現場虛實耦合無人機系統的制作方法
【專利摘要】現場虛實耦合無人機系統，其包括：環境探測模塊、虛擬飛行模擬模塊、無人機遙控模塊、無人機地面站模塊和無人機飛行模塊；環境探測模塊用于探測現場實際飛行環境的多種環境參數；虛擬飛行模擬模塊用于生成虛擬訓練環境以及虛擬無人飛行器；無人機遙控模塊用于生成與發送對無人飛行單元的遙控指令，其中所述遙控指令能夠被無人機飛行模塊和虛擬飛行模擬模塊接收；無人機飛行模塊為實裝無人飛行器；無人機地面站為放置在地面供使用人員對實裝無人飛行器或虛擬無人機飛行器進行初始化以及實時信息處理的設備，實現對實裝無人飛行器或虛擬無人機飛行器的初始路徑規劃，且接收實裝無人飛行器或虛擬無人機飛行器的位置、姿態參數以及獲取的視頻信號。
【專利說明】現場虛頭輔合無人機系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及無人機領域，尤其涉及現場虛實耦合無人機系統。
【背景技術】
[0002]無人機系統(UVA)是一個處于迅速發展的新型裝備，并已經在軍事和民用上得到了廣泛的應用。研制新型的無人機系統，使之在具有優良性能的同時具有更好的安全性，是無人機系統研究的一個重要內容。
[0003]當前，無人機系統主要由飛行單元、地面站單元和遙控單元組成。這種結構是一種工作編配模式，需要技術熟練的人員才能操作。對于新手來說，直接操作現有的無人機系統則很容易摔毀飛行單元，從而造成較大的經濟損失。為了提高無人機飛行控制技能，確保首飛的安全性，很多單位都會對新手進行一段時間的培訓。目前培訓的方式主要有兩種:第一是直接利用無人機系統，通過以老帶新的模式進行。這種方式現場感強，對于初學者來說進步比較明顯，但是無人機摔毀的概率很高。第二種方式是利用實驗室的虛擬訓練系統，對初學者進行模擬培訓。這種方法的好處是環境可以隨意變化，而且由于采用虛擬無人飛行器，不會對真實飛行單元造成任何損壞，從而確保了實際無人飛行單元的絕對安全。但是，這種方式也存在以下問題。首先，由于虛擬仿真訓練系統配置在實驗室中，不能支持使用人員野外現場的針對性指導訓練。第二，虛擬無人機飛行訓練操作設備與實際無人機系統操控設備相互分離，難以達到虛擬訓練時的操作設備力感反饋與真實飛行操控設備的一致，這種分離操作模式使得受訓人員在面臨實裝時，依然需要一段時間的適應，因此并不能顯著改善飛行單元摔毀問題。第三，無人機飛行受自然條件影響很大，當采用室內訓練時，環境的參數往往通過假設或模型計算得到，當進入真實環境中時，由于操作人員對風速、風向等環境參數判斷存在偏差，使得首次飛行依然不清楚油門、俯仰等姿態控制的合理范圍，致使首次飛行的危險性依然很高。
【發明內容】
[0004]要解決以上問題，需要從結構上對現在無人機系統進行革新，使其具備三個新特性:第一，要將虛擬訓練遷移到真實的野外工作場地，做到虛擬訓練對實裝操作的一對一指導。第二，要做到虛擬訓練與實裝飛行共用一套操控設備，這樣才能保證虛擬訓練結果能夠直接移植到真實操作上。第三，虛擬環境要能夠獲取到真實飛行場景的環境信息，使得虛擬環境與真實環境保持一致。
[0005]本發明旨在提出一種虛擬訓練與實裝飛行無縫耦合的無人機系統。
