无人机系统模块开发设计与仿真

在开发的早期阶段，开发一个硬件在环（HIL）测试环境来测试无人机GNC解决方案。HIL测试环境是软件仿真和飞机实验的一个中间步骤，对于无人机GNC软件的开发过程非常关键。通过HIL环境，工程师可以在一个可控的仿真环境中对无人机软件进行测试。同时，它也能加速设计，缩短开发周期，通过HIL环境，工程师可以发觉软件仿真（主要是同步和定时）中没有出现的问题，从而避免现场试验的故障，并增加无人机团队的安全性。开发了一个通用的 HIL平台来设计验证控制和导航算法。这个HIL测试环境完全集成在一个基于模型的设计开发周期中（见图1）。



图1 ： HWIL测试环境示意图

　　基于模型的开发

　　首先我们设计编改了无人机平台，将其用于仿真，并将控制器和算法部署至硬件中。根据基于模型的设计理念来完成这个任务。对于系统设计和仿真来说这是一个可靠方便的方法。使用代码自动生成工具可以使我们减少设计时间，轻松完成对于测试架构的重复利用，以及快速系统原型，从而形成一个连续的确认和验证过程。

　　构架的目的包括：在不同的硬件平台上不用任何改变即可对模型重复利用；对设计测试套件模型进行重复使用以验证目标系统；将透明模型完全集成到目标硬件中，并创建一个系统的，快速的流程，将自动生成的代码集成到目标硬件，从而使得控制工程师无需软件工程师的参与，即可以快速测试模型（见图2）。对于这个项目，使用Simulink®公司的MathWorks软件（我们还使用了Esterel Technologies公司的SCADE套件）开发了模型任务，并使用MathWorks和Real-Time Workshop®公司的软件实现自动编码。需要两次不同的编改：在无人机中进行测试及执行的算法是由ANSI C代码编写的，仿真无人机动态行为的数学模型将通过LabVIEW仿真接口工具包转换至NI LabVIEW软件动态库中。



　　图2： 基于模型的开发流程

　　在最终的系统中，我们使用多个LabVIEW I/O模块来仿真一些无人机航空电子和逻辑传感器以及激励器接口。

　　LabVIEW Real-Time PXI
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