行模拟器的3D仿真 结果图。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步说明。
[0036] 本实施例中的多无人机分布式协同的硬件在回路实时仿真实验系统，其结构如图 1所示，其包括；4台无人机模拟计算机，分别用符号a、b、C、d表示，1台链路模拟计算机和 4台自动驾驶仪，分别用符号A、B、C、D表示。链路模拟计算机与4台无人机模拟计算机在 局域网A中，链路模拟计算机能够与4台无人机模拟计算机中的任一台相互通信，同时4台 无人机模拟计算机之间能够相互通信；链路模拟计算机与4台自动驾驶仪在局域网B中，链 路模拟计算机能够与4台自动驾驶仪中的任一台相互通信。自动驾驶仪A、B、C、D分别负 责控制无人机模拟计算a、b、C、d中的飞机模型。
[0037] 所述无人机模拟计算机是安装运行了飞行模拟器软件的计算机。
[0038] 所述无人机模拟计算机的主要功能包括；①通过链路模拟计算机接收与所述无人 机模拟计算机对应的自动驾驶仪发送来的无人机模型控制量；②无人机模拟计算机根据接 收到的无人机模型控制量控制飞行模拟器软件中无人机模型运动，并得到无人机模型的状 态信息。⑨将无人机模型的状态信息输出给链路模拟计算机。④每台无人机模拟计算机与 其它无人机模拟计算机之间通信，向其它无人机模拟计算机发送自身无人机模型的状态信 息，同时接受其它无人机模拟计算机中无人机模型的状态信息。
[0039] 所述无人机模拟计算机上的飞行模拟器软件优选AustinMeyer开发商开发的商 业飞行模拟器软件X-Plane10(全球版）。
[0040]X-Plane10 有S个版本；X-PlanelOProfessional(专业版），X-Plane lOGlobal(全球版）和X-PlanelOReginal(地区版）。专业版需要和专口的飞行器控制硬 件配套使用，整套系统需要数十万美元，而且是经过FAA(美国联邦航空局）认证的模拟器。 全球版和专业版的主要区别是没有配套的硬件，但飞行器仿真模型和专业版的几乎一样， 只是仪表面板的显示差别，而且价格便宜、包含全世界=维地图。地区版是全球版的子集， 只包含部分区域地图。X-Plane还支持UDP传输协议等诸多功能。本实例选用的是全球版 X-Plane。
[0041]所述链路模拟计算机安装了链路模拟软件。
[0042] 链路模拟计算机的主要功能包括；①从自动驾驶仪接收无人机模型控制量，并转 发给与所述自动驾驶仪对应的无人机模拟计算机；②从无人机模拟计算机接收无人机模型 的状态信息，并根据通信拓扑转发给所有自动驾驶仪。⑨在向所有自动驾驶仪转发无人机 模型的状态信息的过程中，能够实时改变通信拓扑来模拟现实世界中无人机网络的通信拓 扑。④用户通过链路模拟计算机在通信数据中人为添加噪声和延迟，用于仿真真实通信环 境。
[0043]自动驾驶仪的主要功能包括；根据接收到的所有无人机模型的状态信息，计算与 所述自动驾驶仪对应的无人机模拟计算机中无人机模型控制量，并将其通过链路模拟计算 机发送给对应的无人机模拟计算机。
[0044] 对待验证多无人机分布式协同控制算法如公式（1)至（4)所示。
[0045] 网络中的每台无人机模型用如公式（1)所示的动力学方程描述。
[005引其中，Xi、y;、ZiGR，分别表示第i台无人机模型的；维位置分量，i= 1，2, 3, 4 ;ViGR，表示第i台无人机模型的水平速度分量；R，表示第i台无人机模型的垂直速 度分量；iDiGR，表示第i台无人机模型的航向角；riGR，表示第i台无人机模型航向角 速率；vf，，V';,eR分别表示第i台无人机模型的水平速度、航向角速率和垂直速度指 令；a，P，丫为时间常数，在本实例中分别取为a= 丫 = 5, 0 = 10。
[0054]构造一个映射，如公式（2)所示，将公式（1)进行输入输出线性化，
[00巧] Xfi= X i+diCos (i]5