[0006]本發明的現場虛實耦合無人機系統，其包括:環境探測模塊、虛擬飛行模擬模塊、無人機遙控模塊、無人機地面站模塊和無人機飛行模塊；環境探測模塊用于探測現場實際飛行環境的多種環境參數；虛擬飛行模擬模塊用于生成虛擬訓練環境以及虛擬無人飛行器；無人機遙控模塊用于生成與發送對無人飛行單元的遙控指令，其中所述遙控指令能夠被無人機飛行模塊和/或虛擬飛行模擬模塊接收；無人機飛行模塊為實裝無人飛行器；無人機地面站為放置在地面供使用人員對實裝無人飛行器和/或虛擬無人機飛行器進行初始化以及實時信息處理的設備，實現對實裝無人飛行器和/或虛擬無人機飛行器的初始路徑規劃，且接收實裝無人飛行器和/或虛擬無人機飛行器的位置、姿態參數以及獲取的視頻信號；虛擬訓練時，環境探測模塊從現實環境獲取環境參數，送入虛擬飛行模擬模塊，構建與真實訓練環境相一致的虛擬訓練場；操作人員利用無人機地面站模塊對虛擬無人飛行器進行初始化，而后利用無人機遙控模塊對虛擬無人飛行器進行操作訓練；虛擬無人飛行器將其飛行過程中的參數及其所獲取的視頻和圖像信息發送到無人機地面站模塊；實裝操作時，通過無人機地面站對實裝無人飛行器進行初始化；利用無人機遙控模塊，參考虛擬訓練操作結果，對實裝無人飛行器進行飛行控制；實裝無人飛行器將自身參數和所獲取的現實環境圖片和視頻發送出去；虛擬飛行模擬模塊接收實裝無人飛行器的位置和姿態參數，實現虛擬環境下對實裝無人飛行器的監視；無人機地面站接收實裝無人飛行器所發送的全部參數、圖片和視頻，完成對無人飛行器的數據監視和信息處理。
[0007]優選地，所述環境探測模塊包括5個環境參數探測子模塊，所述5個環境參數探測子模塊分別為:氣壓傳感器，用于探測氣壓；濕度傳感器，用于探測濕度；溫度傳感器，用于探測溫度；風速/風向傳感器，用于探測風速和風向；能見度傳感器，用于探測能見度；所述環境探測模塊還包括信號采集與編碼子模塊、信號發送子模塊。
[0008]優選地，虛擬飛行模擬模塊包括環境場數值計算子模塊、虛擬環境構建與渲染子模塊、虛擬無人機飛行模擬子模塊、虛擬環境合成子模塊、視頻生成子模塊、信號接收子模塊和信號發送子模塊；其中，環境場數值計算子模塊利用環境探測模塊探測的探測結果，實現對全部工作環境體內各個點的環境因子的計算；虛擬環境構建與渲染子模塊完成對無人機系統實際工作的野外場地的虛擬重建；虛擬無人機飛行模擬子模塊完成在虛擬環境下對無人飛行器的姿態的運動動力學計算與模擬；虛擬環境合成子模塊完成虛擬場景和虛擬無人飛行器的整合；視頻生成子模塊實現虛擬環境下的無人飛行器攜帶攝像設備的視頻模擬生成；信號接收子模塊接收來自于環境探測模塊的環境參數、無人機遙控模塊發出的遙控指令以及無人機地面站模塊發出的初始命令；信號發送子模塊將生成的視頻發送到無人機地面站模塊。
[0009]優選地，無人機飛行模塊包括定位子模塊、姿態感應子模塊、照相/攝像子模塊、機體子模塊、動力子模塊、控制子模塊、遙控接收子模塊和信號發送/接收子模塊；定位子模塊實現無人飛行器的空間經緯度位置確定；姿態感應子模塊實現對無人飛行器的俯仰、側傾、航向的測定；照相/攝像子模塊實現對其飛經區域進行拍照或攝像；機體子模塊實現對各種設備的搭載；動力子模塊實現對無人飛行器的上升、下降、前進、轉向等動力學驅動；遙控接收子模塊實現對無人機遙控設備和無人機地面站信號的處理；信號發送/接收子模塊完成對信號的接收和發送。
[0010]優選地，無人機遙控模塊包括產生控制油門、方向舵機的信號發生器，以及能夠將信號發送出去的發送單元。
