基于FMI的无人机多源导航系统仿真技术研究

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在无人机的飞行和任务执行期间,导航系统为其持续提供精确的姿态、速度、位置等信息,发挥至关重要的作用。为保障系统稳定性和可靠性,工程上一般采用诸如惯性导航、卫星导航、天文导航等多种导航方式相结合,且每种导航传感器设置三余度以上,从而构成多源导航系统。无人机多源导航系统结构复杂,不同单位科研人员采用多种工具进行联合开发导致模型类型多样,难以实现整个系统的联合仿真。针对这种情况,本论文结合Functional Mock-up Interface(FMI)标准的通用性、扩展性等特点来开展无人机多源导航系统仿真技术的研究,以克服系统研发过程中多源模型联合仿真的困难。在分析无人机多源导航系统仿真需求的基础上,本论文研究和对比了基于原有软件接口、基于高层体系结构和基于FMI标准三种多领域建模仿真方法。结合当前国内外相关领域的发展趋势,确立采用FMI标准作为研究无人机多源导航系统仿真的基本理论,并设计本论文的技术方案和路线。同时,深入研究FMI标准基本内容,结合接口函数调用规范设计FMI仿真流程。本论文根据实践单位提供的无人机多源导航系统架构,在Simulink、VS以及SCADE环境下构建各子系统模型,为后续研究过程提供初始模型。同时研究和实现了多种格式模型封装成Functional Mock-up Uint(FMU)模型的技术方案。本论文研究了复杂模型拓扑结构处理方法,以简化系统模型拓扑结构,降低无人机多源导航系统仿真期间FMU模型的调度难度。为正确完成系统仿真,分析了多种FMU模型交互情况的调度策略,设计并实现了无人机多源导航系统仿真调度算法。此外,研究了拉格朗日和牛顿内插外推法,用于解决仿真过程中模型数据交互的数值估计问题。最后对上述算法进行了仿真测试。在无人机多源导航系统建模研究以及对基于FMI标准的仿真技术、仿真调度算法和数值估计算法等内容研究的前提下,本论文设计和开发基于FMI的无人机多源导航系统仿真平台,实现整个无人机多源导航系统的联合仿真及数据分析,以验证本论文基于FMI的无人机多源导航系统仿真技术研究方案的正确性及工程实用性。
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