第2期 李一波，等：有人/无人机编队三位可视化系统的软件设计与实现 .275. 大跨度、多尺距地观察虚拟可视化场景，为操作员的 感官认知带来有利的支撑。其无人机模型制作和场 景多视点观察效果如图3所示。 图4无人机Simulink动力学模型 Fig.4 Simulink dynamic model of UAV 图3无人机模型制作和场景多视点观察效果 2.4仿真的实现 Fig.3 The model production and multi- 启动VC和FlightGear,VC初始化模块对Flight- view observation effect of scene Gear的初始化模块和Simulink模型中的初始化文件 2.3模块化与集成的实现 进行设置，然后将VC的环境设置模块传给FlightGear 为了使得仿真系统具备较强的可扩展性，其各 的环境设置模块，此时，运行控制模块，开始起飞，地 模块都采用UDP通信模式，在不断深入的研究中可 面站界面模块利用UDP网络传输方式（通信模块）将 以在离线的条件下修改对应模块算法而无需对仿真 飞行指令传给僚机任务终端界面模块，根据指令将基 系统内部各个模块进行升级，当仿真系统出现运行 于PD的控制模块解算出的飞行控制数据传=传输 报错或者异常时可通过逐步检查各模块的输入输出 给无人机Simulink动力学模型，飞行控制数据被解算 给予以定位和修复。无人机编队三维可视化系统 为飞行数据，这时飞行数据被分别传送到采用外部数 的内部模块之间存在着相互独立又有数据信息 据驱动的并已载入无人机模型的FlightGear,.驱动 交互性耦合，为了使数据传输能够在独立的情况 FlightGear可视化引擎，生成混合编队的编队飞行、编 下实现数据交互的耦合性，设立了指令集和无人 队巡航和空战的三维可视化显示和界面终端模块，再 次经过飞行控制器和动力学模型解算出下一时刻的 机状态显示集。当地面站利用UDP网络传输方 式将飞行指令传给僚机任务终端，各架僚机之间 各飞机飞行状态并更新状态，完成一次解算轮回，通 实施分散协同控制，同时将基于PID编队队形控 过间歇式的时序驱动系统仿真不断进行解算飞行数 制算法解算的飞行控制数据传输给无人机Simu 据，使得仿真系统的飞行数据具有较高的实时性，实 lik动力学模型，如图4所示，飞行控制数据被解 现了VC(控制模块)一Simulink(自驾仪模块)一 算为飞行数据传输到地面站界面，完成一次解算 FlightGear(飞机模块)三者循环调整数据，系统模块 轮回，同时驱动可视化系统不断更新场景，使得 数据传输如图5所示，控制整个飞机作战系统的飞行 三维可视化显示的实时性更高。 任务，其联合仿真图如图6。 地面站 其他模块 通信模块 B 有人机单元 无人机单元 有人机单元 通信模块 通信模块 棋他 二拉 模封 二形：二 输人输出接口 S- 输人接口人 输入输出接可 AB function R B AB 机 无人机 机 敌机模型 有人机模型 无人机 模刑 Fligh B Gear 动力学 B 视景显示 模型 模 视景显示视 视景显示 图5系统模块数据传输 Fig.5 System data transmission大跨度、多尺距地观察虚拟可视化场景，为操作员的 感官认知带来有利的支撑。 其无人机模型制作和场 景多视点观察效果如图 ３ 所示。 图 ３ 无人机模型制作和场景多视点观察效果 Ｆｉｇ． ３ Ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｕｌｔｉ⁃ ｖｉｅｗ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｃｅｎｅ ２．３ 模块化与集成的实现 为了使得仿真系统具备较强的可扩展性，其各 模块都采用 ＵＤＰ 通信模式，在不断深入的研究中可 以在离线的条件下修改对应模块算法而无需对仿真 系统内部各个模块进行升级，当仿真系统出现运行 报错或者异常时可通过逐步检查各模块的输入输出 给予以定位和修复。 无人机编队三维可视化系统 的内部模块之间存在着相互独立又有数据信息 交互性耦合，为了使数据传输能够在独立的情况 下实现数据交互的耦合性，设立了指令集和无人 机状态显示集。 当地面站利用 ＵＤＰ 网络传输方 式将飞行指令传给僚机任务终端，各架僚机之间 实施分散协同控制，同时将基于 ＰＩＤ 编队队形控 制算法解算的飞行控制数据传输给无人机 Ｓｉｍｕ⁃ ｌｉｎｋ 动力学模型，如图 ４ 所示，飞行控制数据被解 算为飞行数据传输到地面站界面，完成一次解算 轮回，同时驱动可视化系统不断更新场景，使得 三维可视化显示的实时性更高。 图 ４ 无人机 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 动力学模型 Ｆｉｇ．４ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ＵＡＶ ２．４ 仿真的实现 启动 ＶＣ 和 ＦｌｉｇｈｔＧｅａｒ，ＶＣ 初始化模块对 Ｆｌｉｇｈｔ⁃ Ｇｅａｒ 的初始化模块和 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 模型中的初始化文件 进行设置，然后将 ＶＣ 的环境设置模块传给 ＦｌｉｇｈｔＧｅａｒ 的环境设置模块，此时，运行控制模块，开始起飞，地 面站界面模块利用 ＵＤＰ 网络传输方式（通信模块）将 飞行指令传给僚机任务终端界面模块，根据指令将基 于 ＰＩＤ 的控制模块解算出的飞行控制数据传＝传输 给无人机 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 动力学模型，飞行控制数据被解算 为飞行数据，这时飞行数据被分别传送到采用外部数 据驱动的并已载入无人机模型的 ＦｌｉｇｈｔＧｅａｒ，驱动 ＦｌｉｇｈｔＧｅａｒ 可视化引擎，生成混合编队的编队飞行、编 队巡航和空战的三维可视化显示和界面终端模块，再 次经过飞行控制器和动力学模型解算出下一时刻的 各飞机飞行状态并更新状态，完成一次解算轮回，通 过间歇式的时序驱动系统仿真不断进行解算飞行数 据，使得仿真系统的飞行数据具有较高的实时性，实 现了 ＶＣ （控制模块）—Ｓｉｍｕｌｉｎｋ （自驾仪模 块）— ＦｌｉｇｈｔＧｅａｒ（飞机模块）三者循环调整数据，系统模块 数据传输如图 ５ 所示，控制整个飞机作战系统的飞行 任务，其联合仿真图如图 ６。 图 ５ 系统模块数据传输 Ｆｉｇ．５ Ｓｙｓｔｅｍ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ 第 ２ 期 李一波，等：有人／ 无人机编队三位可视化系统的软件设计与实现 ·２７５·