[0011]優選地，地面站模塊包括姿態顯示子模塊、位置顯示子模塊、視頻顯示子模塊、路線規劃子模塊、信息處理子模塊、信號發送/接收子模塊；其中，姿態顯示子模塊則顯示實裝或虛擬無人飛行器的俯仰、側傾和航向信息；位置顯示子模塊顯示實裝或虛擬無人飛行器的經緯度和高度信息；視頻顯示子模塊顯示實裝或虛擬無人飛行器實時拍攝的視頻；路線規劃子模塊通過電子地圖模式規劃無人飛行器的飛行路線并據此實現對無人飛行器的初始化；信息處理子模塊針對無人飛行器獲取的圖片和視頻信息進行數字化處理；信號發送/接收子模塊完成對信息的發送和接收。
[0012]本無人機系統中，通信鏈路采用有線和無線兩種模式，其中無人機飛行模塊與其他模塊之間的通信鏈路全部采用無線模式。其他所有通信鏈路可以采用有線或無線模式。各通信鏈路中所傳遞的內容屬于控制指令、參數信息、圖像、視頻中的一種或多種。其中無人機遙控模塊到虛擬飛行模擬模塊和無人機飛行模塊兩條鏈路的信號格式和內容是一致的，虛擬飛行模擬模塊和無人機飛行模塊到無人機地面站模塊兩條鏈路的信號格式和內容是一致的，無人機地面站到虛擬飛行模擬模塊和無人機飛行模塊兩條鏈路的信號格式和內容是一致的，無人機飛行模塊到虛擬飛行模擬模塊的數據和信息是無人機飛行模塊到無人機地面站模塊的一部分。
[0013]本無人機系統以虛擬無人飛行器替代真實無人飛行器實現安全可靠虛擬訓練，直接操作使用實裝無人飛行器實現實裝運用，共享虛擬訓練操作和實裝操控設備實現虛實無縫耦合，通過野外攜行和虛實耦合實現現場指導，實現虛擬訓練、實裝運用、虛實耦合、現場指導綜合集成，使得虛擬訓練支持下的實裝飛行更加安全，共享實裝操控設備下的虛擬訓練更加高效，進而達到大大提高虛擬訓練效果，大幅降低因操作不當而導致的實裝無人飛行單元摔毀概率的目標。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明提供的現場虛實耦合無人機系統結構示意圖；
[0015]圖2為環境探測模塊結構示意圖；
[0016]圖3為虛擬飛行模擬模塊結構示意圖；
[0017]圖4為無人機飛行模塊結構示意圖；
[0018]圖5為無人機地面站模塊結構示意圖；
[0019]圖6為全系統結構模塊結構及各模塊之間的信息交互示意圖。
[0020]其中:
[0021]10—環境探測模塊11一氣壓傳感器
[0022]12—濕度傳感器13—溫度傳感器
[0023]14一風速/風向傳感器15—能見度傳感器
[0024]16—信號采集與編碼子模塊17—信號發送子模塊
[0025]20—虛擬飛行模擬模塊21—環境構建與渲染子模塊
[0026]22—虛擬環境合成子模塊23—環境數值計算子模塊
[0027]24—虛擬無人機飛行模擬子模塊 25—視頻生成子模塊
[0028]26—信號接收子模塊27—信號發送子模塊
[0029]30—無人機遙控模塊
[0030]40—無人機飛行模塊41 一定位子模塊
[0031 ]42—姿態感應子模塊43—照相/攝像子模塊
[0032]44一機體子模塊45—動力子模塊
[0033]46—控制子模塊47—遙控接收子模塊[0034]48—信號發送子模塊49 一信號接收子模塊
[0035]50—無人機地面站模塊51—姿態顯示子模塊
[0036]52—位置顯示子模塊53—視頻顯示子模塊
[0037]54—路線規劃子模塊55—信息處理子模塊
[0038]56—信號發送子模塊57—信號接收子模塊
[0039]①一無人機飛行控制指令，內容與⑥同
[0040]②一環境參數信息
[0041]③一無人機位置和姿態信息
[0042]④一無人機姿態、位置、視頻/圖像信息，內容與⑦同 [0043]⑤一無人機初始化信息，內容與⑧同
[0044]⑥一無人機飛行控制指令，內容與①同
