无人机飞行仿真系统关键技术地研究

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1、国内图书分类号：TP391.9学校代码：10213国际图书分类号：629.7.08密级：公开工学硕士学位论文无人机飞行仿真系统关键技术研究硕士研究生：姚崇导师：蔡则苏副教授申请学位：工学硕士学科：计算机科学与技术所在单位：计算机科学与技术学院答辩日期：2014年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据ClassifiedIndex:TP391.9U.D.C:629.7.08DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringKEYTECHNOLOGYRESARCHOFUAV

2、FLIGHTSIMULATIONSYSTEMCandidate:YaoChongSupervisor:Prof.CaiZesuAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:ComputerScienceandTechnologyAffiliation:SchoolofComputerScienceandTechnologyDateofDefence:June,2014Degree-Conferring-Institution:HarbinIns

3、tituteofTechnology万方数据哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着现代航空工业的飞速发展，无论是在民用还是军用领域，飞行器的速度、机动性、升限等都得到了极大的提升，在不断追求更高、更快和更好的机动性能的同时，正在向着空天飞行器的方向发展。而作为飞行器的驾驶员——人类已经不能够胜任如此之高的强度。因此，无人机应运而生，并呈现出强劲的发展势头。无人机就其本质上来说是一种飞行机器人。它与传统的“有人机”相比，其特点和优势主要表现在：无人机具有零人员伤亡、运营成本低、机动性和适应性强等特点。然而对无

4、人机的研究，也存在着开发周期长、资金投入高、耗费人力物力巨大等问题。因此，对于无人机进行仿真研究也同样具有极其重要的意义，它不仅可以大大缩短开发周期，节省成本，而且可以用于验证无人机自动驾驶、决策、任务规划、任务协同、战略战术等的可行性与正确性。对无人机系统进行飞行仿真主要包括空气动力学数学模型仿真、飞行视景仿真、自主控制和任务规划等方面。本文主要对其中前两个方面的内容进行了相关研究：一是对无人机的空气动力学特性利用RBF神经网络进行数学建模；二是利用OSG图形渲染引擎对无人机进行可视化的仿真。鉴于现代无人

5、机飞机的气动布局和动力学特性越来越为复杂，传统的理论建模方法很难达到逼真的效果。因此，本文提出了一种对飞行数据采用RBF神经网络进行拟合和逼近的气动模型建模方法。该方法可以充分利用无人机在飞行过程中记录的飞行数据，对其气动特性进行建模，不仅可以真实反映具有复杂气动布局的现代飞行器的气动特性，而且对单架个体具有很强的针对性，能够做到有的放矢。在视景仿真方面，本文采用OSG渲染引擎作为开发工具，OSG是一套开源的、成熟的、应用广泛的图形库，使用OSG能够高效、灵活和方便的进行飞行仿真视景系统的开发。本文主要研究

6、了利用VPB构建大规模飞行地形和场景，视景系统与Matlab闭环通信和基于DirectInput的杆、舵等硬件设备参数采集等问题。最后，通过将气动模型和视景系统进行联合调试表明：采用本文论述的方法建立的无人机飞行仿真系统，在气动模型、视景系统等方面均达到了飞行仿真的要求。所建立的飞行仿真系统具有高逼真度和较强针对性等特点，能够将该系统运用于无人机相关研究和人员训练等领域。关键词：神经网络；无人机；OSG；飞行仿真I万方数据哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopm

7、entofmodernaviationindustry,vehiclespeed,maneuverability,ceilinghavebeengreatlyimprovedinbothcivilandmilitaryfields.wearepursuitofhigher,fasterandbetterflexibleperformance,atthesametime,itdevelopedalongthedirectionofaerospacevehicle.Inthiscontext,asaaerocr

8、aftdriver–humansdonotuptosuchahighintensity.So,UAViscreatedandappearstohaveanpowerfuldevelopment.TheessenceofUAVisakindofflyingrobot.Comparedwiththetraditional"mannedaircraft",itscharacteristicandadvantageism