碍旌旗灯号模仿,议决网络互换机发送给模仿训练服务器。模仿训练体系旌旗灯号交联图如图1所示:
  图1 模仿训练体系构成及旌旗灯号交联图
  2 具体设计及兑现
  2.1 网络服务器步骤
  完成测控软件、训练评估经管软件、三维视景软件间422串口数据和网络数据的数据互换、分派。按功能可划分为422串口数据截获及解码和网络数据互换两局部。
  2.1.1 422串口数据截获及解码。首要包罗从遨游飞翔把握面板截获遥控数据、解码并打包发送至网络;从飞控机截获遥测数据、解码并打包发送至网络。服务器在解码遥控帧数据过程中,会对领受到的数据判别属于9类有用数据中的哪一类,并将该类数据的标志位赋值为响应的值,然后把对应的指令代码连同响应的标志位一同打包发送到网络最后传送给三维视景体系和训练评估经管体系使用。服务器在解码遥测帧数据过程中,也会对领受数据的类型进行判别(按空速、气压高度、飞机姿态、阻碍代码等分类),并将该类数据的标志位赋值为响应的值,然后把对应的指令代码连同响应的标志位一同打包发送到网络最后传送给训练评估经管体系使用。
  2.1.2 网络数据互换。模仿训练服务器的网络数据互换选取绽放体系布局的客户端/服务器网络模式,即客户端提议义务央求,议决网络发送给服务器,由服务器做响应处置,执行被央求的义务,然后将了局返回给客服端。
  2.2 飞机模仿软件
  飞机模子软件首要完成无人机数学模子的数字兑现。飞机模子从输入到状况输出的种种方程解算等义务。在本体系中,飞机模子的首要作用便是取代真正飞机,领受飞控机发送的四个舵偏角(副翼舵偏角、偏向舵偏角、起落舵偏角和油舵偏角),输出飞机姿态信息的12个量。具体输入输出值如图2所示:
  图2 飞机模子输入输出值
  飞机模子议决串口采集板采集舵机的舵偏量,颠末数字滤波算法处置以后作为飞机模子的输入;飞机模子内里载入无人机的吹风数学模子,即4输入(偏向、起落、副翼、油门)和12输出(俯仰角、滚转角、偏航角、俯仰角速率、滚转角速率、偏航角速率、迎角、侧滑角、空速、高度、飞机坐标X、飞机坐标Y)构成的非线性微分方程。议决解算非线性微分方程获得输出量,然后离别议决串口发送姿态量给测控软件、议决网络发送解算数据至互换机再送入三维视景仿真体系。
  2.3 三维视景仿真软件
  图3 三维视景中飞机升空情形
  三维视景体系可以实时显示无人机的遨游飞翔姿态,包罗俯仰、倾斜、舵面的偏转、螺旋桨的滚动等,还能够显示无人机从升空到下降的各个动作,首要包罗弹射升空、抛弹、平飞、左盘、右盘、爬升、下滑、伞降等。如许能够加倍形象地将飞机的每个姿态显现在操作手的面前,让操作手可以很直观地感受到无人机的遨游飞翔状况,从而有一种身临其境的嗅觉。图3是三维视景体系模仿飞机升空的情形:
  三维视景体系概略分为三个局部:一是创建模子局部,包罗飞机模子、弹射器模子、火箭弹模子、地形模子等的建模,这局部由第三方软件Creator来制作,格局为FLT文件体例;二是设定以上各个模子的初始位置,将其全部初始坐标信息天生为一ADF文件,该文件由第三方软件Vega来创建;三是兑现飞机模子动态过程,因为初始坐标信息天生ADF文件的数据为静态时的数据,要做到无人机的三维仿真,飞机模子需完成一运态过程,是以就要做到ADF文件中的各个模子的参数是在实时变化的,兑现这一过程必要议决软件开辟东西编程来完成。   三维视景体系接管两局部数据:一是飞机模子发送过来的飞机的6个姿态数据和3个舵机偏转量;二是模仿训练服务器转发的遥控下令。第一局部数据是为了表示飞机在舆图中的空间位置和实时的舵面偏转。第二局部数据是为了表示飞机在各个状况切换时所做的动作。好比点击升空下令时,飞机模子起点给三维视景体系发送飞机位置数据,同时火箭弹也起点喷火,这个殊效起点的时间三维视景体系是无法提前预知的,是以必要接管遥控下令,必要知道的遥控下令有自检、升空和开伞。
