一种无人机推演及故障诊断方法、系统与流程

1.本发明涉及无人机技术领域，具体而言，涉及一种无人机推演及故障诊断方法、系统。


背景技术：

2.目前，在无人机仿真中，无法通过虚拟模拟无人机在多种环境场景下的任务执行过程以及任务过程中的多种故障的产生，导致无法将模拟结果应用于现实中的无人系统，以提高无人系统中的作战能力。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种无人机推演及故障诊断方法、系统，可以模拟无人机在多种环境场景下的任务执行过程以及任务过程中的多种故障的产生。
4.本发明实施例提供了一种无人机推演及故障诊断方法，所述方法包括：
5.对无人机单机在各种应用场景下的单机任务执行过程在各种应用场景下的协同任务执行过程进行模拟仿真，并对所述无人机单机的模拟仿真过程进行飞行状态监控；
6.在模拟仿真过程中，选择无人机单机异常状态库中的至少一种异常状态注入，改变所述无人机单机在所述单机任务执行过程中的运动状态，对所述无人机单机任务执行过程中的异常状态进行诊断，并对所述无人机单机在任务执行过程中的控制能力和执行能力进行评估。
7.作为本发明进一步的改进，所述无人机单机异常状态库包括所述无人机单机的无人机平台和无人机地面飞行仿真系统的所有故障；
8.其中，所述无人机平台包括动力系统、飞行控制系统和数据链路系统。
9.作为本发明进一步的改进，对所述无人机单机在任务执行过程中的控制能力和执行能力进行评估，包括：
10.对所述无人机单机实际飞行过程中的通信状态和飞行状态进行分析，并展示在交互界面上；或，
11.对所述无人机单机在所述单机任务执行过程中的通信状态和飞行状态进行分析，并展示在交互界面上。
12.作为本发明进一步的改进，所述协同任务包括无人机集群协同侦察、集群编队和协同攻击中的至少一种。
13.作为本发明进一步的改进，所述各种应用场景包括城市、山林和室内应用场景中的至少一种。
14.本发明实施例还提供了一种无人机推演及故障诊断系统，所述系统包括：
15.无人机平台，用于执行无人机单机的实际飞行任务；
16.无人机地面飞行仿真系统，用于模拟无人机单机在各种应用环境场景下的单机任务执行过程，并对所述单机任务执行过程的模拟仿真过程进行飞行状态监控；
17.无人机异常状态模拟系统，用于在所述单机任务执行过程的模拟仿真过程中进行至少一种异常状态注入，改变所述无人机单机在所述单机任务执行过程中的运动状态；
18.无人机状态评估系统，用于根据所述无人机单机在所述单机任务执行过程中的飞行状态对所述无人机单机的控制能力和执行能力进行评估。
19.作为本发明进一步的改进，所述系统还包括：故障诊断仪，用于对所述无人机平台的故障进行检测和诊断。
20.作为本发明进一步的改进，所述无人机平台包括：机体平台以及搭载在所述无人机平台上的动力系统、飞行控制系统和数据链路系统。
21.作为本发明进一步的改进，所述无人机地面飞行仿真系统包括：
22.单机地面控制系统，用于发送所述单机任务对应的控制指令；
23.单机飞行控制器，用于接收所述单机任务对应的控制指令并执行；
24.单机3d虚拟仿真平台，用于模拟所述单机飞行控制器执行所述单机任务的过程，并对执行过程进行飞行状态监控。
25.作为本发明进一步的改进，所述无人机异常状态模拟系统包括：
26.单机异常状态库，用于存储所述无人机平台和所述无人机地面飞行仿真系统的所有异常状态；
27.单机异常状态控制系统，用于选择所述无人机异常状态库中的至少一种异常状态注入至所述无人机地面飞行仿真系统中，改变所述无人机单机在所述单机任务执行过程中的运动状态。
28.本发明的有益效果为：可对无人机进行三维虚拟仿真，模拟例如多旋翼无人机在多种环境场景下的任务执行过程以及任务过程中的多种故障的产生，并对故障进行检测和诊断，以实现将无人机单机的动力学仿真、自动控制、故障注入和故障诊断。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本发明一示例性实施例所述的一种无人机推演及故障诊断方法的流程示意图；
31.图2为本发明一示例性实施例所述的一种无人机推演及故障诊断系统的系统框图；
32.图3为本发明一示例性实施例所述的无人机平台的系统框图；
33.图4为本发明一示例性实施例所述的无人机异常状态模拟系统的系统框图。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
35.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
36.另外，在本发明的描述中，所用术语仅用于说明目的，并非旨在限制本发明的范围。术语“包括”和/或“包含”用于指定所述元件、步骤、操作和/或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他元件、步骤、操作和/或组件的情况。术语“第一”、“第二”等可能用于描述各种元件，不代表顺序，且不对这些元件起限定作用。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个及两个以上。这些术语仅用于区分一个元素和另一个元素。结合以下附图，这些和/或其他方面变得显而易见，并且，本领域普通技术人员更容易理解关于本发明所述实施例的说明。附图仅出于说明的目的用来描绘本发明所述实施例。本领域技术人员将很容易地从以下说明中认识到，在不背离本发明所述原理的情况下，可以采用本发明所示结构和方法的替代实施例。
