CN111816024A - 一种基于仿真平台的无人机模拟训练系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于仿真平台的无人机模拟训练系统及其使用方法，涉及无人机飞行训练仿真技术领域。该无人机模拟训练系统包括主机、遥控器、飞行控制器和遥控接收机，所述主机与所述飞行控制器连接，所述飞行控制器与所述遥控接收机连接，所述遥控器与所述遥控接收机连接，所述主机连接有所述仿真平台上的虚拟无人机。该使用方法包括步骤：S1、硬件连接；S2、软件连接；S3、环境配置；S4、无人机初始化；S5、开始飞行作业。本发明的无人机模拟训练系统对产品机模型以及应用场景进行仿真，带给用户自然真实的飞行控制体验，为产品用户提供从基础知识教学到仿真训练以及作业场景练习的完整培训解决方案。
Description
技术领域
本发明涉及无人机飞行训练仿真技术领域，具体涉及一种基于仿真平台的无人机模拟训练系统及其使用方法。
背景技术
在目前的无人机装备训练中，主要采用实装和模拟器、多媒体训练系统以及文本和挂图三种方式进行训练：实装和模拟器训练，是直接利用真实装备和模拟器开展训练；多媒体训练，是依赖于制作的装备动画和拍摄的训练视频进行讲解；而文本和挂图训练，则通过阅读维修训练资料和平面纸制图的方式开展训练。通常说来，结合实际装备和模拟器进行训练效果较好，但受配装数量、场地、时间、复杂度、安全性以及天气等各环境因素的限制，训练效率较低，而且保养、维护、更新实装和模拟器的费用昂贵，难以满足训练需求；现有的多媒体训练虽然将视频、文字、动画以及三维模型组合在了一起，是动态的，但对于无人机这类复杂装备，这种训练手段的效果十分有限，并且交互性和自主性差，不能完全像操作真实装备一样按受训者的意图进行训练；而挂图和文本训练是装备训练的传统手段，是静态的、二维的，缺乏生动性，学习效率也不高。
发明内容
为了解决上述技术存在的缺陷，本发明提供一种基于仿真平台的无人机模拟训练系统及其使用方法，其训练的模拟环境可以在主机上根据需求任意设置，训练过程可视化。
本发明实现上述技术效果所采用的技术方案是：
一种基于仿真平台的无人机模拟训练系统，包括主机、遥控器、飞行控制器和遥控接收机，所述主机与所述飞行控制器连接，所述飞行控制器与所述遥控接收机连接，所述遥控器与所述遥控接收机连接，所述主机与所述仿真平台连接，所述仿真平台包括仿真环境加载模块、模拟传感器加载模块、虚拟无人机加载模块和数据处理模块。
优选地，在上述的基于仿真平台的无人机模拟训练系统中，所述数据处理模块处理的数据包括所述飞行控制器发送的传感器边界数据、所述仿真平台加载的仿真环境模拟传感器数据和实时三维数据，以及虚拟无人机的飞行参数数据，所述虚拟无人机的飞行参数数据包括电机的输入输出数据、不同环境参数下的动力系统的输入输出数据、姿态解算数据以及通信数据。
优选地，在上述的基于仿真平台的无人机模拟训练系统中，所述主机采用PC主机，所述遥控器采用Futaba遥控器。
优选地，在上述的基于仿真平台的无人机模拟训练系统中，所述飞行控制器采用V5飞行控制器，所述遥控接收机采用Futaba接收机。
优选地，在上述的基于仿真平台的无人机模拟训练系统中，所述主机与所述飞行控制器通过USB串口通讯连接，用于将飞控参数与所述仿真平台的虚拟无人机结合。
优选地，在上述的基于仿真平台的无人机模拟训练系统中，所述飞行控制器与所述遥控接收机通过杜邦线串口通讯连接，用于将所述遥控器的无线信号通过所述遥控接收机传输至所述飞行控制器，再经过所述飞行控制器传输至所述仿真平台的虚拟无人机，从而实现对虚拟无人机的控制。
优选地，在上述的基于仿真平台的无人机模拟训练系统中，虚拟无人机为“X”型多旋翼虚拟无人机。
一种基于仿真平台的无人机模拟训练系统的使用方法，包括如下步骤：
S1、硬件连接，将所述主机与所述飞行控制器连接，所述飞行控制器与所述遥控接收机连接，所述遥控器与所述遥控接收机连接；
