基于无人机的飞行模拟训练系统及其飞行模拟方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种仿真飞行领域的技术，具体是一种基于无人机的飞行模拟训 练系统及其飞行模拟方法。
【背景技术】
[0002] 现有飞行模拟器主要通过计算机飞行模拟软件，将机型模型数据进行模拟后，输 出给视景、仪表和运动系统进行视觉以及体感的仿真，其实用性存在一定的局限性。首先， 现有飞行模拟器的数据来源于软件模型，所模拟的情境不包括真实飞行环境中的飞行器可 能受到的气流扰动或其他意外情况;其次，现有模拟器采用计算机生成的虚拟视景，这与真 实视景仍存在较大差异。
[0003] 经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN104932530A，公开（公告）日 2015.09.23,公开了一种无人机操控系统及其下行遥测方法、上行遥测方法，包含无人机操 控台、综合处理计算机、飞行控制计算机、视景仿真计算机、视频压缩模块和接口控制模块。 接口控制模块实现综合处理计算机与无人机之间的数据交互。综合处理计算机对下行遥测 数据的分解，将姿态信息发送给视景仿真计算机，将机体信息发送给飞行控制计算机。视景 仿真计算机解析姿态信息完成无人机前视图像的模拟，并将模拟前视图像送至视频压缩模 块;视频压缩模块将模拟前视图像进行压缩编码后产生视频码流。飞行控制计算机解析无 人机机体参数信息和解压视频码流，将机体参数信息和视频码流叠加，输出给无人机控制 台显示。该技术中需要对视景信息进行压缩处理，在二次模拟的基础上通过数据叠加才能 实现视景模拟，且视景模拟的结果只能保障基本的驾驶操纵而无法还原真实的操纵环境。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种基于无人机的飞行模拟训练系 统及其飞行模拟方法，能够提高模拟飞行的质量，满足飞行培训、航空旅游以及研究试验的 需求。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的，
[0006] 本发明涉及一种基于无人机的飞行模拟训练系统，包括:设有仪表仿真模块、操纵 模拟模块、操纵模块、视景模块和地面通信模块的地面驾驶平台及设有机载通信模块、视景 采集模块、飞行数据采集模块和机载飞行控制模块的无人机，其中：操纵模块接受操作指令 并与操纵模拟模块相连输出操纵信息，操纵模拟模块、地面通信模块、机载通信模块和机载 飞行控制模块依次相连并上行传输模拟操纵信息，视景采集模块、飞行数据采集模块分别 与机载通信模块相连并输出实时视景信息和模拟飞行信息，机载通信模块与地面通信模块 相连并下行传输视景信息和模拟飞行信息，地面通信模块与视景模块相连并输出高还原的 视频信息、与仪表仿真模块相连并输出无人机飞行信息，视景模块向地面驾驶平台输出当 前无人机实时拍摄到的景色，仪表仿真模块向地面驾驶平台输出无人机的仿真飞行信息。
[0007] 所述的机载飞行控制模块控制无人机操作舵面实现模拟飞行。
[0008]所述的无人机满足相似性第一、第二定律以及雷诺数Re相似原理，对真实飞机的 各项飞行性能进行仿真。
[0009 ]本发明涉及上述系统的飞行模拟方法，包括以下步骤：
[0010] 步骤1、首先制作与真实飞行器几何相似的缩比无人机:无人机与真实飞行器的特 征长度之比# = k，对应角度之比f = 1，其中：f表示真实飞行器，m表示无人机； um ?ηι
[0011] 步骤2、无人机飞行时，飞行数据采集模块采集到无人机当前的飞行数据，下行传 输至仪表仿真模块，仪表仿真模块对无人机当前的飞行数据进行雷诺数Re相似处理，得到 仪表仿真数据并输出至地面驾驶平台；
[0012] 步骤3、飞行员根据仪表仿真数据进行真实的飞行操纵，真实的操纵信息经操纵模 拟模块进行雷诺数Re相似处理，上行传输至机载飞行控制模块，控制无人机继续飞行。 技术效果
[0013] 与现有技术相比，本发明通过无人机获得实际飞行过程中的飞行数据，并能根据 相似原理进行处理进而得到高度仿真的飞行效果。相比传统的模拟飞行系统，增强了与实 际飞行环境的交互体验;无人机实时采集图像，并在地面驾驶平台上显示实时真实的图像 而非后期处理或者模拟过的图像，能够还原实际飞行过程中的各类视觉场景指导飞行员进 行趋于真实环境中的操作。
【附图说明】
[0014]图1为本发明原理不意图；
[0015]图2为本发明系统结构示意图；
[0016]图中：仪表仿真模块11、操纵模拟模块12、操纵模块2、视景模块3、地面通信模块4、 地面驾驶平台5、机载通信模块6、视景采集模块7、飞行数据采集模块8、机载飞行控制模块 9、无人机10。
【具体实施方式】
[0017] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 实施例1
