固定翼飞行器实时仿真系统及仿真方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及固定翼飞行器仿真领域，尤其涉及一种固定翼飞行器实时仿真系统及仿真方法。
【背景技术】
[0002]传统的飞行器设计、生产、试飞验证是一个复杂而漫长的过程，现有的飞行器试飞技术风险和试验成本都非常高。
[0003]现在最基本的方法是对所设计的飞行器模型进行全数字仿真，现有的全数字仿真实时性差、通用性差。首先，MATLAB/Simulink仿真技术是欠实时或者超实时的，由于飞行器模型过于复杂，数字仿真一般都是欠实时仿真，仿真时间极其缓慢；其次，传统的飞行器仿真技术仅适用于单一型号的飞行器，如果直接对MATLAB/Simulink中的飞行器模型进行C语言代码改写不仅要进行正确的离散化处理，还要用C代码编写控制算法以及飞行器模型的各个环节，这将面临的是极其繁重的代码编写，不但增加了开发周期，而且代码的质量也不能保证，后期的调试工作也极其复杂，增大了仿真成本。
[0004]为了能和真实时间同步，就要对飞行器进行实时仿真，就需要利用实时操作系统。为了避免复杂的编程及调试工作，就需要设计通用性的飞行器实时仿真系统。
[0005]因此，如何使飞行器仿真系统验证设计的控制算法、实时地模拟飞行场景并提高飞行器仿真系统的通用性、降低仿真成本成为亟待解决的问题。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是:现有的飞行器仿真技术中实时性差、通用性差、仿真成本高的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提出了一种固定翼飞行器实时仿真系统，该系统包括:下位机、上位机、地面站单元、仪表单元、视景单元和参数接口单元；
[0008]所述下位机用于在所述实时嵌入式系统中运行飞行器模型；
[0009]所述上位机用于将飞行器模型应用程序编译进实时嵌入式操作系统中，并将编译后的实时嵌入式操作系统发送到所述下位机中；用于实时修改飞行器模型的PID控制参数、监测控制所述飞行器模型的运行状态；
[0010]所述地面站单元包括控制模块、数据模块和地图模块，所述控制模块用于发送控制指令至所述飞行器模型，所述数据模块用于接收所述飞行器模型发送的飞行状态数据，所述地图模块用于根据所述飞行器模型的飞行状态数据实时记录所述飞行器模型的飞行轨迹；
[0011]所述仪表单元用于根据接收到的所述下位机发送的飞行状态数据判断所述飞行器模型是否正常飞行；
[0012]所述视景单元用于根据接收到的所述下位机发送的飞行状态数据显示所述飞行器模型的飞行状态；
[0013]所述参数接口单元用于向所述下位机发送指定的飞行器模型参数以实现指定的固定翼飞行器的实时仿真。
[0014]可选地，所述上位机具体用于:
[0015]控制所述飞行器模型的启动和停止，修改所述飞行器模型的PID控制参数，接收所述下位机发送的飞行器模型的飞行状态数据并显示。
[0016]可选地，所述控制模块具体用于:
[0017]发送初始化数据至所述下位机，所述初始化数据包括机场三维坐标、机场方位角、燃油重量和飞行器载重量；
[0018]设置所述飞行器模型的任务模式，所述飞行器模型的任务模式包括手动模式和自动模式；
[0019]发送导航点和导航指令至所述下位机。
[0020]可选地所述上位机，具体用于:
[0021]根据选定的飞行器型号，搭建Simulink模型；
[0022]利用实时工作箱RTW技术将所述模型编译生成C代码，在C代码中增加所述上位机和所述下位机通信的代码，生成飞行器模型应用程序，将飞行器模型应用程序编译进Vxworks 系统。
[0023]可选地，所述下位机、所述上位机、所述地面站单元、所述仪表单元、所述视景单元和所述参数接口单元通过路由器组成局域网。
[0024]可选地，所述下位机还包括半物理仿真接口，所述下位机通过所述半物理仿真接口与半物理仿真系统相连；
[0025]所述上位机还包括传感器仿真模块，所述传感器仿真模块用于根据所述半物理仿真系统检测到的真实飞行器的飞行状态数据调整所述飞行器模型的飞行参数和大气参数。
[0026]本发明还提出了一种固定翼飞行器实时仿真方法，包括以下步骤:
[0027]上位机发送编译后的实时嵌入式操作系统至下位机，重新启动所述下位机；
[0028]所述上位机发送启动指令至下位机中的飞行器模型，所述飞行器模型在所述实时嵌入式操作系统中运行；
[0029]地面站单元的控制模块发送控制指令至所述飞行器模型；
[0030]所述下位机向所述上位机、地面站单元、仪表单元和视景单元发送飞行状态数据。
[0031]可选地，所述上位机发送编译后的实时嵌入式操作系统至下位机之前，该方法还包括:
[0032]利用路由器搭建局域网，所述局域网包括下位机、上位机、地面站单元、仪表单元、视景单元和参数接口单元；
[0033]在所述上位机中搭建飞行器模型；
[0034]配置所述仪表单元和所述视景单元的参数；
[0035]在所述上位机中将所述飞行器模型编译进实时嵌入式操作系统中，所述上位机将编译后的实时嵌入式操作系统发送到所述下位机中。
[0036]可选地，固定翼飞行器实时仿真方法还包括:
[0037]参数接口单元发送飞行器模型的参数至所述下位机，以进行指定型号的固定翼飞行器实时仿真。
[0038]可选地，固定翼飞行器实时仿真方法还包括:
[0039]所述上位机向所述下位机发送飞行器模型的PID控制参数。
[0040]本发明提供一种固定翼飞行器实时仿真系统及仿真方法，直接对设计的控制算法进行验证，验证通过后，接入地面站单元、仪表单元及视景单元构成实时仿真系统，实时地模拟飞行场景并提高飞行器仿真系统的通用性，避免了复杂的编程及调试工作，降低了仿真成本。本发明利用实时工作箱RTW技术实现在飞行器模型运行时调整PID控制参数，脱离了 Simulink外部模式实时调参的功能。利用本发明能在飞行器生产前发现问题，优化设计，降低试验成本及风险。
【附图说明】
[0041]通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中:
[0042]图1示出了本发明一个实施例的固定翼飞行器实时仿真系统图；
[0043]图2示出了本发明一个实施例的固定翼飞行器实时仿真方法图；
[0044]图3示出了 RTW(Real-Time Workshop，实时工具箱)技术原理图；
[0045]图4示出了固定翼飞行器中参数接口单元的界面；
[0046]图5示出了基于Vxworks的实时仿真程序；
[0047]图6示出了上位机单元界面；
[0048]图7示出了地面站单元界面。
【具体实施方式】
[0049]下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
[0050]图1示出了本发明一个实施例的固定翼飞行器实时仿真系统图。如图1所示，该固定翼飞行器实时仿真系统包括:下位机1、上位机2、地面站单元3、仪表单元4、视景单元5和参数接口单元6 ;
[0051]下位机I用于在所述实时嵌入式系统中运行