[0045]⑦一無人機姿態、位置、視頻/圖像信息，內容與④同
[0046]⑧一無人機初始化信息，內容與⑤同。
【具體實施方式】
[0047]為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0048]圖1為本發明提供的現場虛實耦合無人機系統結構示意圖。在本實施例子中，包括了環境探測模塊10、虛擬飛行模擬模塊20、無人機遙控模塊30、無人機飛行模塊40、無人機地面站模塊50。
[0049]如圖2所示，環境探測模塊10由氣壓傳感器11、濕度傳感器12、溫度傳感器13、風速/風向傳感器14、能見度傳感器15、信號采集與編碼子模塊16和信號發送子模塊組成17，用于獲取環境的大氣壓強、環境濕度、環境溫度、風力、風向和能見度，并通過無線或有線模式將獲取的信息傳遞給虛擬飛行模擬模塊20。氣壓傳感器11、濕度傳感器12、溫度傳感器13、風速/風向傳感器14、能見度傳感器15負責直接從環境中獲取相應的環境參數。該參數通過信號采集與編碼子模塊16的信號采集卡采集后，編碼生成環境參數信息。信號采集卡能夠實現對模擬量和數字量的采集。環境參數經過信號發送模塊17發送給虛擬飛行模擬模塊20。信號發送模塊17的通信方式可以是串口、局域有線網、局域無線網、藍牙中的一種或多種的組合。接收端(即虛擬飛行模擬模塊20)的通信方式需要與信號發送模塊17的通信方式保持一致。
[0050]如圖3所示，虛擬飛行模擬模塊20由環境構建與渲染子模塊21、虛擬環境合成子模塊22、環境數值計算子模塊23、虛擬無人機飛行模擬子模塊24、視頻生成子模塊25、信號接收子模塊26和信號發送子模塊27組成，完成環境場數值計算、虛擬環境構建與合成、無人飛行單元虛擬飛行和虛擬環境下的視頻合成功能。本模塊與環境探測模塊10、無人機遙控模塊30、無人機飛行模塊40和無人機地面站模塊50均有信息交互。環境構建與渲染子模塊21完成實裝無人飛行器(即無人機飛行模塊40)飛行區域的環境場虛擬構建，形成三維虛擬訓練場。虛擬訓練場的構建方法基于通用的三維虛擬環境構建技術體系，采用環境建模和模型渲染的技術路線實現。虛擬環境合成子模塊22完成虛擬環境場的合成與驅動，采用三維圖形引擎開發實現。環境數值計算子模塊23依據環境探測模塊10發送過來的環境場中的探測點的環境參數，基于環境場計算模型，計算出虛擬訓練區域的所有空間柵格點上的環境參數，用于驅動虛擬無人機飛行器的動力學仿真。虛擬無人機飛行模擬子模塊24完成虛擬無人飛行器的動力學仿真與行為模擬。視頻生成子模塊25依據實裝無人機所搭載照相機/攝像機的成像參數，計算成像區域，在虛擬環境中模擬生成圖像和視頻。該視頻通過信號發送子模塊27發送到無人機地面站模塊50，模擬虛擬無人飛行器針對虛擬環境所拍攝的照片和視頻。信號接收子模塊26用于接收多路信號，包括環境探測模塊10發送來的環境參數、無人機遙控模塊30發送過來的遙控指令、無人機飛行模塊40發送過來的無人飛行器姿態和位置信息、無人機地面站模塊50發送過來的初始化信息。信號發送子模塊27則實現對虛擬無人飛行器模擬中產生的位置、姿態以及圖像和視頻信息發送到無人機地面站模塊。如圖1所示，信號接收子模塊26對應通信鏈路中的①、②、③和⑤，其中①和③為無線模式，②和⑤為無線或有線模式。信號發送子模塊27對應通信鏈路中的④，其中④采用無線或有線模式。
[0051]無人機遙控模塊30用于控制實裝無人飛行器或虛擬環境中的無人飛行器的行為。可以采用已經商業化的通用遙控設備，如Futaba。
