[发明专利]一种无人机模拟训练系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及模拟训练技术领域。

背景技术

在目前的无人机装备训练中，主要采用实装和模拟器、多媒体训练系统以及文本和挂图三种方式进行训练：实装和模拟器训练，是直接利用真实装备和模拟器开展训练；多媒体训练，是依赖于制作的装备动画和拍摄的训练视频进行讲解；而文本和挂图训练，则通过阅读维修训练资料和平面纸制图的方式开展训练。

通常说来，结合实际装备和模拟器进行训练效果较好，但受配装数量、场地、时间、复杂度、安全性以及天气等各环境因素的限制，训练效率较低，而且保养、维护、更新实装和模拟器的费用昂贵，难以满足训练需求；现有的多媒体训练虽然将视频、文字、动画以及三维模型组合在了一起，是动态的，但对于无人机这类复杂装备，这种训练手段的效果十分有限，并且交互性和自主性差，不能完全像操作真实装备一样按受训者的意图进行训练；而挂图和文本训练是装备训练的传统手段，是静态的、二维的，缺乏生动性，学习效率也不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种沉浸感好、交互性强、自主学习性强、创新性高、功能丰富、集成度高、易于扩展、方便训练展开、实用性好且训练效果显著的无人机模拟训练系统，使受训者很快熟悉无人机的基本原理、结构和功能，掌握无人机的操作使用；用于在实装难以满足训练需求的场合，代替实装开展对无人机的装备训练。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种无人机模拟训练系统，包括人机交互单元、训练单元、行为交互单元、虚拟仿真模型单元、训练考核数据单元和多媒体资源单元；

所述人机交互单元包括输入模块和显示模块，用于通过输入模块接收受训者的操作意图，并将其转换为计算机控制语言，然后根据上述控制语言通过显示器向受训者呈现训练单元的用户操作界面和与虚拟无人机三维仿真模型交互操作的可视化窗口，在操作过程中实时显示虚拟无人机三维仿真模型的方位和功能状态，向受训者呈现调取的多媒体资源，并显示操作提示、考核任务和结果信息；

所述训练单元用于通过人机交互单元验证受训者，并向经验证的受训者提供介绍该无人机模拟训练系统使用方法的系统操作使用手册，并通过显示模块进行显示，当受训者确定掌握使用方法后向受训者呈现引导单元、探索单元和考核单元； 

所述行为交互单元通过通用接口与训练单元相连接，用于获取人机交互单元传递过来的受训者的操作指令，并转化为对虚拟无人机三维仿真模型的控制指令，以此驱动相应的虚拟仿真模型单元动作；

所述虚拟仿真模型单元接收行为交互单元的控制指令，并提供根据控制指令做出相应动作的虚拟无人机三维仿真模型；

所述训练考核数据单元，用于通过行为交互单元获取受训者在考核时的操作行为，记录操作行为结果信息，并在考核结束时对考核任务的完成情况进行整体评分，生成考核结果信息，并向受训者呈现考核结果信息，以及考核结束后对考核结果进行存储；

所述多媒体资源单元接收来自于训练单元传送的命令，用于向该系统的可视化窗口提供调用的多媒体资源，所述多媒体资源为文本、图片、动画和视频，用于显示训练内容。

进一步的技术方案，所述虚拟仿真模型单元包括三维模型数据单元、功能状态仿真单元和关联关系单元，所述三维模型数据单元提供无人机的三维外观模型，描述无人机的外在特征，所述外在特征包括无人机的几何结构、固有属性和特征现象，所述固有属性包括纹理、材质，所述特征现象包括光照；这些物理特征的设计能够给人以真实的感官感受；所述功能状态仿真单元用于描述无人机子部件的功能状态；所述关联关系单元用于描述无人机内部子系统之间的联系，根据受训者操作判断哪些无人机子部件的功能状态需要进行模拟，以及要模拟子部件的功能状态单元之间输入输出的相互联系；这三个单元构成的虚拟无人机三维仿真模型向受训者呈现不同外观和功能状态的虚拟样机，并能够按照物理规律和运动规则移动，体现其在几何方位上的运动变化。