CN207301789U - 一种基于小型四旋翼的无人机编队算法验证*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于小型四旋翼的无人机编队算法验证***，包括基于开源飞控构建的多架编队飞行的小型四旋翼无人机(1)、用于无人机编队飞行的室内飞行场地(2)、设置于室内飞行场地(2)内部用于采集无人机运动状态信息的红外定位***(3)、以及地面控制站(5)，地面控制站(5)通过交换机(6)读取红外定位***(3)发送的无人机数据信息，在其内部嵌入有用于计算无人机控制指令的无人机编队算法，通过无线模块(4)实现无人机与地面控制站(5)间的数据传输。本实用新型所提供的***，模块化的编队算法接口，能够实现编队算法的快捷替换，满足不同算法的验证需求；利用小型四旋翼进行算法验证成本低、所需空间小、安全性高。
Description
技术领域
本实用新型属于无人机综合仿真领域，具体涉及一种基于小型四旋翼的无人机编队算法验证***。
背景技术
无人化和智能化是未来航空装备的发展方向，无人机编队、协同作战将成为重要的作战样式，研发满足编队精度、实时性、鲁棒性要求的无人机编队算法成为航空工程师重要的研究课题。无人机编队算法的研发从算法设计、仿真验证、试飞验证需要较长的周期，而且研发过程中需要进行多次迭代。在数字仿真阶段，由于缺乏实际的物理约束，不足以对编队算法提供完全令人信服的验证，因此进行实际的试飞验证是必不可少的环节。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于小型四旋翼的无人机编队算法验证***，解决无人机编队算法验证的问题；通过搭建小型四旋翼室内自动飞行***，并设计通用的编队算法接口，形成通用的编队算法测试平台，为无人机编队算法提供高效快捷的验证手段，满足算法研发的需求。
本实用新型的目的通过如下技术方案实现：一种基于小型四旋翼的无人机编队算法验证***，包括基于开源飞控构建的多架编队飞行的小型四旋翼无人机、用于无人机编队飞行的室内飞行场地、设置于室内飞行场地内部用于采集无人机运动状态信息的红外定位***、以及地面控制站；该地面控制站通过交换机读取红外定位***发送的无人机数据信息，该地面控制站嵌入有用于计算无人机控制指令的无人机编队算法，通过无线模块实现无人机与地面控制站间的数据传输。
优选地是，所述室内飞行场地框架采用铝制脚架搭建，尺寸为10m×15m×6m,框架通过铺设低密度纤维编织网实现安全防护，该室内飞行场地地面铺设多孔海绵以防止无人机意外坠落。
优选地是，所述小型四旋翼无人机机架尺寸为300mm×300mm，并在该小型四旋翼无人机上固定有用于所述红外定位***捕捉的发光标记点；开源飞控采用Pixhawk。
优选地是，所述红外定位***由12个红外高速摄像机、数据处理计算机以及三维运动捕捉***软件组成，三维运动捕捉***利用红外高速摄像机捕捉固定在所述小型四旋翼无人机上的发光标记点，以此构建三维数据的运动采集与分析，实现多个无人机的定位与姿态测量。
优选地是，所述无线模块为基于Mavlink协议的XTend数传链路模块。
优选地是，所述无人机编队算法采用Matlab/Simulink软件编写，该算法规范有输入的各架无人机位置信息和输出的无人机姿态及油门控制量数据的Simulink模型模板，以生成动态链接库所需的脚本工具以及调用该动态链接库所需的标准函数。
优选地是，所述地面控制站还具有数据储存和回访功能，该数据储存和回访功能基于SQL Server数据库管理***实现，用于对无人机编队算法测试过程中的数据存储。
本实用新型所提供的一种基于小型四旋翼的无人机编队算法验证***的有益效果在于，能够对无人机编队算法进行充分有效的验证，该***方便快捷、通用性强，可靠性高；模块化的编队算法接口，能够实现编队算法的快捷替换，满足不同算法的验证需求，同时也能使算法研发的迭代过程加快。
附图说明
图1为本实用新型基于小型四旋翼的无人机编队算法验证***的结构示意图。
附图标记：
1-小型四旋翼无人机、2-室内飞行场地、3-红外定位***、4-无线模块、5地面控制站、6-交换机。
具体实施方式
为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
下面结合附图对本实用新型的基于小型四旋翼的无人机编队算法验证***做进一步详细说明。
如图1所示，一种基于小型四旋翼的无人机编队算法验证***，包括多架编队飞行的小型四旋翼无人机1、室内飞行场地2、红外定位***3、无线模块4、地面控制站5、交换机6。
小型四旋翼无人机1在成品机架和开源飞控的基础上进行构建，机架标准尺寸为300mm×300mm，并在该小型四旋翼无人机1上固定有用于红外定位***3捕捉的发光标记点，开源飞控采用Pixhawk。利用开源飞控中的自动驾驶仪，使无人机(即小型四旋翼无人机1，以下均简写为无人机)能够响应地面控制站5发出的姿态和油门指令，调节控制器参数，使得无人机姿态和高度及动态特性满足编队飞行要求。飞控采用Mavlink协议与地面控制站5进行通信，接收控制指令并反馈关键飞行参数。
室内飞行场地2用于无人机的编队飞行，该室内飞行场地2框架采用铝制脚架搭建，整体便于拆卸和组装，标准尺寸为10m×15m×6m，并可以根据具体需要进行扩展。框架周边通过铺设低密度纤维编织网实现安全防护，地面铺多孔海绵为无人机提供意外坠落防护。