S2、软件连接，搭建仿真平台，在所述主机上安装QGroundControl地面站和虚拟引擎；
S3、环境配置，在所述仿真平台上进行流速设置、风速设置、视距设置、最大落差设置、挂载设备设置、天气设置、无人机型号设置以及障碍物设置；
S4、无人机初始化，在所述仿真平台上对所述遥控器的操作手柄的参数进行调试，并对选择的虚拟无人机的飞行参数数据进行初始化设置；
S5、开始飞行作业。
优选地，在上述的基于仿真平台的无人机模拟训练系统的使用方法中，所述的对所述遥控器的操作手柄的参数进行调试具体包括对该所述遥控器的操作模式、各通道以及各摇杆和拨杆进行初始化设置，其中，所述遥控器的操作模式选择为“模式2美国手”，各通道进行一键自动校准，各摇杆和拨杆先恢复至“0”，然后进行四方位的手动校准。
本发明的有益效果为：本发明的无人机模拟训练系统对产品机模型以及应用场景进行仿真，带给用户自然真实的飞行控制体验，为产品用户提供从基础知识教学到仿真训练以及作业场景练习的完整培训解决方案。
附图说明
图1为本发明的模块框图；
图2为本发明的使用方法流程图；
图3为本发明在一个模拟训练场景下的可视化训练界面；
图4为本发明的虚拟无人机在雪地场景下的机载雷达探测波纹。
具体实施方式
为使对本发明作进一步的了解，下面参照说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明的实施例提出了一种基于仿真平台的无人机模拟训练系统，该模拟训练系统包括主机、遥控器、飞行控制器和遥控接收机。主机与飞行控制器连接，飞行控制器与遥控接收机连接，遥控器与遥控接收机连接，主机与仿真平台连接。仿真平台包括仿真环境加载模块、模拟传感器加载模块、虚拟无人机加载模块和数据处理模块。
具体地，数据处理模块处理的数据包括飞行控制器发送的传感器边界数据、仿真平台加载的仿真环境模拟传感器数据和实时三维数据，以及虚拟无人机的飞行参数数据，虚拟无人机的飞行参数数据包括电机的输入输出数据、不同环境参数下的动力系统的输入输出数据、姿态解算数据以及通信数据。
具体地，在本发明的优选实施例中，主机采用PC主机，遥控器采用Futaba遥控器。飞行控制器采用V5飞行控制器，遥控接收机采用Futaba接收机。主机与所述飞行控制器通过USB串口通讯连接，用于将飞控参数与仿真平台的虚拟无人机结合。飞行控制器与遥控接收机通过杜邦线串口通讯连接，用于将遥控器的无线信号通过遥控接收机传输至飞行控制器，再经过飞行控制器传输至仿真平台的虚拟无人机，从而实现对虚拟无人机的控制。虚拟无人机为“X”型多旋翼虚拟无人机。仿真平台搭建在主机上，包括QGroundControl地面站和虚拟引擎，QGroundControl地面站是一款专门为PX4和PIXHAWK无人机开源飞控打造的一款能为用户提供专业强大的飞行控制和任务规划功能的地面站软件，在仿真平台中，主要用于遥控器设置、飞控设置以及航线规划等功能。虚拟引擎是由EPIC公司开发的一款面向下一代DirectX9电脑的完整的游戏开发平台，提供了开发者所需要的大量的核心技术、数据生成工具和基础支持，用于生成和模拟真实的物理环境。
另一方面，本发明还公开了一种基于仿真平台的无人机模拟训练系统的使用方法，该使用方法包括如下步骤：
S1、硬件连接，将主机与飞行控制器连接，飞行控制器与遥控接收机连接，遥控器与遥控接收机连接；
S2、软件连接，搭建仿真平台，在主机上安装QGroundControl地面站和虚拟引擎；
S3、环境配置，在仿真平台上进行流速设置、风速设置、视距设置、最大落差设置、挂载设备设置、天气设置、无人机型号设置以及障碍物设置；
S4、无人机初始化，在仿真平台上对所述遥控器的操作手柄的参数进行调试，并对选择的虚拟无人机的飞行参数数据进行初始化设置；
S5、开始飞行作业。
具体地，对遥控器的操作手柄的参数进行调试具体包括对该遥控器的操作模式、各通道以及各摇杆和拨杆进行初始化设置。其中，遥控器的操作模式选择为“模式2美国手”，各通道进行一键自动校准，各摇杆和拨杆先恢复至“0”，然后进行四方位的手动校准。
