[发明专利]基于VR-Forces仿真平台的多无人机协同任务规划仿真系统

说明书

技术领域

本发明涉及多无人机控制技术，特别涉及多无人机协同任务规划的仿真平台及仿真方法。

背景技术

多无人机协同任务规划技术是指从任务确定到任务完成的整个过程中，多个无人机之间通过网络通信进行信息交互和协同，根据环境态势的变化，实时地将任务分配给各个无人机，并为每个无人机设计出协同的飞行航路，从而使得整个多无人机的生存概率和整体任务效能达到最优或近似最优的一种协同控制决策技术。

多无人机协同任务规划涉及到自动化控制、空气动力学、网络通信、信息融合、协同任务分配、协同航迹规划等多个领域，除了需要考虑任务本身构成要素的要求外，还必须考虑多个无人机之间协调一致共同执行任务的约束关系，因此是一个约束条件众多而复杂的多目标优化与决策问题，往往需要通过大量的实验才可能获取到一个满意的解决方案，如果使用真实的无人机进行实验不仅成本高而且风险性大，因此需要先建立仿真平台来反复验证多无人机协同任务规划算法的有效性，最后才能进行真实无人机的协同任务规划实验。

传统的多无人机协同任务规划仿真技术主要分为单系统仿真、自主研发的分布式系统仿真和基于HLA（High Level Architecture，高级体系结构）的分布式系统仿真三种，但各自都存在着不足之处：单系统仿真的与真实多无人机的分布式体系结构不符，不能有效地仿真无人机之间的分布式协同；自主研发的分布式系统仿真难以保证各个分散子系统之间的无人机仿真实体状态信息和仿真时间的一致性，同时需要自主实现无人机仿真实体之间的底层通信传输，难度较大，研发周期会比较长；HLA是分布式系统仿真的主流技术，现已成为IEEE仿真与建模的标准，基于HLA的分布式系统仿真不需要关心底层通信传输、仿真运行管理的细节，它们由底层的RTI(Run-Time Infrastructure，运行支撑环境)自动完成，用户可将主要精力放在具体的仿真功能实现上，即联邦成员的研发上，虽然可以保证各个无人机仿真实体状态信息和仿真时间的一致性，但复杂任务场景下需要研发的联邦成员较多，研发周期会比较长。此外，传统的多无人机协同任务规划仿真技术还缺少对多无人机协同任务规划仿真场景的二维或三维图像的实时展示，仿真展示度不高。

发明内容

本发明为克服现有多无人机协同任务规划仿真技术存在的不足之处，提出了一种基于VR-Forces仿真平台的多无人机协同任务规划仿真系统，不仅能快速有效地仿真不同的多无人机协同任务规划场景，并保证各个无人机仿真实体状态信息和仿真时间的一致性，而且能以二维图像形式实时展示出任务规划仿真场景，从而提高多无人机协同任务规划系统的研发效率、降低真实的多无人机协同任务规划系统的研发验证成本和风险。

本发明为达到上述目的所采用的技术方案是：

本发明一种基于VR-Forces仿真平台的多无人机协同任务规划仿真系统的特点是：所述多无人机协同任务规划仿真系统由n个无人机仿真子系统、一个地面控制中心仿真子系统和一个任务规划仿真场景管理子系统组成；所述n个无人机仿真子系统、一个地面控制中心仿真子系统和一个任务规划仿真场景管理子系统各自运行在同一个局域网中的不同计算机上；

所述任务规划仿真场景管理子系统通过添加和修改所述VR-Forces仿真平台的配置文件生成无人机仿真实体、地面控制中心仿真实体和目标仿真实体；

所述任务规划仿真场景管理子系统通过VR-Forces前端加载地形数据文件创建地形环境，并在所述地形环境中添加n个无人机仿真实体、一个地面控制中心仿真实体和m个目标仿真实体以生成任务规划仿真场景，同时保存为任务规划仿真场景文件；

所述任务规划仿真场景管理子系统通过VR-Forces前端加载所述任务规划仿真场景文件，从n个无人机仿真子系统获取n个无人机仿真实体的状态信息；并发送m个目标仿真实体的状态信息和地形环境信息给所述n个无人机仿真子系统和地面控制中心仿真子系统；同时实时展示出所述任务规划仿真场景；

所述无人机仿真子系统的组成包括：无人机仿真引擎模块、信息获取模块、信息融合模块、协同编队管理模块、协同任务分配模块、协同航迹规划模块、全局信息池模块和飞行控制模块；