无人机模拟训练视景仿真系统设计与实现

讨论了在PC机上实现无人机模拟训练视景仿真的系统结构、实现平台、模型和仿真数据库组织方法,具体介绍了系统各子模块的实现方法。

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第2 7卷 20 0 7年 6月文章编号：0 1— o 1 2 0 ) 1一 l7一o 10 9 8 (0 7 s O O 2

计算机应用Co utrAp lc to s mp e p i ai n

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无人机模拟训练视景仿真系统设计与实现林冬生，幸鲍传关郑， (. 1武汉军械士官学校无人机系，湖北武汉 4 0 7; 2解放军炮兵学院 5系， 30 5 .安徽合肥 20 3 ) 30 1( n 9 O O 5 1 3 cm 1 1 8 12@ 6 .o ) i

摘

要：讨论了在 P C机上实现无人机模拟训练视景仿真的系统结构、实现平台、型和仿真数模

据库组织方法，体介绍了系统各子模块的实现方法。具 关键词：视景仿真；无人机中图分类号： P 9 . T 3 19文献标识码： A是实现三维实景仿真，使它生成的视景具有很好的逼真度，实时流畅的渲染速度。

无人机的操纵是一个复杂的过程，操纵手有着很高的对要求。在无人机模拟训练中，操纵手需要在一种接近实际的

被仿真的环境中感知周围环境，在很大程度上取决于视景这系统提供的实时视觉反馈来指导操纵手及时的控制飞机并采取相应的战术动作。所以视景仿真系统在模拟训练中起到了重要的作用。本文提出的视景仿真系统实施方案，在 P 能 c机上实现实时仿真，以用来进行无人机的操作训练。可

2系统的实现平台如图 1所示，飞机和机载平台的数学模型仿真是在工控机上采用 V Wok实时操作系统来实现。地面站仿真计算机 x rs是在工控机上采用 Widw操作系统， no s利用 Lb idw/ V a wno sC I编程实现。视景仿真系统的运行平台是 P 3 0 1内存/ 4 ./ GG 60G F 6 0 T双头显示显卡/ n o s P操作系统。无人机模拟 Wi wX d

1无人机视景仿真系统构成 系统分为 3个部分：飞机和机载平台数学模型仿真、无人机视景仿真和地面站控制系统仿真。如图 1所示。无人机的视景仿真采用局域网通信，以获得无人机的数学仿真数据。

训练视景软件采用 V C和 O E G P N L进行开发，软件运行在wn 2平台， i3视景驱动采用实时驱动软件 V g ea和 O E G P N L支

持，场景数据库

开发工具选用 Mu ie ra r V g。 lG nCet和 ea t o

l飞和载数模 I无机 机机平台学型 :人仿I仿真计算机 ( T控机) l l 真数据库 l

3三维实景仿真系统的实现 三维场景是由不同种类的景物构成，相应的视景仿真环境也是由不同种类的模型来仿真，同种类景物的三维仿真不的处理各不相同，在具体实现时需要具体对待。本系统中出现的景物模型按照建模方法的不同，分为以下几个部分： 1无人机视景模型的建模和处理； ) 2大地形的建模和处理； ) 3地表建筑物及目标点的建模和处理； ) 4云彩和天空的建模和处理； ) 5爆炸火焰烟雾等特殊效果的处理。 )3 1视景中飞机的行为模型 .

视景仿真计算机—一视景仿 P,,F6o T oM p _数据 4 GG6oG, o bs’ l l『 1库设±

图 1仿真系统结构

1 1仿真系统结构 .

系统 3个子仿真系统计算机之间通过局域网传输数据。 仿真系统的结构如图 1示。数学模型的仿真任务是对某型所号无人机及机载平台建立运动学和动力学数学模型，仿真在时对用户输入的控制指令进行仿真计算，到虚拟飞机的实得

时姿态数据。视景仿真部分，据数学仿真部分提供的无人根机的位姿参数和场景中的地形地貌信息数据，时显示三维实场景。地面控制站仿真主要通过扫描键盘指令，实现对无人机的控制，并把数据实时发送给数学模型仿真计算机。12三维实景仿真 .

三维实景仿真是实现整个视景仿真系统的核心和关键。 视景仿真系统的几个主要特征是”: J多感知性、临场感、交互性，几乎都是由三维实景仿真子系统来决定的。三维场景的图形实时显示，系统才能有好的临场感。而场景的图像的渲染速度决定了系统的交互性，纵手对仿真系统中的虚拟飞操机发出指令以后，三维场景中的无人机必须同时作出相应的图 2场景模型

整个视景中要表现的内容包括：飞机发射前在地面自检的过程、点火起飞过程、中飞行过程、降回收过程、空伞自毁爆炸过程以及丢失目标的状态；每一个过程或状态中除了表现动态的飞机的行为，同时还要表现静态的地面、天空等。适当地划分场景状态，并找出发生状态转移

的触发机制，是准确描

动作和变化，才能让操纵手感觉到其对飞机的控制，系统才有好的交互性。因此无人机视景仿真系统实现的关键和难点就收稿日期：0 6—1 20 2—1 4

作者简介：林冬生 (90,, 18一)男湖北随州人，助教，士研究生，硕主要研究方向：备技术保障；郑幸(99一)男，装 17,湖北武汉人，助教，硕士研究生，主要研究方向：无人机控制、系统维修；鲍传美 ( 8一)男，导航 1 0,安徽六安人， 9助教，,硕士主要研究方向：无人机控制、导航系统维修 .

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