[0052]如圖4所示，無人機飛行模塊40是實裝無人機飛行器，它由定位子模塊41、姿態感應子模塊42、照相/攝像子模塊43、機體子模塊44、動力子模塊45、控制子模塊46、遙控接收子模塊47、信號發送子模塊48和信號接收子模塊49組成，主要用于實際飛行并完成相關工作任務。其中定位子模塊41可以采用GPS、北斗、Galileo、GL0NASS和慣性導航設備來實現，完成對自身的定位。姿態感應子模塊42則可以采用電子羅盤實現，完成對機體俯仰、側傾和方向的測量。照相/攝像子模塊43可以采用商用的攝像機或照相機系統構建，或者根據機體空間大小和環境感應的具體需求自行設計，完成對其飛經區域的攝像或拍照。機體子模塊44是無人飛行器上所有搭載設備的承載體，包括機身、機翼、尾翼、起落架、降落傘等，其中機身中留有一定空間，用于存放攝像機/照相機、電池、油箱、控制設備、通信設備等。動力子模塊45由發動機、螺旋槳、油箱組成，完成對無人飛行器的動力輸出。其中發動機則根據機體的大小和載荷選擇，根據飛行的任務和方式選擇一個或多個螺旋槳。控制子模塊46由控制電路組成，完成對發動機油門、機翼、起落架、降落傘等的控制，從而實現無人飛行器的上升/下降、轉彎、俯仰、側傾、開傘以及其他機動動作等。遙控接收子模塊47通過通信鏈路⑥完成對無人機遙控模塊30發送過來的控制指令的接收，經過解析后送入控制子模塊，實現對無人飛行器的控制。信號發送子模塊48將無人飛行器的位置、姿態以及所獲取的照片或視頻發送出去，并能夠同時通過通信鏈路③和鏈路⑦分別被虛擬飛行模擬模塊和無人機地面站模塊接收。其中通信鏈路③中只包含無人飛行器的位置和姿態信息，而通信鏈路⑦中包含所有由無人飛行器發送出的信息。信號接收子模塊49通過通信鏈路⑧實現對無人機地面站模塊50發出的初始化信息的接收。通信鏈路③、⑦和⑧全部采用無線傳輸方式。進一步的，通信鏈路③和⑦采用數字微波傳輸模式。
[0053]如圖5所示，無人機地面站模塊50由姿態顯示子模塊51、位置顯示子模塊52、視頻顯示子模塊53、路線規劃子模塊54、信息處理子模塊55、信號發送子模塊56和信號接收子模塊57組成，完成對無人飛行器的初始化、實時監控以及信息處理功能。姿態顯示子模塊51采用數字和圖像模式顯示無人飛行器的俯仰、側傾和方向參數。位置顯示子模塊52通過集成地理信息，通過圖標顯示無人機在空間上的位置，同時通過數字方式顯示飛機的海拔和相對高度。視頻顯示子模塊53則顯示實裝或虛擬無人飛行器獲取的視頻。路線規劃子模塊54通過集成地理信息，采用二維圖上點選關鍵點并構成飛行路徑，在各個關鍵點上設置飛行高度。兩個關鍵點之間可以采用線性差值或曲線差值的方法形成內差點。信息處理子模塊55能夠實現對位置、姿態信息進行平滑處理，能夠對圖像信息進行位置匹配和圖像處理，能夠對視頻信息進行分幀處理。信號發送子模塊56完成初始化參數發送，并形成⑤和⑧兩條通信鏈路。通信鏈路⑤和⑧的內容完全一致。信號接收子模塊57接收來自虛擬飛行模擬模塊20和無人飛行模塊40的信號，并形成④和⑦兩條通信鏈路。通信鏈路④和⑦的內容完全一致。在通信方式上，通信鏈路④和⑤可以采用有線或無線模式實現，通信鏈路⑦和⑧采用無線模式實現。
[0054]本發明的現場虛實耦合無人機系統有兩種工作模式，虛擬訓練應用模式和實裝操控使用模式。
