[发明专利]一种基于ROS的固定翼无人机自动驾驶仪的仿真方法

权利要求书

1.一种基于ROS的固定翼无人机自动驾驶仪的仿真方法，其特征在于：该仿真方法包括以下步骤，

S1：在Gazebo中搭建环境模型，或者制作数字高程模型DEM、卫星图像导入Gazebo中使用；

S2：对于单体固定翼无人机的自动驾驶系统，采用模块化的设计；整个系统包括传感器模块、状态估算模块、无人机飞行控制模块、路径跟随模块、路径管理模块以及规划路径模块；其中，传感器模块包含空速传感器、压强传感器、GPS接收器、六轴惯性测量传感器、数字指南针和里程计；

传感器模块通过各传感器获得无人机飞行过程中的状态参数；六轴惯性测量传感器包含三轴角速率陀螺和三轴加速度计；

状态估算模块基于标准扩展卡尔曼滤波器结合传感器参数，通过一个姿态滤波器和用于GPS平滑的位置滤波器来估算无人机位置、速度和姿态；

无人机飞行控制模块是一系列嵌套的PID控制器，用以实现固定翼的横向状态控制以及纵向状态控制；

路径跟随模块用以实现固定翼直线和轨道路径的跟随；

路径管理模块通过读入路径点以及路径点偏航角，通过圆角路径算法或Dubins路径算法输出无人机飞行路径；

规划路径模块则是预先设定好的无人机规划路径；

对于不同的固定翼无人机，通过编写*.yaml参数文件的方式将不同的无人机模型参数、飞行动力学参数进行修改，以达到自动驾驶仪在多种不同的固定翼无人机下的仿真目的；

S3：将构建的单体固定翼无人机模型导入Gazebo中，开始对单体固定翼无人机自动驾驶仪进行仿真模拟。

2.根据权利要求1所述的一种基于ROS的固定翼无人机自动驾驶仪的仿真方法，其特征在于：各模块之间通过topic和service进行通信和数据传递，进而实现固定翼无人机的自动驾驶仪仿真；ROS消息和服务中使用基于TCP/IP的消息方式TCPROS，其中TCP/IP传输控制协议是一种传输控制协议，称为TCP/IP；从互联网协议层的角度来看，基于IP且使用传输控制协议TCP，以此保证数据传输，并按照发送顺序进行发送/接收。

3.根据权利要求1所述的一种基于ROS的固定翼无人机自动驾驶仪的仿真方法，其特征在于：各模块间的数据流入流出关系为：机载空速传感器、压强传感器、GPS接收器和六轴惯性测量传感器实时获取当前无人机传感器数据，将获取到的数据经过滤波降噪后发布到对应的传感器数据话题。

4.根据权利要求1所述的一种基于ROS的固定翼无人机自动驾驶仪的仿真方法，其特征在于：状态估算模块订阅上述传感器数据话题，获取传感器数据后，通过拓展卡尔曼滤波算法进行姿态融合，解算出无人机的实时位置、速度和姿态后发布到无人机状态话题；通过写*.cpp文件或以mqtt协议发布消息的方式对规划路径模块写入预先设定好的规划路径，并将规划路径发布到规划路径话题；路径管理节点订阅无人机状态话题和规划路径话题的数据，根据圆角路径或Dubins路径算法，计算出无人机实际跟随路径并将该结果发布到当前路径话题。

5.根据权利要求1所述的一种基于ROS的固定翼无人机自动驾驶仪的仿真方法，其特征在于：路径跟随模块订阅无人机状态话题以及当前路径话题解算出无人机控制指令并将其发布到控制指令话题；最后无人机飞行控制模块通过订阅无人机状态话题和控制指令话题将无人机控制指令转化为具体的无人机速度和姿态的控制，对无人机的状态进行调整，形成整个自动驾驶仪的闭环。