在無(wú)人機制導、導航與控制中應用半實(shí)物仿真

　　GPS仿真器

　　通過(guò)Spirent GSS8000 GPS仿真器，我們能夠仿真并生成用戶(hù)選擇的GNSS星座衛星所發(fā)出的相同的射頻信號。這些信號會(huì )以飛行實(shí)驗相同的方式傳送到無(wú)人機上真實(shí)的GPS傳感器，并能仿真慣性傳感器(加速度計和回轉儀)。我們可以指定不同的情況，降級信號，指定天線(xiàn)模式及模擬IMU傳感器錯誤。

　　板載處理單元

　　我們在實(shí)時(shí)操作系統(QNX或VxWorks)中運行一個(gè)PC/104單元，操作系統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創(chuàng )建的代碼的完成。我們在現場(chǎng)實(shí)驗的真實(shí)無(wú)人機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(wú)人機進(jìn)行調試。通過(guò)這個(gè)軟件，我們可以監測用戶(hù)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行算法的參數。在操作中所使用的界面，與控制工程師在仿真設計算法時(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，而且能以同現場(chǎng)測試一樣的方式進(jìn)行HIL測試，從而大幅減少開(kāi)發(fā)時(shí)間。

　　結果

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

　　我們在一架改裝過(guò)的無(wú)線(xiàn)電控制的直升飛機上集成了幾個(gè)傳感器(加速度計，回轉儀，磁力計，GPS和一個(gè)高度計)和一個(gè)處理單元(見(jiàn)圖3)，將其轉變成一架無(wú)人機，進(jìn)行飛行測試?！　?/p>

圖3：實(shí)驗中使用的基于CB5000 RC直升機改裝而成的無(wú)人機

　　無(wú)人機在沒(méi)有過(guò)沖或任何一個(gè)永久誤差的情況下，達到了水平面要求的參考值(見(jiàn)圖4和圖5)。HIL仿真和真實(shí)的飛行測試結果極其一致?！　?/p>

圖4：北方位置對比結果　　

圖5： 西方位置對比結果

　　結論

　　HIL環(huán)境非常適用于測試包含真實(shí)硬件的整個(gè)系統。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)復雜的無(wú)人機模型，并完美模擬了航空設備界面。

　　這個(gè)環(huán)境能檢測出軟件仿真中無(wú)法顯示的錯誤，從而避免現場(chǎng)實(shí)驗意外的發(fā)生。因為控制工程師在設計，開(kāi)發(fā)和驗證過(guò)程中也會(huì )使用相同的可視化和調試工具，由此可以快速重復循環(huán)，減少開(kāi)發(fā)時(shí)間。