无人机集群网络化仿真平台研究

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随着无人机智能化水平的不断提高,无人机的应用领域越来越广,单个无人机已经不能满足复杂的任务场景需求,无人机集群协同控制技术成为无人机领域的重要发展方向。在真实无人机集群上测试无人机集群协同控制系统是一个复杂的过程,需要投入大量的时间、金钱和研究精力。因此,无人机仿真平台可以作为无人机集群技术先期验证的有效手段,促进技术迭代,降低试验成本。目前大多数无人机仿真平台主要集中在无人机飞行模型、传感器模型以及无人机控制算法方面的研究。而在无人机控制算法开发过程中无人机集群组网的性能与会直接影响到无人机集群协同控制的实际效果,将无人机组网机制的仿真建模与无人机集群系统控制仿真的有效结合十分重要。本课题将研究具有高保真度、支持无人机集群组网、安全攻防、智能体协同功能的仿真场景,构建物理、网络、控制多层面一体化无人机集群网络化仿真平台,用于对无人机自主飞行控制系统、飞行自组织网及安全攻防,以及无人机集群协同控制算法研究。本课题的主要完成以下方面的研究工作:(1)在物理层面,研究“软件在回路”的单无人机飞行动力学建模方法,通过将真实的飞行控制器算法引入到仿真模型交互过程,实现对无人机动力控制机制的高可靠、精准模拟。具体包括仿真环境与飞控软件约束机制研究,基于PX4的飞控软件协同建模研究。(2)在网络层面,研究支持网络安全分析的多无人机自组网建模方法,通过提出了基于代理模式的网络攻击模块,使仿真平台在实现对无人机自组织网络的多层次、多靶点网络攻击模拟时具有良好的可扩展性。具体内容包括基于NS-3网络仿真的多层次自组织网络建模研究和多靶点无人机网络攻击建模研究。(3)在控制层面,研究无人机集群控制系统仿真和无人机组网机制仿真的交互方法,通过设计数据交互控制器,完成无人机集群组网仿真建模和无人机集群系统控制仿真的有效结合。具体内容包括无人机自适应编队建模仿真研究和数据通信组件的研究。(4)为了验证无人机动力学模型、无人机集群组网和无人机网络攻击模拟的准确性,我们在单无人机和多无人机两类仿真场景中,与真实无人机飞行特征进行了比较,结果表明我们的仿真平台能够精准的模拟真实无人机飞行环境;为了验证仿真平台各个模块的有效性,我们通过研究无人机集群组网模块、无人机网络攻击模块和无人机集群协同控制模块之间的关系,结果表明各模块之间能够有效的进行数据交互。
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