图3为本发明在一个模拟训练场景下的可视化训练界面，在该场景下，图中“1”为电缆，“2”为山脉，“3”为湖泊，“4”为桥路，在点击“运行”之后，得到虚拟无人机的初始状态，如图4所示。图4为本发明的虚拟无人机在雪地场景下的初始状态的可视化界面，示出的是虚拟无人机在雪地起飞的场景，其周围虚线环表示机载雷达的探测纹波。
综上所述，本发明的无人机模拟训练系统对产品机模型以及应用场景进行仿真，带给用户自然真实的飞行控制体验，为产品用户提供从基础知识教学到仿真训练以及作业场景练习的完整培训解决方案。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内，本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (9)
1.一种基于仿真平台的无人机模拟训练系统及其使用方法，其特征在于，包括主机、遥控器、飞行控制器和遥控接收机，所述主机与所述飞行控制器连接，所述飞行控制器与所述遥控接收机连接，所述遥控器与所述遥控接收机连接，所述主机与所述仿真平台连接，所述仿真平台包括仿真环境加载模块、模拟传感器加载模块、虚拟无人机加载模块和数据处理模块。
2.根据权利要求1所述的基于仿真平台的无人机模拟训练系统及其使用方法，其特征在于，所述数据处理模块处理的数据包括所述飞行控制器发送的传感器边界数据、所述仿真平台加载的仿真环境模拟传感器数据和实时三维数据，以及虚拟无人机的飞行参数数据，所述虚拟无人机的飞行参数数据包括电机的输入输出数据、不同环境参数下的动力系统的输入输出数据、姿态解算数据以及通信数据。
3.根据权利要求1所述的基于仿真平台的无人机模拟训练系统及其使用方法，其特征在于，所述主机采用PC主机，所述遥控器采用Futaba遥控器。
4.根据权利要求1所述的基于仿真平台的无人机模拟训练系统及其使用方法，其特征在于，所述飞行控制器采用V5飞行控制器，所述遥控接收机采用Futaba接收机。
5.根据权利要求1所述的基于仿真平台的无人机模拟训练系统及其使用方法，其特征在于，所述主机与所述飞行控制器通过USB串口通讯连接，用于将飞控参数与所述仿真平台的虚拟无人机结合。
6.根据权利要求1所述的基于仿真平台的无人机模拟训练系统及其使用方法，其特征在于，所述飞行控制器与所述遥控接收机通过杜邦线串口通讯连接，用于将所述遥控器的无线信号通过所述遥控接收机传输至所述飞行控制器，再经过所述飞行控制器传输至所述仿真平台的虚拟无人机，从而实现对虚拟无人机的控制。
7.根据权利要求1所述的基于仿真平台的无人机模拟训练系统及其使用方法，其特征在于，所述虚拟无人机为“X”型多旋翼虚拟无人机。
8.根据上述权利要求1至7任一项所述的基于仿真平台的无人机模拟训练系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、硬件连接，将所述主机与所述飞行控制器连接，所述飞行控制器与所述遥控接收机连接，所述遥控器与所述遥控接收机连接；
S2、软件连接，搭建仿真平台，在所述主机上安装QGroundControl地面站和虚拟引擎；
S3、环境配置，在所述仿真平台上进行流速设置、风速设置、视距设置、最大落差设置、挂载设备设置、天气设置、无人机型号设置以及障碍物设置；
S4、无人机初始化，在所述仿真平台上对所述遥控器的操作手柄的参数进行调试，并对选择的虚拟无人机的飞行参数数据进行初始化设置；
S5、开始飞行作业。
9.根据权利要求8所述的基于仿真平台的无人机模拟训练系统的使用方法，其特征在于，所述的对所述遥控器的操作手柄的参数进行调试具体包括对该所述遥控器的操作模式、各通道以及各摇杆和拨杆进行初始化设置，其中，所述遥控器的操作模式选择为“模式2美国手”，各通道进行一键自动校准，各摇杆和拨杆先恢复至“0”，然后进行四方位的手动校准。
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