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 .277. 表2文献[8]系统测试结果 文献[5]、[7]的可视化效果分别图10中的(a) Table 2 Test results of system test in the literature [8] 和(b)。通过对比，本系统的三维实时可视化效果 参数 值 好，并可以通过地图实时显示无人机编队的位置，同 平均仿真时间 36'27" 时还可以在系统运行过程中添加指令。 平均飞行数据 36.90M 平均录像数据 721.59M 仿真数据刷新率 10帧/s VR帧数 5帧/s 系统资源占用度 Cpu31%内存：30M ()地面站编队放大区显示()后视视角可视化显示 平均重绘图线 47幅 图8菱形编队 通过表1和表2的对比，可知该三维可视化系统 Fig.8 The diamond formation 占用资源较少，实时性较高。 4.2无人机编队可视化 设置不同的编队队形进行飞行可视化试验，用 以验证算法的编队队形控制，无人机编队由一字队 形变换成菱形编队，在变换为人形编队。编队相对 (a)地面站编队放大区显示b)前视视角可视化显示 位置参数如表3所示。通过对PD控制算法中比 例、积分、微分参数进行调节快速实现编队队形的变 图9人字形编队 Fig.9 The herringbone formation 换，PID参数如表4示。 表3编队参数 Table 3 The parameters of formation 编队 编队队形参数 队形 长机 无人机1无人机2无人机3 一字形(0.0,0) (0,200,0)(0,400,0)(0,600,0) 菱形 (0.0.0)(-100.200.0X100.200.0)(0,400.0) (a)MATLAB与VC的可视化(b)MATLAB与FightGear 显示 可视化视景 人字形(0,0.0)(-100,200,0X100,200,0)(200,400,0) 图10文献可视化效果 表4PID参数 Fig.10 The visualization effect of literature Table 4 The PID parameters 通道 PID Name 比例 积分 微分 5 结束语 速度 增量式PID 49.8 0.024 个 随着对混合编队飞行控制、空战研究的深入，使 速度 位置式PD 0.0296 0.00000042 0.0 得综合验证混合编队控制理念的需求日趋重要和迫 航向 增量式PD 1.66 0.00088 3.42 切，本文通过可替换的飞机模型、实时的FlightGear 航向 位置式PD 0.006 0.0 0.0 场景的更新、飞行数据的实时显示和混合编队飞行 高度 增量式PD 0.129 014 037 的三维可视化显示，能够给与实验者深刻的沉浸感 通过多次试验，该系统三维可视化效果如图7、 和参与感，解决了现有开发系统文献的不足，为混合 编队控制理论的研究提供有力支撑，为未来研究有 8、9所示 人/无人机混合编队协同作战中相关的技术提供了 有效的验证平台。 参考文献： [1]TORENS C,ADOLF F,GOORMANN L.Certification and (a)编队一字队形起飞 b)编队在机场等待起飞 software verification considerations for autonomous unmanned 图7一字编队 aircraft[].Joumal of aerospace information systems,2014, Fig.7 A word formation 11(10):649-664表 ２ 文献［８］系统测试结果 Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｔｅｓｔ ｉｎ ｔｈｅ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ ［８］ 参数 值 平均仿真时间 ３６′２７″ 平均飞行数据 ３６．９０ Ｍ 平均录像数据 ７２１．５９ Ｍ 仿真数据刷新率 １０ 帧／ ｓ ＶＲ 帧数 ５ 帧／ ｓ 系统资源占用度 Ｃｐｕ３１％ 内存：３０ Ｍ 平均重绘图线 ４７ 幅 通过表 １ 和表 ２ 的对比，可知该三维可视化系统 占用资源较少，实时性较高。 ４．２ 无人机编队可视化 设置不同的编队队形进行飞行可视化试验，用 以验证算法的编队队形控制，无人机编队由一字队 形变换成菱形编队，在变换为人形编队。 编队相对 位置参数如表 ３ 所示。 通过对 ＰＩＤ 控制算法中比 例、积分、微分参数进行调节快速实现编队队形的变 换，ＰＩＤ 参数如表 ４ 所示。 表 ３ 编队参数 Ｔａｂｌｅ ３ Ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ 编队 队形 编队队形参数 长机 无人机 １ 无人机 ２ 无人机 ３ 一字形 （０，０，０） （０，２００，０） （０，４００，０） （０，６００，０） 菱形 （０，０，０） （－１００，２００，０）（１００，２００，０） （０，４００，０） 人字形 （０，０，０） （－１００，２００，０）（１００，２００，０）（２００，４００，０） 表 ４ ＰＩＤ 参数 Ｔａｂｌｅ ４ Ｔｈｅ ＰＩＤ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ 通道 ＰＩＤ Ｎａｍｅ 比例 积分 微分 速度 增量式 ＰＩＤ ４９．８ ０．０２４ ７ 速度 位置式 ＰＩＤ ０．０２９６ ０．０００ ０００ ４２ ０．０ 航向 增量式 ＰＩＤ １．６６ ０．０００ ８８ ３．４２ 航向 位置式 ＰＩＤ ０．００６ ０．０ ０．０ 高度 增量式 ＰＩＤ ０．１２９ ０１４ ０３７ 通过多次试验，该系统三维可视化效果如图 ７、 ８、９ 所示。 图 ７ 一字编队 Ｆｉｇ．７ Ａ ｗｏｒｄ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ 文献［５］、［７］的可视化效果分别图 １０ 中的（ ａ） 和（ｂ）。 通过对比，本系统的三维实时可视化效果 好，并可以通过地图实时显示无人机编队的位置，同 时还可以在系统运行过程中添加指令。 图 ８ 菱形编队 Ｆｉｇ．８ Ｔｈｅ ｄｉａｍｏｎｄ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ 图 ９ 人字形编队 Ｆｉｇ．９ Ｔｈｅ ｈｅｒｒｉｎｇｂｏｎｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ 图 １０ 文献可视化效果 Ｆｉｇ．１０ Ｔｈｅ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ ５ 结束语 随着对混合编队飞行控制、空战研究的深入，使 得综合验证混合编队控制理念的需求日趋重要和迫 切，本文通过可替换的飞机模型、实时的 ＦｌｉｇｈｔＧｅａｒ 场景的更新、飞行数据的实时显示和混合编队飞行 的三维可视化显示，能够给与实验者深刻的沉浸感 和参与感，解决了现有开发系统文献的不足，为混合 编队控制理论的研究提供有力支撑，为未来研究有 人／ 无人机混合编队协同作战中相关的技术提供了 有效的验证平台。 参考文献： ［１］ ＴＯＲＥＮＳ Ｃ， ＡＤＯＬＦ Ｆ， ＧＯＯＲＭＡＮＮ Ｌ． Ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ ｕｎｍａｎｎｅｄ ａｉｒｃｒａｆｔ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ａｅｒｏｓｐａｃｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ， ２０１４， １１（１０）： ６４９⁃６６４． 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 ·２７７·