[0055]虛擬訓練應用模式:虛擬訓練可以位于室內或野外。當采用虛擬訓練時，環境探測模塊獲取環境因子，輸入到虛擬飛行模擬模塊中。受訓人員通過無人機地面站模塊對飛行路線、區域等進行設置，而后利用無人機遙控模塊遙控虛擬環境中的虛擬無人飛行單元完成起飛、飛行、返回等一系列動作。虛擬飛行模擬模塊中的虛擬無人飛行單元完成拍攝虛擬視頻，并發送到無人機地面站模塊。同時，虛擬飛行模擬模塊中的虛擬無人飛行單元的模擬姿態、位置、速度等參數一并發送到無人機地面站模塊。無人機地面站模塊接到虛擬飛行模擬模塊發送過來的信息，并對其進行展示。通過反復多次地訓練，提高受訓人員對無人機系統操控的能力。
[0056]實裝操控使用模式:當到達野外工作區域時，展開無人機系統，利用環境探測模塊獲取環境因子，輸入到虛擬飛行模擬模塊中。操作人員通過無人機地面站模塊對飛行路線、區域等進行設置，而后利用無人機遙控模塊遙控虛擬環境中的虛擬無人飛行單元完成起飛、飛行、返回等一系列動作。虛擬飛行模擬模塊中的虛擬無人飛行單元完成拍攝虛擬視頻，并發送到無人機地面站模塊。同時，虛擬飛行模擬模塊中的虛擬無人飛行單元的模擬姿態、位置、速度等參數一并發送到無人機地面站模塊。無人機地面站模塊接到虛擬飛行模擬模塊發送過來的信息，并對其進行展示。通過反復多次試驗，當操控人員適應現場的環境和各控制參數后，加入實裝無人飛行單元。此時，操控人員可以直接利用虛擬訓練過程中熟悉的操作流程和操控參數(如油門)，開展對實裝無人飛行器的飛行控制，實現對實裝無人飛行器的起飛、飛行、返回等操作。在啟動實裝無人飛行器時，虛擬飛行模擬模塊切換到監視狀態，此時它將接收實裝無人飛行模塊發出的姿態、位置、速度等參數，用于驅動虛擬環境下的虛擬無人飛行單元，由此完成虛擬環境下對實裝無人飛行單元的監視。
[0057]為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下對本發明的使用進行說明。本無人機系統可以滿足虛擬訓練和實裝飛行兩種使用模式。應當理解，系統的虛擬訓練和實裝飛行是緊密耦合在一起的，這里的區分僅僅是為了便于說明。進一步的，此處所描述的具體使用僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
【權利要求】
1.一種現場虛實耦合無人機系統，其包括:環境探測模塊、虛擬飛行模擬模塊、無人機遙控模塊、無人機地面站模塊和無人機飛行模塊； 環境探測模塊用于探測現場實際飛行環境的多種環境參數； 虛擬飛行模擬模塊用于生成虛擬訓練環境以及虛擬無人飛行器； 無人機遙控模塊用于生成與發送對無人飛行單元的遙控指令，其中所述遙控指令能夠被無人機飛行模塊和/或虛擬飛行模擬模塊接收； 無人機飛行模塊為實裝無人飛行器； 無人機地面站為放置在地面供使用人員對實裝無人飛行器和/或虛擬無人機飛行器進行初始化以及實時信息處理的設備，實現對實裝無人飛行器和/或虛擬無人機飛行器的初始路徑規劃，且接收實裝無人飛行器和/或虛擬無人機飛行器的位置、姿態參數以及獲取的視頻信號； 虛擬訓練時，環境探測模塊從現實環境獲取環境參數，送入虛擬飛行模擬模塊，構建與真實訓練環境相一致的虛擬訓練場；操作人員利用無人機地面站模塊對虛擬無人飛行器進行初始化，而后利用無人機遙控模塊對虛擬無人飛行器進行操作訓練；虛擬無人飛行器將其飛行過程中的參數及其所獲取的視頻和圖像信息發送到無人機地面站模塊； 實裝操作時，通過無人機地面站對實裝無人飛行器進行初始化；利用無人機遙控模塊，參考虛擬訓練操作結果，對實裝無人飛行器進行飛行控制；實裝無人飛行器將自身參數和所獲取的現實環境圖片和視頻發送出去；虛擬飛行模擬模塊接收實裝無人飛行器的位置和姿態參數，實現虛擬環境下對實裝無人飛行器的監視；無人機地面站接收實裝無人飛行器所發送的全部參數、圖片和視頻，完成對無人飛行器的數據監視和信息處理。