红外定位***3设置于室内飞行场地2内部，用于采集无人机运动状态信息。该红外定位***3采用商业成品，定位***由12个红外高速摄像机、数据处理计算机及三维运动捕捉***软件组成。三维运动捕捉***利用红外高速摄像机捕捉固定在小型四旋翼无人机1上的发光标记点，以此构建三维数据的运动采集与分析，实现多个无人机的定位与姿态测量。
地面控制站5运行在一台安装实时操作***的西门子847C工控机上，地面控制站5具备如下功能：加载航线、接收红外定位***数据、计算无人机姿态和油门控制量、向无人机发送控制指令、接收无人机状态信息、数据存储和回放。地面控制站采用Mavlink协议与无人机进行通信，采用基于C++的Mavlink库函数。地面控制站5中的人机交互界面利用QT进行编写。地面控制站5从网口读取红外定位***3发送的无人机位置与姿态信息，然后利用嵌入的无人机编队算法计算无人机控制指令，再通过无线数传模块发送给每个无人机。数据存储和回放功能基于SQL Server数据库管理***实现，用于对无人机编队算法测试过程中的数据存储。
通信链路的说明。通用算法验证平台工作时需要进行红外定位***3与地面控制站5间通信、地面控制站5与无人机间通信。红外定位***3与地面控制站5间的通信通过以太网交换机6实现，地面控制站5与无人机间通信通过无线商用XTend数传链路模块实现。
无人机编队算法通用接口的说明。无人机编队算法的输入是各架无人机的位置信息，输出是无人机姿态和油门控制量。采用Matlab/Simulink软件编写无人机编队算法，该算法提供规范了编队算法输入和输出的标准Simulink模型模板，生成动态链接库所需的脚本工具，以及调用动态链接库所需的标准函数。使用时，利用Simulink软件开发的无人机编队算法的输入输出进行检查确认后，直接放入标准模板中，然后一键生成地面控制站5可以调用的动态链接库，并且地面控制站5中调用编队算法动态链接库的代码不需要进行修改。
本实用新型通过搭建一个通用的验证平台，方便快捷地对不同编队算法进行验证，通过模块化的编队算法接口，搭建起通用的算法验证平台，实现编队算法的快捷替换，满足不同算法的验证需求，同时也能使算法研发的迭代过程加快。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种基于小型四旋翼的无人机编队算法验证***，其特征在于，包括基于开源飞控构建的多架编队飞行的小型四旋翼无人机(1)、用于无人机编队飞行的室内飞行场地(2)、设置于室内飞行场地(2)内部用于采集无人机运动状态信息的红外定位***(3)、以及地面控制站(5)；该地面控制站(5)通过交换机(6)读取红外定位***(3)发送的无人机数据信息，该地面控制站(5)嵌入有用于计算无人机控制指令的无人机编队算法，通过无线模块(4)实现无人机与地面控制站(5)间的数据传输。
2.根据权利要求1所述的基于小型四旋翼的无人机编队算法验证***，其特征在于，所述室内飞行场地(2)框架采用铝制脚架搭建，尺寸为10m×15m×6m,框架通过铺设低密度纤维编织网实现安全防护，该室内飞行场地(2)地面铺设多孔海绵以防止无人机意外坠落。
3.根据权利要求1所述的基于小型四旋翼的无人机编队算法验证***，其特征在于，所述小型四旋翼无人机(1)机架尺寸为300mm×300mm，并在该小型四旋翼无人机(1)上固定有用于所述红外定位***(3)捕捉的发光标记点；开源飞控采用Pixhawk。
4.根据权利要求3所述的基于小型四旋翼的无人机编队算法验证***，其特征在于，所述红外定位***(3)由12个红外高速摄像机、数据处理计算机以及三维运动捕捉***软件组成，三维运动捕捉***利用红外高速摄像机捕捉固定在所述小型四旋翼无人机(1)上的发光标记点，以此构建三维数据的运动采集与分析，实现多个无人机的定位与姿态测量。
5.根据权利要求1所述的基于小型四旋翼的无人机编队算法验证***， 其特征在于，所述无线模块(4)为基于Mavlink协议的XTend数传链路模块。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN111025032A (zh) * | 2019-12-28 | 2020-04-17 | 北京无线电计量测试研究所 | 一种基于升空平台的天线波束测量***及方法 |
| CN111596684A (zh) * | 2020-05-11 | 2020-08-28 | 西安爱生技术集团公司 | 固定翼无人机密集编队与防撞避障半实物仿真***及方法 |
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2017
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| CN111025032B (zh) * | 2019-12-28 | 2022-03-04 | 北京无线电计量测试研究所 | 一种基于升空平台的天线波束测量***及方法 |
| CN111596684A (zh) * | 2020-05-11 | 2020-08-28 | 西安爱生技术集团公司 | 固定翼无人机密集编队与防撞避障半实物仿真***及方法 |
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