多无人机仿真平台的设计与实现

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1、29卷第4期计算机仿真2012年4月文章编号：1006-9348(2012)04-0088～04多无人机仿真平台的设计与实现廖海林，宗群(天津大学电气与自动化工程学院，天津300072)摘要：为用于多无人机控制算法的仿真，设计了一种模块化的多无人机仿真平台。以旋翼无人机为模型对象，利用Creator和Vega仿真软件进行无人机视景仿真，在MFC下结合虚拟现实技术、数据库和多线程技术，使仿真数据直观多样的呈现给操作者，并以动态链接库建立模块。使各仿真模块可以随着研究成果进行扩展升级。经多次运行，仿真平台稳定性良好，占用资源小，为多无人机协调控制的研究提供了直观便利的分析工具。关键词：多

2、无人机；模块化；虚拟现实中圈分类号：TP391．41文献标识码：BDesignandImplementationofMulti——UAV．VirtualSimulationPlatformUAOHai—lin．ZONGQun(SchoolofElectricalandAutomationEngineering，TianjinUniversity，Tianjin300072，China)ABSTRACT：Aplatformformulti—UAVwhosemodelobjectsisunmannedgyroplaneWagdesigned．Thevisionsim·ulationfor

3、UAVWagcompletedbyCreatorandVega∞ftware．UnderMFCandcombinedwi出virtualrealityteehnolo-gY，databaseandmuhithreadtechnology，thevisualsimulationdatawemsuppliedtotheuserinmultiways．Thesim·ulationplatform1"111'18stableandwell，occupiesfewsystemI'L啪UI'Ces，andprovides锄intuitiveandconvenienttoolfortheresea

4、rchofthecoordinatedcontrolofmultiple—UAV．KEY-WORDS：Multi—UAV；Modular；Virtualreality(VR)l引言近年来，随着计算机技术和通信技术的发展，多个无人机自主式的协同t作已经成为可能，而且得到越来越多的使用，多无人机协作可以使系统的综合效能和执行效率得到大幅提升。这样，就产生r多无人机的编队控制问题。由于无人机的实体验证需要完备的工程设计，大量的验证工作，以及昂贵的实验仪器和物质消耗，因此虚拟仿真验证作为一种灵活、低耗的验证方法适合于大多数理论研究⋯。目前，国内外已经开展用于多无人机协调的虚拟仿真平台的研究心

5、】[31，其中文献[2]建立了基于MATLAB—Simu—link的飞行仿真系统，能够在给定条件下对无人机的导航控制算法进行仿真模拟，采用Simulink示波器的曲线显示来分析算法性能，但是其不能提供直观的三维显示，并且基于MATLAB的离线仿真特性，缺乏实时性；文献[3]中基于基金项目：国家自然科学基金(91016018；60874073；61074064)；天津市支撑课题(1IJCZDJC25100)收稿日期：20ll一06—23—88一MFC建立了无人机编队控制的仿真平台，可以在虚拟场景中显示多无人机的飞行行为，但是没有采用模块化的平台结构，仿真平台缺乏扩展性。根据多机协调的需

6、求，多无人机仿真平台应该具有模块化结构，能够模拟单机和多机控制器的输出，通过虚拟现实技术提供三维显示，并具有数据保存重载和数据可视化功能。本文根据以上功能需求，在MFC环境下，利用Creator和Vega仿真软件建立旋翼式无人机模型，利用多线程技术进行帧同步，利用动态链接库将多机控制算法设计为可添加的模块，最终建立了多无人机仿真平台，使其能够验证多机协调算法。2多无人机仿真平台的结构2．1平台结构设计平台采用模块化结构，仿真模拟多机算法的控制效果。具有以下几个模块：1)算法载入模块，包括单机模块、编队控制模块、防碰撞模块；。2)集合模块，包括状态集和指令集；3)后台处理模块，包括数据

7、库、录像模块；4)人机交互摸块，包括虚拟现实模块，数据可视化模块，界面交互模块。对于N架无人机组成的编队，算法载入模块生成N个独立模块，以充分模拟各个无人机独立的控制处理和飞行行为，设计标准化输入输出接口，在初始化时载入不同的控制算法，以仿真和验证各算法的控制效果。仿真平台结构如图1所示。圈1仿真平台结构田对各模块详细阐述如下：算法载人模块包括：1)单机模块：用来载人单无人机的控制算法和运动学模型，其输人为期望指令，通过控制器输出为控制力和控制力矩，通过动