  2.4 训练评估经管软件
  训练经管体系软件布局首要包罗三个局部:评价打分、阻碍模仿、语音报警。
  2.4.1 评价打分。评价打分的首要设计思惟为对照剖析,完成对操作手遨游飞翔前训练评价及遨游飞翔中训练评价。训练评估经管软件议决猎取操作手的操作数据与考官尺度数据进行对照记分。完成训练评估经管软件配置的全部考题后,主动谋略出总分数。议决其总分来评估一个操作手对无人机操作的闇练水平。
  2.4.2 阻碍模仿。因为模仿体系的飞控软件选取机载飞控软件,其阻碍发生起原于传感器的情况参数,在模仿情况中未便兑现,是以由考官“工资”配置模仿阻碍代码,来训练操作手对每一级阻碍的处置闇练水平。阻碍指令代码包罗一级阻碍、二级阻碍和三级阻碍。一级阻碍有动员机泊车阻碍、小速率阻碍、低高度阻碍、起落舵阻碍、副翼舵阻碍和双电源阻碍;二级阻碍有风门舵阻碍、油门超上限阻碍、偏向舵阻碍、发电机组电源阻碍、遥控链路断阻碍和测控链路断阻碍;三级阻碍有GPS迷失阻碍、无线电导航错误阻碍、空中油门固死阻碍、高度超标阻碍、遨游飞翔距离跨越90km阻碍、速率界限告警、高度界限告警和姿态界限告警。
  2.4.3 语音报警。语音报警功能近似有人机中间告警功能,兑现飞机状况按时语音提醒及阻碍告警。
  语音报警功能由microsoft公司的speech SDK 5.1以及精灵软件事情室的SmartRead SDK语音开辟库7.0兑现。SAPI SDK是微软公司免费供给的语音应用开辟东西包,这个SDK中蕴含了语音应用设计接口(SAPI)、微软的赓续语音辨认引擎(MCSR)以及微软的语音合成(TTS)引擎等。今朝的5.1版本一共能够支撑2种说话的辨认(英语和汉语)以及2种说话的合成(英语和汉语)。SAPI中还包罗对付低层把握和高度顺应性的直接语音经管、训练向导、事务、语法编译、资源、语音辨认(SR)经管以及TTS经管等壮大的设计接口。
  语音引擎则议决DDI层(设备驱动接口)和SAPI(SpeechAPI)进行交互,应用步骤议决API层和SAPI通讯。议决使用这些API,用户能够急剧开辟在语音辨认或语音合成方面应用步骤。然而,在新公布的.net speech SDK内里并异国对中文语音进行支撑,今朝支撑中文的Speech SDK最高版本为Windows平台下的speech SDK 5.1。此外,speech SDK 5.1的语音库只支撑中文男声,中文女声则必要精灵软件事情室的SmartRead SDK语音开辟库4.0供给支撑,全部中文语音库基本都供给了对GB2312字库全部汉字的支撑。由于中文女声库的声音较中文男声库的声音加倍犀利、清楚,是以使用中文女声库进行TTS语音合成,可议决挪用SmartRead SDK动态联贯库进行中文女声的加载信息语音合成,合成的语音议决声卡的输出端直接与混音台的输入相连,最终议决功放后驱动音箱发声。
  3 结语
  无人机大地站体系硬件根本上集成了模仿训练功能,兑现了用和练的有机联合,体现了体系操作的利便性、适用性和完整性。为中小型无人机通用大地站研制打下了软件技艺根本,在此根本上的拓展和延长能够利便地运用于其他无人机项目中。自立设计了一套模仿训练的考评软件,该软件实用性强,可推广到其他型号无人机的体系设计中。
  参考文献
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  作者简介:谢迪(1982-),男,四川成都人,中航工业成都飞机工业(团体)有限责任公司工程师,工学硕士,切磋偏向:无线电测控技艺。
  (责任编纂:周 琼)
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