[0018] 如图1和图2所示，本实施例涉及一种基于无人机的模拟飞行训练系统，包括:设有 仪表仿真模块11、操纵模拟模块12、操纵模块2、视景模块3和地面通信模块4的地面驾驶平 台5及设有机载通信模块6、视景采集模块7、飞行数据采集模块8和机载飞行控制模块9的无 人机10,其中：操纵模块2接受操作指令并与操纵模拟模块12相连输出操纵信息，操纵模拟 模块12、地面通信模块4、机载通信模块6和机载飞行控制模块9依次相连并上行传输模拟操 纵信息，视景采集模块7、飞行数据采集模块8分别与机载通信模块6相连并输出实时视景信 息和模拟飞行信息，机载通信模块6与地面通信模块4相连并下行传输视景信息和模拟飞行 信息，地面通信模块4与视景模块3相连并输出高还原的视频信息、与仪表仿真模块11相连 并输出无人机飞行信息，视景模块3向地面驾驶平台5输出当前无人机10实时拍摄到的景 色，仪表仿真模块11向地面驾驶平台5输出无人机10的仿真飞行信息。
[0019] 所述的机载飞行控制模块9控制无人机10的操作舵面实现模拟飞行。
[0020] 本实施例涉及上述系统的飞行模拟方法，包括以下步骤：
[0021] 步骤1、首先制作与真实飞行器几何相似的缩比无人机10:无人机10与真实飞行器 的特征长度之比$ = k，对应角度之比g = 1，其中：f表示真实飞行器，m表示无人机10;
[0022]步骤2、无人机10飞行时，飞行数据采集模块采集到无人机10当前的飞行数据，下 行传输至仪表仿真模块11，仪表仿真模块11对无人机10当前的飞行数据进行雷诺数Re相似 处理，得到仪表仿真数据并输出至地面驾驶平台5;
[0023] 步骤3、飞行员根据仪表仿真数据进行真实的飞行操纵，真实的操纵信息经操纵模 拟模块12进行雷诺数Re相似处理，上行传输至机载飞行控制模块9,控制无人机10继续飞 行。
[0024] 根据雷诺数Re相似，当
时，
.其中：V为特征速度，L为特征 长度，v为运动粘性系数，f表示真实飞行器，m表示无人机;假设无人机10在速度60km/h和真 实飞机速度在180km/h时雷诺数相同，那么在无人机10以60km/h飞行时地面驾驶平台仪表 显示时速为180km/h。
【主权项】
1. 一种基于无人机的飞行模拟系统，其特征在于，包括:设有仪表仿真模块、操纵模拟 模块、操纵模块、视景模块和地面通信模块的地面驾驶平台及设有机载通信模块、视景采集 模块、飞行数据采集模块和机载飞行控制模块的无人机，其中：操纵模块接受操作指令并与 操纵模拟模块相连输出操纵信息，操纵模拟模块、地面通信模块、机载通信模块和机载飞行 控制模块依次相连并上行传输模拟操纵信息，视景采集模块、飞行数据采集模块分别与机 载通信模块相连并输出实时视景信息和模拟飞行信息，机载通信模块与地面通信模块相连 并下行传输实时视景信息和模拟飞行信息，地面通信模块与视景模块相连并输出高还原的 视频信息、与仪表仿真模块相连并输出无人机飞行信息，视景模块向地面驾驶平台输出当 前无人机实时拍摄到的景色，仪表仿真模块向地面驾驶平台输出无人机的仿真飞行信息。2. 根据权利要求1所述的基于无人机的飞行模拟系统，其特征是，所述的机载飞行控制 模块控制无人机操作舵面。3. -种上述任一权利要求所述系统进行飞行模拟的方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1、首先制作与真实飞行器几何相似的缩比无人机:缩比无人机与真实飞行器的特 征长度之比;^ = k，对应角度之比^ = 1，其中：f表示真实飞行器，m表示无人机； 步骤2、无人机飞行时，飞行数据采集模块采集到无人机当前的飞行数据，下行传输至 仪表仿真模块，仪表仿真模块对无人机当前的飞行数据进行雷诺数Re相似处理，得到仪表 仿真数据并输出至地面驾驶平台； 步骤3、飞行员根据仪表仿真数据进行飞行操纵，为得到与真实飞机同样的操纵效果， 地面的操纵信息经操纵模拟模块根据相似原理处理，上行传输至机载飞行控制模块，控制 无人机继续飞行。
【专利摘要】一种仿真飞行技术领域的基于无人机的飞行模拟系统，包括：设有仪表仿真模块、操纵模拟模块、操纵模块、视景模块和地面通信模块的地面驾驶平台及设有机载通信模块、视景采集模块、飞行数据采集模块和机载飞行控制模块的无人机，其中：操纵模块、操纵模拟模块、地面通信模块、机载通信模块和机载飞行控制模块依次相连并传输经模拟的无人机操纵信息，视景采集模块、飞行数据采集模块分别与机载通信模块相连并输出实时视景信息和模拟飞行信息，机载通信模块、地面通信模块与视景模块依次相连并输出高还原的视频信息、与仪表仿真模块依次相连并输出无人机飞行信息。本发明能够提高模拟飞行的质量，满足飞行培训、航空旅游以及研究试验的需求。
【IPC分类】G09B9/30, G09B9/16, G09B9/08
【公开号】CN105608952
【申请号】CN201610172243
【发明人】吴俊琦, 王弘毅, 马昭, 叶咸隆, 马炜玮
【申请人】上海交通大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年3月24日