在無人機(jī)制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制中應(yīng)用半實(shí)物仿真

　　GPS仿真器

　　通過Spirent GSS8000 GPS仿真器，我們能夠仿真并生成用戶選擇的GNSS星座衛(wèi)星所發(fā)出的相同的射頻信號。這些信號會(huì)以飛行實(shí)驗(yàn)相同的方式傳送到無人機(jī)上真實(shí)的GPS傳感器，并能仿真慣性傳感器(加速度計(jì)和回轉(zhuǎn)儀)。我們可以指定不同的情況，降級信號，指定天線模式及模擬IMU傳感器錯(cuò)誤。

　　板載處理單元

　　我們在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(QNX或VxWorks)中運(yùn)行一個(gè)PC/104單元，操作系統(tǒng)中包含了算法和控制策略，用于測試自動(dòng)代碼生成工具和集成架構(gòu)創(chuàng)建的代碼的完成。我們在現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)的真實(shí)無人機(jī)中也使用了相同的單元。

　　可視化

　　我們可以使用Simulink External Mode軟件對無人機(jī)進(jìn)行調(diào)試。通過這個(gè)軟件，我們可以監(jiān)測用戶需要實(shí)時(shí)知曉的信號值。此外我們可以改變嵌入式處理單元中所執(zhí)行算法的參數(shù)。在操作中所使用的界面，與控制工程師在仿真設(shè)計(jì)算法時(shí)所使用的界面完全一樣。由此，整個(gè)測試環(huán)境完全透明，而且能以同現(xiàn)場測試一樣的方式進(jìn)行HIL測試，從而大幅減少開發(fā)時(shí)間。

　　結(jié)果

　　對比飛行遙測和使用同樣的GNC算法的HIL仿真，可以表明HIL的精準(zhǔn)性和與真實(shí)測試結(jié)果的相似性。

　　我們在一架改裝過的無線電控制的直升飛機(jī)上集成了幾個(gè)傳感器(加速度計(jì)，回轉(zhuǎn)儀，磁力計(jì)，GPS和一個(gè)高度計(jì))和一個(gè)處理單元(見圖3)，將其轉(zhuǎn)變成一架無人機(jī)，進(jìn)行飛行測試。　　

圖3：實(shí)驗(yàn)中使用的基于CB5000 RC直升機(jī)改裝而成的無人機(jī)

　　無人機(jī)在沒有過沖或任何一個(gè)永久誤差的情況下，達(dá)到了水平面要求的參考值(見圖4和圖5)。HIL仿真和真實(shí)的飛行測試結(jié)果極其一致?！　?/p>

圖4：北方位置對比結(jié)果　　

圖5： 西方位置對比結(jié)果

　　結(jié)論

　　HIL環(huán)境非常適用于測試包含真實(shí)硬件的整個(gè)系統(tǒng)。使用NI PXI，我們在實(shí)時(shí)狀態(tài)下以低延時(shí)仿真了一個(gè)復(fù)雜的無人機(jī)模型，并完美模擬了航空設(shè)備界面。

　　這個(gè)環(huán)境能檢測出軟件仿真中無法顯示的錯(cuò)誤，從而避免現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)意外的發(fā)生。因?yàn)榭刂乒こ處熢谠O(shè)計(jì)，開發(fā)和驗(yàn)證過程中也會(huì)使用相同的可視化和調(diào)試工具，由此可以快速重復(fù)循環(huán)，減少開發(fā)時(shí)間。