2.如權利要求1所述的現場虛實耦合無人機系統，其特征在于所述環境探測模塊包括5個環境參數探測子模塊，所述5個環境參數探測子模塊分別為: 氣壓傳感器，用于探測氣壓； 濕度傳感器，用于探測濕度； 溫度傳感器，用于探測溫度； 風速/風向傳感器，用于探測風速和風向； 能見度傳感器，用于探測能見度； 所述環境探測模塊還包括信號采集與編碼子模塊、信號發送子模塊。
3.如權利要求1所述的現場虛實耦合無人機系統，其特征在于:虛擬飛行模擬模塊包括環境場數值計算子模塊、虛擬環境構建與渲染子模塊、虛擬無人機飛行模擬子模塊、虛擬環境合成子模塊、視頻生成子模塊、信號接收子模塊和信號發送子模塊； 其中， 環境場數值計算子模塊利用環境探測模塊探測的探測結果，實現對全部工作環境體內各個點的環境因子的計算； 虛擬環境構建與渲染子模塊完成對無人機系統實際工作的野外場地的虛擬重建；虛擬無人機飛行模擬子模塊完成在虛擬環境下對無人飛行器的姿態的運動動力學計算與模擬； 虛擬環境合成子模塊完成虛擬場景和虛擬無人飛行器的整合； 視頻生成子模塊實現虛擬環境下的無人飛行器攜帶攝像設備的視頻模擬生成；信號接收子模塊接收來自于環境探測模塊的環境參數、無人機遙控模塊發出的遙控指令以及無人機地面站模塊發出的初始命令； 信號發送子模塊將生成的視頻發送到無人機地面站模塊。
4.如權利要求1所描述的系統，其特征在于:無人機飛行模塊包括定位子模塊、姿態感應子模塊、照相/攝像子模塊、機體子模塊、動力子模塊、控制子模塊、遙控接收子模塊和信號發送/接收子模塊； 定位子模塊實現無人飛行器的空間經緯度位置確定； 姿態感應子模塊實現對無人飛行器的俯仰、側傾、航向的測定； 照相/攝像子模塊實現對其飛經區域進行拍照或攝像； 機體子模塊實現對各種設備的搭載； 動力子模塊實現對無人飛行器的上升、下降、前進、轉向等動力學驅動； 遙控接收子模塊實現對無人機遙控設備和無人機地面站信號的處理； 信號發送/接收子模塊完成對信號的接收和發送。
5.如權利要求1所描述的模塊，其特征在于:無人機遙控模塊包括產生控制油門、方向舵機的信號發生器， 以及能夠將信號發送出去的發送單元。
6.如權利要求1所描述的模塊，其特征在于:地面站模塊包括姿態顯示子模塊、位置顯示子模塊、視頻顯示子模塊、路線規劃子模塊、信息處理子模塊、信號發送/接收子模塊； 其中， 姿態顯示子模塊則顯示實裝或虛擬無人飛行器的俯仰、側傾和航向信息； 位置顯示子模塊顯示實裝或虛擬無人飛行器的經緯度和高度信息； 視頻顯示子模塊顯示實裝或虛擬無人飛行器實時拍攝的視頻； 路線規劃子模塊通過電子地圖模式規劃無人飛行器的飛行路線并據此實現對無人飛行器的初始化； 信息處理子模塊針對無人飛行器獲取的圖片和視頻信息進行數字化處理； 信號發送/接收子模塊完成對信息的發送和接收。
【文檔編號】B64F5/00GK104029825SQ201410264398
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月13日 優先權日:2014年6月13日
【發明者】徐丙立, 朱剛, 荊濤, 李媛州, 趙秀玉, 閆興鵬, 劉軍輝, 汪熙 申請人:中國人民解放軍裝甲兵工程學院