专利名称：无人飞行器物理仿真试验平台地面监控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种仿真试验平台。特别是涉及一种能够实现对飞控系统控制算法直观且可靠评估的无人飞行器物理仿真试验平台地面监控系统。
背景技术：
近年来，对无人机飞行控制的研究已成为控制领域的一个热点。随之出现了一些无人飞行器控制算法，对这些控制算法有效性及准确性的验证，往往通过实际飞行器真实飞行进行最终检验，这就给实际飞行器飞行试验带来一定的安全隐患，并且对算法的有效评估往往需要花费更多的时间、人力、财力。目前，为了解决这些问题，对这些算法的评估通 常采用地面数学仿真和半实物仿真试验。这两种方法都在一定程度上受限于建模技术水平和物理环境仿真水平，并且其仿真结果与真实系统会有较大的偏差。无人机地面控制站是无人机系统的重要组成部分，是实现无人机系统调试及可靠性应用的基本保障，其提供的人机交互界面可使无人机在执行任务过程中充分发挥人的主观能动作用。传统的无人飞行器地面监控系统主要能完成实时采集、分析遥测数据，定时发送遥控指令，实时显示飞行数据的功能。这种地面控制站系统在对控制算法进行评估时，在航姿测试和导航制导测试中不能直观的表达出真实姿态和航行轨迹与理想状态下的区别，从而不能很好的对控制算法进行直观且可靠的评估。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种可以在飞行过程中实时采集无人飞行器物理模型的各项参数的同时，通过模拟仪表显示方式提供给地面站人员的无人飞行器物理仿真试验平台地面监控系统。本实用新型所采用的技术方案是一种无人飞行器物理仿真试验平台地面监控系统，包括一机三屏工业控制计算机，分别与一机三屏工业控制计算机相连的手动驾驶机构、电源、通过数据链路与机载测试系统进行通信的数传电台以及第一至第三显示屏幕。还设置有手动遥控器，所述的手动遥控器通过第二数据链路与机载测试系统进行通信。所述的第一显示屏幕为参数显示屏幕，所述的第二显示屏幕为实际地图轨迹跟踪图显示屏幕，所述的第三显示屏幕为实时显示无人飞行器物理模型的性能参数及故障警告信息与控制指令执行情况的相关信息的显示屏幕。所述的无人飞行器物理模型的性能参数包括航向角、横滚角、俯仰角、速度和高度。本实用新型的无人飞行器物理仿真试验平台地面监控系统，可以在飞行过程中实时采集无人飞行器物理模型的各项参数(包括地理坐标信息、姿态角信息、三轴角加速度信息、航向、高度、空速等其他信息)的同时，通过模拟仪表显示方式提供给地面站人员，通过控制命令提示框和故障/警告信息提示框方便地面站人员对无人飞行器物理模型的控制，与此同时在实验进行过程中还能对各项重要参数的期望值于实际采集值进行直观对t匕。包含以上功能的界面集成度高且简洁，运行稳定采集数据及时连续，有利于物理仿真实验，试验完成后的数据自动记录减轻了地面站人员的工作量。本实用新型实现了对飞控系统控制算法直观且可靠的评估。
图I是本实用新型的整体结构框图；图2是机载测试系统构成框图。其中I :一机三屏工业控制计算机2 :手动驾驶机构3:数传电台4:电源5:第一显示屏幕6:第二显示屏幕7:第三显示屏幕8:机载测试系统9:手动遥控器10:数据链路11:第二数据链路81:动力电源单元82:传感器单元83:中央处理器单元84 :模拟开关85 :舵机组单元86 :机载数传电台87 :遥控接收机88 :第一接收天线89 :第二接收天线
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型的无人飞行器物理仿真试验平台地面监控系统做出详细说明。如图I所示，本实用新型的无人飞行器物理仿真试验平台地面监控系统，包括一机三屏工业控制计算机1，分别与一机三屏工业控制计算机I相连的手动驾驶机构2、电源4、数传电台3以及第一至第三显示屏幕5、6、7，所述的数传电台3通过数据链路10与机载测试系统8进行通信。