37.本发明实施例所述的一种无人机推演及故障诊断方法，如图1所示，所述方法包括：
38.对无人机单机在各种应用场景下的单机任务执行过程在各种应用场景下的协同任务执行过程进行模拟仿真，并对所述无人机单机的模拟仿真过程进行飞行状态监控；
39.在模拟仿真过程中，选择无人机单机异常状态库中的至少一种异常状态注入，改变所述无人机单机在所述单机任务执行过程中的运动状态，对所述无人机单机任务执行过程中的异常状态进行诊断，并对所述无人机单机在任务执行过程中的控制能力和执行能力进行评估。
40.本发明可以模拟无人机例如在城市、山林和室内等应用环境下的任务执行过程，可注入和诊断单机故障包括例如地磁计、陀螺仪、加速度计、gps、动力系统和通信系统等关键系统的故障，同时具备无人机单机的飞行状态数据的监控能力、健康状态评估能力和故障诊断能力。
41.无人机单机例如可以为多旋翼无人机、固定翼无人机，本发明对无人机不做具体限制。
42.在一种可选的实施方式中，所述无人机单机异常状态库包括所述无人机单机的无人机平台和无人机地面飞行仿真系统的所有故障；
43.其中，所述无人机平台包括动力系统、飞行控制系统和数据链路系统。
44.在一种可选的实施方式中，如图3所示，所述无人机平台包括：机体平台以及搭载在所述无人机平台上的动力系统、飞行控制系统和数据链路系统。机体平台例如包括机身、机臂和起落架，动力系统包括无刷电机、电子调速器、螺旋桨和电池，飞行控制系统包括组合导航、自动驾驶仪和gps定位系统，数据链路系统包括数据传输单元和图像传输单元。
45.在一种可选的实施方式中，对所述无人机单机在任务执行过程中的控制能力和执行能力进行评估，包括：
46.对所述无人机单机实际飞行过程中的通信状态和飞行状态进行分析，并展示在交互界面上；或，
47.对所述无人机单机在所述单机任务执行过程中的通信状态和飞行状态进行分析，
并展示在交互界面上。
48.本发明实施例所述的一种无人机推演及故障诊断系统，如图2所示，包括：
49.无人机平台，用于执行无人机单机的实际飞行任务；
50.无人机地面飞行仿真系统，用于模拟无人机单机在各种应用环境场景下的单机任务执行过程，并对所述单机任务执行过程的模拟仿真过程进行飞行状态监控；
51.无人机异常状态模拟系统，用于在所述单机任务执行过程的模拟仿真过程中进行至少一种异常状态注入，改变所述无人机单机在所述单机任务执行过程中的运动状态；
52.无人机状态评估系统，用于根据所述无人机单机在所述单机任务执行过程中的飞行状态对所述无人机单机的控制能力和执行能力进行评估。
53.本发明所述系统可模拟无人机例如在城市、山林和室内等应用环境下的任务执行过程，可注入和诊断单机故障包括例如地磁计、陀螺仪、加速度计、gps、动力系统和通信系统等关键系统的故障，同时具备无人机单机的飞行状态数据的监控能力、健康状态评估能力和故障诊断能力。
54.无人机单机例如可以为多旋翼无人机、固定翼无人机，本发明对无人机不做具体限制。在一种可选的实施方式中，如图3所示，所述无人机平台包括：机体平台以及搭载在所述无人机平台上的动力系统、飞行控制系统和数据链路系统。机体平台例如包括机身、机臂和起落架，动力系统包括无刷电机、电子调速器、螺旋桨和电池，飞行控制系统包括组合导航、自动驾驶仪和gps定位系统，数据链路系统包括数据传输单元和图像传输单元。
55.在一种可选的实施方式中，所述无人机地面飞行仿真系统包括：
56.单机地面控制系统，用于发送所述单机任务对应的控制指令；
57.单机飞行控制器，用于接收所述单机任务对应的控制指令并执行；
58.单机3d虚拟仿真平台，用于模拟所述单机飞行控制器执行所述单机任务的过程，并对执行过程进行飞行状态监控。
59.所述无人机地面飞行仿真系统主要由软件和硬件两部分组成，硬件部分为飞行控制器，软件部分为3d虚拟仿真平台上搭载的3d虚拟仿真软件和地面控制系统上搭载的地面控制软件。
60.在一种可选的实施方式中，如图4所示，所述无人机异常状态模拟系统包括：
61.单机异常状态库，用于存储所述无人机平台和所述无人机地面飞行仿真系统的所有异常状态；
62.单机异常状态控制系统，用于选择所述无人机异常状态库中的至少一种异常状态注入至所述无人机地面飞行仿真系统中，改变所述无人机单机在所述单机任务执行过程中的运动状态。
63.单机异常状态库例如包括：动力系统、飞行控制系统、数据链路系统、单机地面控制系统、单机飞行控制器、单机3d虚拟仿真平台的所有异常状态，可以根据需求在交互界面选在将单一的或多种异常状态通过单机异常状态控制系统注入至飞行仿真系统中，改变无人机单机的运动状态。
64.在一种可选的实施方式中，所述系统还包括：故障诊断仪，用于对所述无人机平台的故障进行检测和诊断。
65.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施
例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
66.此外，本领域普通技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
67.本领域技术人员应理解，尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种改变并可用等同物替换其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明不限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。