[0056] Yji=yi+diSin(it ；)
[0057]
(2)
[005引其中，di是任意正常数。
[0059] 线性化后得到第i台无人机模型的动力学模型，如公式（3)所示。
[0064]其中，rfi=[X H YfjT, y H= [ y xi y xi]T。
[006引基于模型做的分布式一致性编队控制器如公式（4)所示。
[0068] 其中，ay是图2所示通信拓扑对应的邻接矩阵元素；rdi是编队常数，本实例取为 10 ;K是个反馈增益矩阵，在本实例中取；
[0069] 使用本发明提出的多无人机分布式协同的硬件在回路实时仿真实验系统对如公 式（1)至（4)所示的待验证多无人机分布式协同控制算法进行仿真实验，其具体过程为：
[0070] 步骤1;分别设置每台无人机模拟计算机中X-Plane的无人机模型参数、环境参数 和网络参数；根据待验证多无人机分布式协同控制算法的通信拓扑、噪声强度和通信延迟 参数设置链路模拟计算机的通信拓扑（如图2所示）、噪声强度和通信延迟参数；在自动驾 驶仪上实现待验证的分布式协同控制算法，称其为待验证的分布式协同控制器，并设置其 参数。
[0071] 在本实例中选用X-Plane模拟器中自带的Bel1-206型直升机模型来进行演示。在 无人机模拟计算机上飞行模拟器软件的设置输出参数有：帖率、角速度、欧拉角、经绅度和 地面速度；在无人机模拟计算机上根据不同的飞行器模型配置X-Plane的控制输入量，对 于直升机类飞行器模型，输入参数主要有；周期变矩、主奖和尾奖总距。
[0072] 其中，帖率是个重要参数，它表示所述无人机模拟计算机中飞行模拟器的仿真计 算频率，它直接决定待验证分布式算法的实际计算频率，帖率过低会导致控制器不稳定。因 此帖率高越好，本实施例中采用W下两种方法提高帖率。一是升级计算机的硬件配置，尤 其是显卡配置；二是降低飞行模拟器中的环境擅染质量，通过关闭X-Plane中的云雾、风雨 效果，降低能见度等方式来加快帖率。
[007引步骤2 ;估算局域网A化及局域网B中各自路由器的最小带宽，确定局域网A化及 局域网B中使用的路由器参数。
[0074] 局域网A中随着无人机模拟计算机数量的增多会出现通信瓶颈，因此需要选择一 个合适的路由器来满足通信带宽需求。可通过公式（5)估算理论最小带宽。
[007引Rnet=Nsim(Ndm+l) (Phea<l+Pdata)F妨
[007引其中，R。。,表示局域网A中路由器的速度，Ndm表示无人机模拟计算机的数量，Phead表示基于用户数据报协议UDP数据报头的大小，Pdwa表示基于用户数据报协议UDP数据报 数据域的大小，F表示基于用户数据报协议UDP数据包的频率。
[0077] 对于局域网B，各个自动驾驶仪只和链路模拟计算机通信，自动驾驶仪之间不通 信，路由器的选择可按照公式（6)来估算理论最小带宽：
[007引 Rwnet= 2Nauto(Phead+Pdata)F 做
[007引其中，R，。。康示局域网B路由器的速度，Naut。表示自动驾驶仪数量。
[0080] 本实施例中，仿真频率是30化，局域网A中路由器使用市面常见的100M路由器。 基于步骤1的配置可计算每个UDP数据报的总长度是185个字节。根据公式（5)可估算利 用该路由器组建的有线局域网中最多能支持的计算机数量，得到Ndm= 46。该编队中的无 人机数量有4架，因此网络的带宽完全能够满足需求。根据公式化），局域网B中路由器选 择100M路由器。
[0081] 步骤3;整套仿真系统准备完毕并开始运行，每台无人机模拟计算机将自身无人 机模型的状态信息发送给链路模拟计算机。
[0082] 步骤4 ;链路模拟计算机根据其分别在局域网A和局域网B的地址创建基于用户 数据报协议扣serDiagramProtocol,UDF0的套接字a和套接字b。
[0083] 步骤5 ;套接字a和套接字b均启动各自的接收线程等待数据到来，其中，套接字a