本实用新型的无人飞行器物理仿真试验平台地面监控系统的特性在于在系统中使用了一机三屏工业控制计算机来控制无人飞行器物理模型完成自动导航和姿态控制，其中，所述的第一显示屏幕5为参数显示屏幕，所述的第二显示屏幕6为实际地图轨迹跟踪图显示屏幕，所述的第三显示屏幕7为实时显示无人飞行器物理模型的性能参数及故障警告信息与控制指令执行情况的相关信息的显示屏幕，所述的无人飞行器物理模型的性能参数包括航向角、横滚角、俯仰角、速度(空速)和高度。还设置有手动遥控器9，所述的手动遥控器9通过第二数据链路11与机载测试系统8进行通信。(地面监控系统与机载测试系统通讯存在两条独立链路，一为通过数传电台进行通讯，地面监控系统安装数传电台1，机载测试系统安装数传电台2，正常测试运行状态下地面监控系统通过此回路与机载测试系统进行数据传输，地面正常状态下的自动模式和手动驾驶机构操纵模式均在此情况下运行；非正常状态下，当数传电台数据链路出现故障，可通过第二条无线通讯单项链路，通过控制手动遥控器迫降，该模式结构是机载测试系统另装有一硬件接收机，手动遥控器内置有发射机。)当测试控制率飞行试验中出现错误时，通过地面软件强制切换到手动遥控器控制模式，以便飞机能够安全着陆或继续执行飞行任务。如图2所示，所述的机载测试系统8包括有依次相连的传感器单元82、中央处理器单元83、模拟开关84和舵机组单元85，所述的中央处理器单元83还连接与第一接收天线88相连的机载数传电台86,所述的模拟开关84还连接与第二接收天线89相连的遥控接收机87，遥控接收机87 —路中断信号连接到中央处理器单元83，遥控接收机87其他4路信号(油门偏量、副翼舵偏量、升降舵偏量、方向舵偏量)连接到模拟开关。还设置有向各部分提供电源的动力电源单元81。本实用新型的无人飞行器物理仿真试验平台地面监控系统，机载测试系统将机载传感器单元收集的参数信息经过该系统内部处理后通过机载数传电台发送给地面监控系统，同时机载测试系统也能响应手动遥控器指令和地面监控系统控制指令实现飞行器物理模型控制，响应优先顺序可在飞行器物理模型起飞时由地面设定飞行过程中也可实时切换控制模式；地面监控系统一机三屏工业控制计算机通过数传电台接收到机载测试系统传下 的数据，经地面站软件处理分别对应的输出到第一至第三三个屏幕，手动驾驶机构连接一机三屏工业控制计算机将控制指令经地面站处理成机载设备能识别的控制指令，实现地面监控系统自动控制，电源提供整个地面站系统的供电。
权利要求1.一种无人飞行器物理仿真试验平台地面监控系统，其特征在于，包括一机三屏工业控制计算机(I)，分别与一机三屏工业控制计算机(I)相连的手动驾驶机构(2)、电源(4)、通过数据链路(10)与机载测试系统(8)进行通信的数传电台(3)以及第一至第三显示屏幕(5、6、7)。
2.根据权利要求I所述的无人飞行器物理仿真试验平台地面监控系统，其特征在于，还设置有手动遥控器(9)，所述的手动遥控器(9)通过第二数据链路(11)与机载测试系统(8)进行通信。
3.根据权利要求I所述的无人飞行器物理仿真试验平台地面监控系统，其特征在于，所述的第一显示屏幕(5)为参数显示屏幕，所述的第二显示屏幕(6)为实际地图轨迹跟踪图显示屏幕，所述的第三显示屏幕(7)为实时显示无人飞行器物理模型的性能参数及故障警告信息与控制指令执行情况的相关信息的显示屏幕。
4.根据权利要求3所述的无人飞行器物理仿真试验平台地面监控系统，其特征在于，所述的无人飞行器物理模型的性能参数包括航向角、横滚角、俯仰角、速度和高度。
专利摘要一种无人飞行器物理仿真试验平台地面监控系统，包括一机三屏工业控制计算机，分别与一机三屏工业控制计算机相连的手动驾驶机构、电源、通过数据链路与机载测试系统进行通信的数传电台以及第一至第三显示屏幕。还设置有手动遥控器，所述的手动遥控器通过第二数据链路与机载测试系统进行通信。本实用新型界面集成度高且简洁，运行稳定采集数据及时连续，有利于物理仿真实验，试验完成后的数据自动记录减轻了地面站人员的工作量。本实用新型实现了对飞控系统控制算法直观且可靠的评估。
文档编号G05B17/02GK202533754SQ201120389098
公开日2012年11月14日 申请日期2011年10月14日 优先权日2011年10月14日
发明者吉文超, 孙洪强, 尹楚雄, 张巨联, 罗云林, 陈学虎, 陈宝杰 申请人:中国民航大学