[发明专利]无人机水上平台起降模拟实验系统

说明书

本发明公开了一种无人机水上平台起降模拟实验系统，用于对无人机在水上平台的起降过程进行模拟实验。该系统包括，多自由度运动平台，用于模拟水上平台；第一控制器，与所述多自由度运动平台耦接，用于控制所述多自由度运动平台的摇动。该系统还包括风机，用于对所述多自由度运动平台吹风，以模拟水上风力。所述风机的数量为多个，并且组成了风机阵列，用以对所述多自由度运动平台模拟吹出水上风力。

技术领域

本发明涉及无人机以及实验技术领域，特别涉及一种无人机水上平台起降模拟实验系统。

背景技术

近年来，无人机在各行各业得到了广泛的关注和应用，在船舶与海洋工程领域也是如此。若要在海上应用无人机，则无人机在风浪条件下，在运动船体上实现精准降落是必须要实现的。目前，在真实海况下，在船舶甲板上使用、降落无人机仍存在相当困难，因而对于无人机在真实环境中的测试和研究也带来极大的风险。这是因为，一方面，无人机容易在恶劣海况下损毁，实验成本较高；另一方面，为了测试无人机的极限工况，需要控制风力以及船舶的运动，现实中是无法控制这些风浪条件的。

发明内容

本发明实施例之一，公开了一种无人机艇虚拟实验环境系统，用于在实验室中模拟实际环境条件下无人机在风浪条件下识别定位并降落在目标无人艇的过程，用以验证无人机和无人艇控制算法、协同算法并全方位获取控制参数。

无人机艇的虚拟实验环境由浮体模拟系统、六自由度平台、造风系统、无人机和传感器系统组成。其中，

浮体模拟系统通过输入波浪条件，基于浮体运动预报数值模型实时生成浮体运动的数值解，将浮体姿态输入六自由度运动平台模拟浮体运动。六自由度平台上布置着陆点模型。造风系统由侧向布置的风机阵列组成，对极端海况下的风环境进行模拟。无人机在模拟风的作用下，对着陆点模型进行识别，并进行停靠。传感器系统包括惯导、激光雷达、热线式风速传感器等传感器，以对环境参数、浮体和无人机响应进行实时采集。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

图1是根据本发明实施例之一的无人机舰船起降模拟实验系统组成原理示意图。

图2是根据本发明实施例之一的无人机舰船协同模拟实验系统工作流程示意图。

具体实施方式

由于采用无人机在水上平台真实环境中进行起降控制的测试和研究，风险较大，成本很高。因此，搭建一个模拟的实验环境，进行相应的无人机起降实验测试就显得很有必要。因此，本发明提供一种无人机、舰艇协同虚拟实验环境系统，以模拟实际环境条件下无人机在风浪条件下识别定位并降落在目标无人艇的过程，用以验证无人机和无人艇控制算法、协同算法并全方位获取控制参数。

根据一个或者多个实施例，一种无人机、艇协同模拟实验环境系统，包括：水上平台浮体模拟系统、造风系统和传感器系统。这里的水上平台包括海上平台和内河平台。其中，

浮体模拟系统包括六自由度运动平台、视觉标记、控制器和电脑。所述六自由度运动平台用于模拟各种海况下的浮体运动，将环境条件输入电脑，同时建立浮体的数值模型，基于下述模型计算浮体运动。其考虑了浮体的线性静水力、非线性静水力、附加质量力、势流阻尼力、粘性阻尼力、一阶波浪力、二阶波浪力和流力等。

其中，M为质量矩阵，A∞为ω＝∞时的附加质量矩阵，C为附加阻尼矩阵，K为静水回复力系数矩阵，h为与势流阻尼有关的延迟函数，FD为平台主体受到的高阶粘性阻尼力，波浪激励力包括一阶波浪力F(1)、二阶波浪力F(2)，F为平台自身的非线性静水力，FCU为流力。

计算后得到浮体运动，进而由控制器控制平台运动。