[发明专利]一种智能无人集群系统测试床架构

说明书

本发明公开了一种智能无人集群系统测试床架构，整个测试床架构被划分为试验床运行平台层、试验床支撑环境层、仿真模型库层、集群运行引擎层、试验管理和评估层以及实验效果呈现展示层等六层。运行平台层、支撑环境层、仿真模型库层、集群运行引擎层、试验管理和评估层以及实验效果呈现展示层依次逐层向上进行抽象，为上层提供支撑。无人机仿真将利用Matlab提供的并行计算工具箱和分布式计算服务器，从而提供可扩展、可定制的虚拟仿真能力。利用高性能服务器作为硬件环境搭建一个私有云计算环境，每个服务器运行Matlab/Simulink分布式计算服务器，由分布式计算服务器驱动每个仿真的无人机单机运行，整个仿真云环境由一个并行计算工具箱进行配置和管理。

技术领域

本发明涉及一种针对智能无人集群系统测试床的架构，属于无人集群控制技术领域，尤其涉及一种对无人集群进行系统控制测试的技术。

背景技术

针对规模化智能无人集群系统难以在真实物理环境中开展测试试验的问题，基于虚拟仿真环境和真实物理平台，研究虚实结合的测试床架构以及关键支撑技术，构建智能无人集群系统测试床软硬件平台，为后台平行管控等技术的测试与验证提供支撑。主要技术需求的内容包括：基于全数字化仿真技术和硬件在环仿真技术，研究虚实结合的规模化无人集群系统测试床架构，提供灵活、可配置、可重构的测试与验证能力；基于试验床物理硬件，研究智能无人系统模型化抽象机制，提供可控真实环境中的无人系统物理平台试验能力；基于高性能服务器集群，研究规模化无人集群系统的分布式仿真模拟方法，提供大规模系统协同行为和万台并发后台访问的测试验证环境；基于虚实结合的测试床架构，研制无人集群系统仿真工具，提供多种应用或测试场景的配置、维护和性能评估能力。智能无人集群系统测试床架构是本发明的关键技术内容。

发明内容

为了实现背景技术的技术要求，本发明拟采用技术方案为一种智能无人集群系统测试床架构，整个测试床架构被划分为试验床运行平台层、试验床支撑环境层、仿真模型库层、集群运行引擎层、试验管理和评估层以及实验效果呈现展示层等六层。运行平台层、支撑环境层、仿真模型库层、集群运行引擎层、试验管理和评估层以及实验效果呈现展示层依次逐层向上进行抽象，为上层提供支撑。

为了支持大规无人集群系统的数字化仿真测试能力，试验床运行平台层采用云计算平台，云计算平台以Docker容器机制提供大规模无人集群系统仿真实例的封装、实例化和快速部署运行。

为了加速无人终端(无人机、机器人等)的动力学模型、行为模型、以及运行环境建模，试验床支撑环境层选用建模和仿真工具作为支撑环境，以便快速准确地建立起符合测试床架构需求的模型。综合各种建模和仿真环境，选择MathWork的Matlab作为建模工具，以Simulink作为仿真执行引擎。以Matlab的机器人工具包(Robotics)作为支撑，设计和研制机器人仿真模型；以航空工具包(Aerospace)作为支撑，设计和研制无人仿真模型；以分布式计算工具包作为支撑，研制并行和分布式仿真运行环境。

仿真模型库利用试验支撑环境的相关工具分别根据多种机器人、无人机的内部特性和外部特性，建立起固定翼无人机、旋翼无人机、机器人等无人终端仿真模型库。对无人终端仿真模型库进行特征划分，包括无人终端内部特征模型库和无人终端外部特征模型库，无人终端内部特征模型库包括动力学模型、行为模型以及半实物模型，无人终端外部特征模型库包括大气环境模型、通信模型、位置感知以及地面环境模型；从无人终端仿真模型的特性角度，将从动力学模型、行为模型以及半实物模型等方面建立起无人终端的内部特性模型；从大气环境模型、通信模型、位置感知以及地面环境等方面建立起无人终端的外部特性模型。